增加乳胶漆着色时黏度稳定性的缔合增稠剂

0 引言 对水性涂料而言, 流变学是一个重要的课题。与溶剂型涂料相比, 水性涂料可以使用更多种类的增稠剂, 如纤维素醚、丙烯酸酷、膨润土或缔合增稠剂等。在高性能水性涂料中…

0 引言
对水性涂料而言, 流变学是一个重要的课题。与溶剂型涂料相比, 水性涂料可以使用更多种类的增稠剂, 如纤维素醚、丙烯酸酷、膨润土或缔合增稠剂等。在高性能水性涂料中缔合增稠剂要比其他类型的增稠剂更重要, 这是由于它们具有独特的性能, 可以得到更好的流平性、刷涂性, 并能降低施工过程中的喷溅现象。它们还可赋予干膜更好的耐水性能。这些特性都是源于其独特的化学结构。
缔合增稠剂是水溶性聚合物, 可以是丙烯酸酯聚合物、纤维素醚或是高性能非离子型产品(如聚乙二醇)。这些聚合物都以非水溶性憎水基团#如脂肪醇∃封端。在水溶液或乳液中,这些聚合物可以形成网络结构从而提高豁度。水溶性主链聚合物溶解于水中。憎水端吸附于憎水的乳液聚合物粒子上, 或与其他聚合物的憎水部分一起形成胶束结构(见图1)
。由于每个缔合增稠剂聚合物中都含有至少两个憎水端基, 在乳胶中形成了三维网络, 从而提高了粘度。这主要影响高等及中等剪切豁度, 因此与其他增稠剂相比在施工时具有更好的耐喷溅性和刷涂性。

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1 氨基树脂型缔合增稠剂
基于聚乙二醇的优秀缔合增稠剂, 大多数情况下憎水端基是通过与二异氰酸酷酯反应形成聚氨酯而连接于聚乙二醇上的。这样得到的产品即聚氨酯增稠剂, 常称为HEUR僧水改性乙氧基化聚氨酯增稠剂(或简称为PU 增稠剂。在本文中, 以氨基树脂取代二异氰酸酷连接于主链上, 从而形成一种新的改进型缔合增稠剂,具有更好的性能, 我们称为HEAT憎水改性乙氧基化氨基树脂增稠剂(见图2)。
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氨基树脂键在大多数情况下要比脲键有更好的亲水性和水溶性, 这是显而易见的。因为相对于浑浊的PU增稠剂水溶液, 所有的氨基树脂聚合物都可以形成透明的水溶液。形成聚合物的反应是吸热平衡反应和缩合反应, 这有利于更好地控制反应, 使聚合物的反应迅速进行。而二异氰酸醋反应是一种单向的放热加成反应, 较难控制。聚合物组分的改变更难控制,因此PU 增稠剂化学可调整性差。

特种氨基树脂的使用提供了一种简便的可改变憎水端基数量的方法。氨基树脂中有四个活性官能团, 可以用于分子间连接, 这四个官能团不是全部马上反应, 但其中两个官能团反应相当快, 主要是与聚乙二醇反应形成线性聚合物。在更强的反应条件下, 能迫使第三个官能团反应, 甚至第四个官能团也有反应的可能。首先, 主要是在聚合物两端反应上两个憎水性端基形成线性聚合物, 这一点, 与己有的PU增稠剂没有大的差别。但使用氨基树脂时, 通过加入更多憎水性的醇类并调整反应条件, 可以使聚合物在链端甚至在聚合物主链中部生成更多的憎水部分。从而无须改变聚合物主链的组成就可以在聚合物主链上加上相当大数量的憎水物。可以加上非常高量的憎水物的能力是氨基树脂的一个化学特性。在使用这种缔合增稠剂的涂料中加入二元醇或表面活性剂时不会造成豁度下降, 同向涂料中加入浓缩色浆着色时所表现的一样。

2 着色稳定性
缔合增稠剂的主要缺点是其增稠能力受其他的组分及涂料用助剂的影响很大。已经发现,使用缔合增稠剂后, 在涂料中加入溶剂(如二元醇)或表面活性剂时, 其增稠效果会明显降低。这种情况大大限制了其应用。溶剂或表面活性剂中含有憎水部分, 它们会干扰缔合增稠剂的憎水端基的作用, 阻碍其形成完整的三维网络结构。由于缔合增稠剂分子或者胶束结构中较多的憎水组分变弱, 憎水部分会从乳胶粒子表面脱附。在大多数情况下, 涂料配方设计者不清楚所有助剂的化学组成, 因此在加入或改变助剂时经常会产生各种潜在的问题。一般在色漆中通过加入浓缩色浆进行颜料着色时常会发
生这些问题(见图3)。浓缩色浆是颜料浓缩物,含有大量的润湿分散剂和二元醇以维持颜料在体系中的稳定并保持低的粘度。使用二元醇是为了提高这些浓缩色浆的润湿性, 使它们可以与各种不同的体系(甚至溶剂型体系)很好地相容。
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