在涂料生产、贮存、施工和成膜过程中,希望涂料在各种剪切条件下具有工艺所要求的粘度,如在贮存中,希望体系有较高的粘度,防止颜料和填料的沉淀,在施工时开始要求体系粘度较低,有利于涂膜流平,但要求涂膜粘度在一定时间达到较高粘度,以免涂膜产生流挂和流淌现象。涂料在不同剪切条件下体现的粘度变化,称之为流变性能。乳胶漆的主体是颜料的水分散体和聚合物的水分散体的混合物,按悬浮体的流变性来说,粘度与分散相的体积浓度有关,当分散相的有效体积小于55%时,它的粘度基本上接近分散介质的粘度,对水分散体来说,那就是水的粘度。水的粘度很低,不可能具有施工的流变性,所以使用水溶的增调剂与水分子水合,增大有效体积、减少“自由”水含量并通过分子间的相互缠绕而提高体系的粘度。增稠流变剂的品种很多,增稠机理和特性各不相同,不同品种乳胶漆的流变性能也有不同的要求,了解增稠流变剂的特性对合理正确应用是十分必要的。

1 增稠流变剂的品种和特性
羧甲基纤维素钠的价廉,增稠能力较强,但其有耐水性差,影响流平,易霉变等缺陷,目前使用渐趋减少,仅在少量低档涂料中使用。

羟乙基纤维素是大分子纤维素进入连续的水相中,通过分子链上羟乙基和羧基的水合作用及其分子间的缠绕,而增加体系粘度,当体系受到剪切作用,速率逐步增加时,HEC分子可从无序按剪切力的方向作有序排列,变得易于滑动,粘度下降,当剪切作用力减弱时,又可逐渐回复到原有的结构,表现为触变性。这种水相增稠的机理与所用乳液、
颜料和其它助剂的关联度不大,因而匹配性较好,使用面较广,缺点是流平性差,滚涂易飞溅,生物稳定性较差。
膨润土增稠流变剂,在层状薄片的膨润土的边缘,由于硅氧和铝氧键的断裂,在中性的介质中,边缘表面存在正双电层。随着PH值变化,其电荷强度可能会出现强弱变化。薄片状膨润土颗粒在介质中会发生面—面、边—面和边—边三种不同方式缔合,从而形成体积庞大的三维网络结构,形成无数分隔的小室,将水封闭在室内,使体系增稠。当体系受剪切作用时,网络结构解离,粘度下降。一旦剪切作用消失,则又恢复网络结构,粘度上升,称为触变效应。膨润土增稠能力强,尤其在中高颜料体系浓度(PVC)乳胶漆中,比同样用量的常用碱溶胀丙烯酸类和聚氨酯类增稠剂更高的稠度,且触变指数较大,低剪切条件下粘度高,高剪切条件下粘度低,能达到理想的罐内防效果和厚涂抗流挂效果。
丙烯酸类增稠剂,包括聚丙烯酸盐及碱增稠的丙烯酸酯共聚物两个类型。这类增稠剂在水中溶解后通过羧酸基离子的同性静电斥力,分子链由螺旋状伸长为棒状,因而提高了水相的黏度。此外,增稠剂还在乳胶粒子与颜料粒子之间形成三维网状结构,增加了触变性,它对生物霉菌的作用稳定,与色浆配合性好。由于这类增稠剂对PH值敏感,它只在碱性条件下起作用,故耐水性不理想。
缔合型丙烯酸类碱溶胀增稠流变剂,传统的碱溶胀丙烯酸增稠剂其支链都是亲水性的,缔合型丙烯酸增稠流变剂的分子支链上已经过了疏水基团的改性,这些支链可在水相中互相缔合形成微胞,更适合与整个涂料配方中的表面活性剂,颜填料,乳胶缔合成微胞,当漆液受到高剪切作用时,如施工时的刷涂滚涂等,这些胞与胞之间的链能提供了一定的抵抗力量,因此缔合型丙烯酸增稠流变剂在高剪切力作用下仍具有稳定粘度的特性,施工中能成其理想的温膜厚度达到很好的一次刷涂遮盖力。同时,这些疏水性的支链间缔合能相互调换位置,即缔合反应处于动态平衡状态,因而在较低剪切作用或剪切作用消失时的情况下,缔合型丙烯酸增稠流变剂能使湿膜具有优异的流平性。
聚氨酯类增稠剂,是近几年开发的增稠流变剂新产品,其增稠机理与前二者又不同。在这类增稠剂的分子中引入了亲水及疏水基团,使之具有类似于表面活性剂分子的性质。当它的水溶液浓度超过某一特定浓度时,形成胶束,胶束与聚合物粒子缔合形成网状结构,导致体系黏度增加。另外,由于一个分子带几个胶束,这种结构降低了水分子的迁移性,因而提高了水相黏度。这类聚氨酯增稠剂的分子量在105-106 低了两个数量级。因而它提高体系黏度的作用不甚明显。但与丙烯酸及纤维素类增稠剂相比,具有良好的流平性及光泽,较好的疏水性、洗刷性、防飞溅性、耐划伤性及抗生物分解性。

2 乳胶漆的流变性能要求和增稠流变剂选择
增稠流变剂各有特性,各个品种的乳胶漆有不同的流变性能要求。应正确选择使用,理想的乳胶漆增稠流变剂需达到如下要求:
(1)用量少增稠效果好且价格合适,具有经济性;
(2)流变性能达到施工要求,流平好,不流挂,不飞贱;
(3)储存性能好,不分水,不沉淀,不絮凝,不浮色发花,无后稠化;
(4)不易酶变,对温度和PH值不应太敏感;
(5)对漆膜性能如耐水性、耐碱性、耐擦洗性、光泽、遮盖力无副作用。

3 增稠流变剂的协同作用
在许多场合,单一的增稠流变剂无法满足乳胶漆流变性能的要求,必须结合各增稠流平剂的优势而协同使用,达到施工性能、储存性能和漆膜性能的良好平衡。乳胶漆使用触变性的增稠剂提高低剪切条件下的粘度可有效防止颜料沉淀和湿膜流挂,但由于高剪切条件下粘度较低,刷涂和滚涂施工时不能形成一定的湿膜厚度,表现出涂料遮盖力低、丰满度差和流平性差,缔合型增稠剂的流变曲线较为平缓,在高剪切条件下粘度较高,低剪切条件下粘度较低,两种增稠剂的协同使用可改善涂料的遮盖力、丰满度和流平性。
配合方法可先用增稠剂调节中等剪切速率的粘度约70-90KU(用STORMER 粘度计,它的剪切速率约50-100S-1然后用缔合增稠剂配合调节粘度,一般来说,低剪切速率~10-1S下的粘度在1KPa.S 以下
可有较好的流平,高剪切速率1000S-1下的粘度0.12pa.s,可在涂刷时有足够的厚度而有较好的干遮盖力。
如碱溶胀丙烯酸增稠剂与缔合型丙烯酸增稠剂或聚氨酯增稠剂,羟乙基纤维素与缔合型丙烯酸增稠剂或聚氨酯增稠剂,膨润土与缔合型丙烯酸增稠剂的配合使用都可得到满意的效果。
增稠流变剂可研磨前加入或研磨后加入。应根据生产工艺要求确定,一般在研磨前加入一定量的增稠流变剂使研磨浆料有一定粘度,有利于提高分散效率;研磨后用增稠流变剂调整至要求粘度。乳胶漆是一个复杂的多元分散体系,影响增稠流变剂效果的因素很多,主要的影响因素有:

(1)乳液:乳液的种类,乳液粒径和乳液表面性质等对增稠流变剂的使用效果有较大影响,尤其是对缔合型增稠流变。
(2)颜料和填料:一些颜填料在表面与增稠流变剂形成氢键,而使体系粘度升高,流动性下降。
(3)分散剂:分散剂的品种和用量不仅对颜填料浆的粘度有很大关系,并对增稠流变剂的效果有较大影响。
(4)表面活性剂:表面活性剂的疏水端能与缔合型增稠流变剂缔合,因此表面活性剂的ph值和用量会影响缔合型增稠流变剂的流变性能。
(5)二元醇:乙二醇和丙二醇等会干扰膨润土等增稠流变剂的氢键,对体系粘度产生影响。