乳胶漆贮存增稠现象研究

一、前　言
乳胶漆在贮存过程中,常常出现粒子絮凝而使粘度增加的现象,高颜料体积浓度的经济型乳胶漆尤其明显。这种增稠现象(控制絮凝和结构粘性除外) 对乳胶漆的许多性能如遮盖力、颜料显色、流平性、涂膜耐湿擦洗性、耐候性、有光漆的光泽等都有很大的影响,严重的情况下,使乳胶漆完全失去使用价值。为此我们对经济型乳胶漆的增稠现象作了一些研究。

二、实验部分
11 仪器
GFJ2014 高速分散机、NDJ21 旋转粘度计、QXD 型刮板细度计、锥形磨、烘箱等。

21 样品制备方法
根据表1 中配方,按照总量2 000g 投料,用高速分散机分散浆料45min 左右,浆料再经过锥形磨,控制细度50μm(对细度有特殊要求的例外) ,检验细度合格后,在高速分散机内低速搅拌下加入乳液及其他助剂配漆。

31 粘度测定
将样品冷却(或加热) 至25 ℃,用NDJ – 1 旋转粘度计,在30 rpm 的转速下,一般选用3 号转子测定其粘度n0 ,记录。
41 贮存方法及贮存粘度测定
把样品装入500ml的塑料瓶(装填量为容积的85 %左右) ,密封好,贴上标签,称重并记录。把样品放在25 ℃恒温室,避光贮存3 个月,取出、称重和贮存前重量相差不大时(两者相差1 %以上,则此实验结果无效) ,打开,搅拌均匀后,测定其粘度n ,计算( n – n0 ) / n0 ×100 % ,即粘度增幅。

三、结果与讨论
11 颜(填) 料粒子分散程度
按表1 中配方一投料,控制浆料细度制成4 个浆料细度分别为40μm、60μm、80μm、100μm 的样品。25 ℃贮存3 个月后,根据实验结果作细度和粘度增幅关系图,见图1 。

由图1 可见,颜填料粒子分散程度越大,贮存越稳定,絮凝倾向越低;表观现象即:细度越小,粘度增加越低。

21 分散剂
(1) 分散剂的用量
按表1 中配方二投料,采用上海中南建材厂生产的F-4分散剂,以不同用量分散剂实验,25 ℃贮存3 个月,根据实验结果作F-4 分散剂用量对贮存粘度变化的影响,如图2 。

由图2 可知,乳胶漆的絮凝倾向并不总是随着分散剂浓度的增加而降低,分散剂的使用存在一个最佳用量。
(2) 分散剂的种类
按表1 配方二投料,选用4 种较常用分散剂,这里分散剂的用量用Daniel 流动点,加量曲线和浓度絮凝法进行估算,约占颜填料量的0.3 %～2.5 %。实验结果见表2 。

由表2 可知,使用六偏磷酸钠作分散剂的样品絮凝最严重,Tamol 731 效果最好,用六偏磷酸钠同F – 4 分散剂或DA系分散剂复配使用与单独使用F – 4 、DA 系分散剂对防止絮凝增稠效果相近。因六偏磷酸钠价格较低,所以复配使用成本较低。

六偏磷酸钠作分散剂量,颜(填) 料粒子的稳定机理主要是双电层稳定。这种稳定方式对离子比较敏感,而且六偏磷酸钠容易分解,更使分散体系稳定性大大削弱。F – 4 、DA 系分散剂、Tamol 731 是通过双电层、物理屏蔽两种机理稳定的。F – 4 、DA 系分散剂比较倾向于屏蔽稳定,需要量较大,与六偏磷酸钠复配使用,综合效果较好。另外,不同的分散剂对同一种颜(填) 料,尤其是对活性颜(填) 料,炭黑、有机颜料的分散效果不大一样,比如:SMB、F – 4 分散剂对氧化锌的分散效果比SG- 8001 要好。

31 增稠剂
因为增稠剂种类繁多,这里着重研究经济型乳胶漆常用的纤维素类增稠剂。我们采用美国Aqualon 公司生产的Natrosal 250 系列羟乙基纤维素作增稠剂观察纤维素类增稠剂的分子量对乳胶漆絮凝倾向影响。按表1 中配方三投料,羟乙基纤维素用量使样品的粘度为1400 cP(25 ℃) 左右,实验结果见表3 。

表3 　不同分子量的羟乙基纤维素对乳胶漆絮凝增稠的影响

由表3 可以看出,羟乙基纤维素的分子量越大,乳胶漆絮凝倾向越严重。
纤维素类增稠剂在水中溶胀,减少了“自由活动”的水,把悬浮着的颜料、乳胶粒子挤到一起,从而增加了絮凝倾向;分子量较小的羟乙基纤维素对粒子有一定的物理屏蔽作用,高分子量的羟乙基纤维素则没有,因此,高分子量的羟乙基纤维素能增加乳胶漆的絮凝倾向。在用高分子量的羟乙基纤维素增稠的乳胶漆配方中,适当增加分散剂用量可以减轻絮凝倾向。根据表1 中配方三、四投料,采用相同量的250HHBR 羟乙基纤维素作增稠剂,做两个样品,得出表4 结果。

表4 　分散剂用量对用250HHR HEC 增稠剂的乳胶漆絮凝倾向的影响

　41 离子影响
乳胶漆中离子的主要来源有: (1) 具有反应活性的颜(填) 料,如氧化锌; (2) 含有杂质离子的颜(填) 料,如轻质碳酸钙、立德粉; (3) 水。
(1) 按表1 配方五,采用不同量的氧化锌实验,根据实验结果作出氧化锌含量对乳胶漆增稠倾向的影响(见图3) 。

(2) 按表1 中配方六,采用不同量的立德粉实验,根据实验结果作出立德粉的含量对乳胶漆增稠倾向的影响图(见图4) 。

(3) 按表1 中配方一,采用不同硬度的水实验,观察水的硬度对乳胶漆增稠倾向的影响,实验结果见表5 。

表5 　水硬度对乳胶漆贮存增稠倾向的影响

一般自来水的硬度约为140 mg/ l ,从表5 可以睦出自来水和硬度小于40 mg/ l 的去离子水都不加重乳胶漆的增稠倾向,所以乳胶漆不必采用去离子水,使用自来水即可。井水的硬度一般在300 mg/ l 以上,能促使乳胶漆絮凝增稠,一般不用在乳胶漆中。乳胶粒子和颜(填) 料粒子主要是通过双电层和物理屏蔽之两种机理稳定;引入的杂质离子或者活性颜(填) 料释放出的离子会破坏双电层而使粒子絮凝。有文献介绍离子的絮凝能力与其价次的六次方成正比,因此要严格限制二、三价离子的进入。

51 乳液的化学稳定性
按表1 中配方一投料,选用5 种化学稳定性不同的乳液作成膜物。使50g 这5 种乳液破乳(出现较多粗粒子) 所需5 %氯化钙溶液的量依次为: 2.1g、4.2g、6.1g、8.3g 及大于10g 制备样品,观察乳液化学稳定性对乳胶漆贮存增稠倾向的影响见表6 。

表6 　乳液化学稳定性对乳胶漆增稠倾向的影响

因此在杂质离子含量高、活性颜(填) 料用量大的配方中应选用化学稳定较好的乳液。

61 贮存温度
按表1 中配方一投料,投料量为4 000g ,制得样品分装在5 只塑料瓶中,分别在20 ℃、30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃恒温环境中存放90 天,再测定粘度,实验结果见表7 。
表7 　贮存温度对乳胶漆增稠倾向的影响

从表7 可以看出乳胶漆的贮存温度不得超过30 ℃。当乳胶漆温度较高时,有些颜(填) 料比如: 硫化锌、高岭土以及碳酸钙在水中溶解度增大,大了粒子的动能,使粒子的碰撞速度大大增加,从而促使乳胶漆粒子絮凝而增稠。