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1.前言
乳胶漆的流变特性主要由增稠剂进行控制，根据增稠剂与乳胶漆中各种粒子作用关系，可分为缔合型和非缔合型。非缔合型增稠剂，通过水合以及形成在体系水相中起作用的弱凝胶结构来增加粘度的，如轻乙基纤维素醚类。缔合型增稠剂实质是疏水改性的水溶性聚合物，包括非离子疏水改性环氧乙烷聚氨醋共聚物(HEUR)，疏水改性碱溶或碱溶胀乳液HASE,以及疏水改性HMHEC。
缔合型增稠剂HEUR主要作用包括改善乳胶漆的流动性和流平性，减少流涂飞溅性、提高漆膜丰满度、抗霉性和光泽;但是也带来一些副作用，如乳液型增稠剂中含有表面活性剂，使耐擦洗性下降;热敏感性，在室温下稳定的乳胶漆在49℃时可能有粘度上升或下降的现象，以及脱水收缩现象。
非离子疏水改性环氧乙烷聚氨酷共聚物(HEUR)，是继疏水改性碱溶或碱溶胀乳液HASE，以及疏水性改性HMHEC之后出现的主要增稠剂。由于这类增稠剂结构的复杂性，使其增稠效率和粘度的假塑性与乳胶漆配方中其他成分如乳液类型、颜料分散体系共溶剂、表面活性剂的作用而产生不同的变化。本文主要研究了HEUR类增稠剂对乳液的增稠作用。
2.试验部分
2.1.缔合型增稠剂在水中的缔合
HEUR结构包括:以聚环氧乙烷和二异氰酸醋共聚为亲水主链，同时用疏水基团进行端基封闭，变化疏水基中碳原子数，不同疏水性的异氰酸酷，使用多异氰酸酷和多元醇反应可产生支链或异型结构，在支链和端基上接有疏水基团。疏水基包括烷基或芳烷基，这些基团的碳原子含量范围与表面活性剂的亲油基团类似，疏水基可进行非选择性吸附，即物理吸附。物理吸附的特点是稳定性低，受温度等因素影响大;吸附无选择，只遵循相似吸附原则，易吸附在亲油性大的表面。在表面吸附和在溶液中的表现类似于表面活性剂。这种类型的增稠剂在水溶液中，在一定浓度下聚集起来，产生一个增稠剂分子骨干链的网络，即发生缔合，从中可以反映出增稠剂的缔合强度或疏水基作用强弱，疏水基越大时，缔合作用越强。在相似的强极性溶剂中，如二醇醚中，粘度会降低。
表1中数据显示，疏水改性聚氨醋型增稠剂SN-612在水中粘度明显增加，缔合作用加强;而在多元醇醚中的粘度明显降低。聚醚改性型DSX 2000在水中缔合作用较弱。这种作用也宏观反映在对不同乳液增稠时的增稠效率与假塑性均不同。
2.2.增稠剂种类对乳液的增稠作用
由于非离子缔合型增稠剂结构的复杂性，使其对乳液的增稠效率和粘度的假塑性差别较大，根据其特征可分为假塑型和牛顿型。
假塑型增稠剂疏水基强烈吸附在乳液粒子表面，显著提高低剪切和中剪切粘度，此类增稠剂在提高ICI粘度的同时，具有较高的中低剪切增稠效率，以增稠作用为主;另一类具有较低的中、低剪切增稠效率(牛顿型)，在有效提高ICI粘度的情况下，不会提高低剪切及中剪切粘度，常作为流平剂。图1和图2为4种非离子缔合型增稠剂对苯丙乳液的增稠曲线，分别为低、中剪切速率下的粘度变化。图3和图4为4种非离子缔合型增稠剂对醋叔乳液的增稠曲线，分别为低、中剪切速率下的粘度变化。增稠剂SN-612, Nopco DSX 1550, SN-621N,Nopco DSX 2000均为Cognis公司产品。
图1 Etenial苯丙6512-1增稠低剪切粘度
图2 Etenial苯丙6512-1增稠中剪切粘度
图3 Eternal醋叔3502增稠低剪切粘度
图4 Eternal醋叔3502增稠中剪切粘度
2.3乳液种类对增稠作用的影响
非离子缔合型增稠剂疏水基团的种类与数目决定其增稠效率。疏水基团与乳胶漆中的亲油粒子，如乳胶粒子或颜料粒子进行缔合吸附，增稠作用强弱与乳胶粒子的组成、粒子大小、乳化剂种类有关。
2.3.1.乳液组成的影响
采用同一种增稠剂与不同种乳液进行增稠实验，结果见图5一7。
乳液粒子表面亲水、亲油情况是不同的，由聚合物组成和乳化剂种类所决定。醋酸乙烯共聚物比较亲水;苯丙、纯丙共聚物比较疏水，但当共聚物中含有功能性单体如丙烯酸、甲基丙烯酸时，乳液粒子表面也相对亲水。增稠剂的疏水基对疏水性表面的吸附作用更强。图中数据表明疏水性强的假塑型增稠剂对纯丙、苯丙乳胶粒子吸附作用更强。疏水性较弱的牛顿型增稠剂也有相似的规律，但增稠效率较低，见图8。
2.3.2.乳胶粒子大小的影响
乳液的粒径和粒径分布各不相同，小粒径乳液具有比较大的比表面积，利于HEUR增稠剂疏水基吸附，显著提高低剪切和中剪切粘度。用于制备高光泽乳胶漆的乳液粒子比较细，如图9所示。
图9增稠剂612对纯丙乳液增稠低剪切粘度变化
纯丙乳液Primal AC-261, Nacrylic 2550用于制备高光乳胶漆，乳胶粒子粒径小，比表面积较大，缔合型增稠剂吸附作用大，对乳液增稠效率高，粘度增加迅速。B, C为平光乳胶漆用乳液。牛顿型流平剂也有类似的变化，但增稠效率明显低于缔合性强的增稠剂。
图10增稠剂612对纯丙乳液增稠低剪切粘度变化
2.3.3.其他因素的影响
乳液的乳化剂、pH、初始粘度也会影响增稠效果。采用亲水的保护胶体如聚乙烯醇、轻乙基纤维素等稳定的乳液粘度较高，粒子表面比较亲水，但与缔合型增稠剂吸附较弱。采用表面活性剂作为乳化剂，用量过高时，影响增稠剂吸附。乳液生产厂家也会根据客户要求调整乳液粘度，乳液的详细组成是商业秘密，使用者只能通过实验来把握。pH值不会影响HEUR类的增稠效果。
3.结论
非离子缔合型增稠剂可分为假塑型、牛顿型两类;在水、强极性溶剂乙二醇丁醚中缔合程度不同。非离子缔合型增稠剂对苯丙、纯丙乳液粒子吸附作用比对醋丙、醋叔强烈，中低剪切粘度高。非离子缔合型增稠剂对粒径较细乳液粒子吸附作用更强，中低剪切粘度高。非离子缔合型增稠剂的选择与使用最重要的考虑常常是乳液，并且要针对具体的乳胶漆配方。
苯丙、纯丙细颗粒乳液，用于低PVC、高光乳胶漆，添加中低剪切增稠效率高的如612,1550，在用量少情况下，漆的中低剪切粘度即达到要求，但通常达不到合适的高剪切粘度，漆的涂刷性差，还容易发生架桥絮凝，导致漆发生相分离、脱水收缩。可以采用一种缔合性较弱的如621N, 2000，较大量添加，配合用碱溶胀增稠剂提高中低剪切粘度。
苯丙、纯丙用于平光、有光中高档乳胶漆，可以采用两种流变特征增稠剂搭配，如612与621N, 1550与2000，来取得高中低剪切粘度的平衡，或与HASE, HMHEC配合使用。
醋酸乙烯共聚物，如醋丙、醋叔乳液，通常乳液粒径较大，中低PVC乳胶漆中，可将中低剪切增稠效率高的HEUR (612, 1550)与HEC, HASE配合使用。
影响非离子缔合型增稠剂增稠作用的因素还包括:分散润湿剂、助溶剂、表面活性剂的HLB值等，在具体的配方中要综和考虑。一个优秀的乳胶漆配方，增稠剂的选择一定要寻求成本与性能间的最佳平衡。
