新一代聚氨酯缔合型水性流变剂

0 引言  随着全球工业环保化的日新月异,环保型水性涂料越来越被人们所接受。此外,功能性建筑涂料也大放异彩,如多彩漆、岩片漆、真石漆、弹性拉毛漆等各种复层涂料。对于绿色环保型涂料,…

0 引言 
随着全球工业环保化的日新月异,环保型水性涂料越来越被人们所接受。此外,功能性建筑涂料也大放异彩,如多彩漆、岩片漆、真石漆、弹性拉毛漆等各种复层涂料。对于绿色环保型涂料,随着环保化进程,APEO(烷基酚聚氧乙烯醚)及VOC(挥发性有机化合物)常常是工程师们的热门话题。由于乳液、润湿剂等的转变,越来越多的技术问题摆到现今的化学师面前,如浮色发花、贮存稳定性、流变剂的选择、抗飞溅、抗分水等。对于水性涂料,水性流变剂的选择与搭配至关重要。从流变角度来讲,流变剂主要靠控制或改变涂料的黏弹性来改变涂料的流变行为(图1)。
涂料流变示意图

流变剂在水性涂料中的作用主要表现为:提供良好的黏弹性,从而提供良好的增稠效率,如斯托默新 产 品黏度、博力菲黏度及ICI 黏度等,提升涂料的防沉性、抗分水性及抗流挂性,提升漆膜丰满度,改善喷涂雾化性等。
 
1 水性流变剂的特点与分类
一般来说,水性流变剂主要包括以下类型:羟乙基纤维素、普通丙烯酸碱溶胀型、疏水改性丙烯酸碱溶胀型、普通聚氨酯缔合型、环保型聚氨酯缔合型、聚醚多元醇缔合型增稠剂、锂蒙脱石黏土及改性锂蒙脱土等。不同类型的流变剂在水性涂料中赋予不同的性能,当然,它们有着不同的增稠机理与应用特性。不同流变剂的流变特性如图2 所示。
不同流变剂的流变特性示意图

羟乙基纤维素、普通丙烯酸碱溶胀型流变剂主要提供水相增稠,优异的增稠效率,特别是斯托默黏度;但是,由于没有缔合效应,它们提供的高剪切效率较低;此外,在热贮存后,羟乙基纤维素易发生分水现象,同时,普通丙烯酸碱溶胀型流变剂易发生较严重的后增稠效应;且在耐水性及光泽方面明显弱于缔合型流变剂。
锂蒙脱石黏土及改性锂蒙脱土流变剂主要提供极佳的防沉与抗流挂性,特别是针对质感涂料及喷涂型涂料体系,同时具有优异的抗分水性。
疏水改性丙烯酸碱溶胀型流变剂,如Rheolate AP425、Rheolate 150兼有缔合增稠与水相增稠作用,赋予水性涂料良好的贮存稳定性及较高的高剪切黏度,有效提高了水性涂料的施工性能,特别是漆膜丰满度及流平性。另外,保持了良好的展色性。普通聚氨酯缔合型、环保型聚氨酯缔合型、聚醚多元醇缔合型流变剂主要提供与乳液及树脂的缔合效应,有效提供涂料的黏性,从而取得良好的增稠效率,特别提供极佳的流动流平性。同时,基于其本身高分子聚合物的结构特性而提供优异的耐水性与光泽。一般来讲,亲水型聚氨酯流变剂提供更佳的抗分水性、更高的ICI 黏度、更佳的展色性、更理想的流动性;疏水型聚氨酯流变剂提供更佳的剪切稀化性、更好的抗流挂性、更高的斯托默黏度、更强的触变性。对于水性建筑涂料来讲,更偏向于采用中高剪切型流变剂。
 
2 新一代非离子聚氨酯缔合型流变剂
下面介绍新一代非离子聚氨酯缔合型流变剂Rheolate CVS®10和Rheolate CVS®11的应用特性与案例。其不仅环保,且不含APEO,不含VOC 及有机锡,同时赋予优异的缔合效率,特别是斯托默黏度,而且赋予环保型涂料更佳的流平性、颜色稳定性、基料的黏度稳定性等;在水性涂料中,其增稠效率不受pH值的影响(pH=2~12),提供优异的流动与流平性、抗飞溅性,添加方便且不影响光泽;优异的耐水性与透明度。
Rheolate CVS®10及Rheolate CVS®11的流变图分别见图3、4(外墙涂料,颜料体积浓度40%)。
Rheolate CVS®10 的流变示意图
Rheolate CVS®11 的流变示意图

由图3、4 可见:Rheolate CVS®10 具有优异的中低剪切黏度,与其他普通型流变剂相比,提供较高的高剪切黏度。Rheolate CVS®11 具有优异的中剪切黏度,并提供较高的高剪切黏度。Rheolate CVS®10 比Rheolate CVS®11 具有更佳的剪切稀化性,所以具有更好的抗流挂效果。
Rheolate CVS®10及Rheolate CVS®11的触变恢复性能测试结果见图5、6。
Rheolate CVS®10 的触变恢复示意图
Rheolate CVS®11 的触变恢复示意图

从高剪切到低剪切过程的测试可以明显看出:Rheolate CVS®10与Rheolate CVS®11相比,具有更好的抗流挂效果,而Rheolate CVS®11 赋予涂料更佳的流平性。
以下实例主要分析基料对色浆稳定性的影响。
流变剂在高耐擦洗性乙烯- 丙烯酸聚乙烯醇(UCAR 379)中的性能比较见表1,图7~9。由表1 及图7~9可见:Rheolate CVS®10与Rheolate CVS®11相比,具有更佳的抗色浆降黏效果;更好的指擦色性;更佳的流平性。
流变剂在高耐擦洗性乙烯- 丙烯酸聚乙烯醇(UCAR 379)中的性能比较
黏度损失(在蛋壳光深色基料中测试)
指擦色性(在蛋壳光深色基料中测试)
流平性(在蛋壳光深色基料中测试)
流变剂在半光清漆中的性能比较见表2,图10~12。
流平性(在蛋壳光深色基料中测试)
KU 黏度损失(在半光清漆中测试)
ICI 黏度损失(在半光清漆中测试)
抗流挂性(在半光清漆中测试)

由图12可见:用Rheolate CVS®10、Rheolate CVS®11制成的基料,在加入色浆后,其黏度较稳定。
在环保型VAE 涂料中,用Rheolate CVS®10、Rheolate CVS®11 制成的基料,在加入色浆后,其黏度变化见图13、14。
40%PVC 外墙涂料(基于2800)的斯托默黏度损失
无VOC内墙涂料(基于Celanese 1608,56%PVC 的斯托默黏度损失

由图13、14 可见:其黏度同样保持较稳定。
 
3 结语
与传统型聚氨酯缔合型流变剂相比,RheolateCVS®10、Rheolate CVS®11 不仅提供良好的环保性,同时提供优异的增稠效率。
在不同体系中的测试结果表明,Rheolate CVS®10 及Rheolate CVS®11 能有效提升水性涂料的流挂与流平平衡性。特别是,Rheolate CVS®10及RheolateCVS®11 在不同的水性涂料中,能明显改善基料的黏度稳定性(加入色浆后)。与普通型中剪切型聚氨酯缔合型流变剂相比,Rheolate CVS®10及Rheolate CVS®11提供更佳的基料展色性及有效降低指擦色差。
此外,Rheolate CVS® 10及Rheolate CVS® 11也可与其他流变剂配用,如Rheolate AP 425或Rheolate150,或需要改善体系的高剪切黏度时,可配用Rheolate 212,Rheolate 350。

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