那个人知道缔合和增稠剂的用途和机理吗？谢谢你
1.
水稀释涂料已经存在了几十年。50年前，乳胶漆在涂料行业占有重要地位。越来越多的人对在广泛的应用中使用乳胶漆感兴趣，例如替代含有有机溶剂的醇酸涂料，并且这一数字显著增加。其中，最重要的原因是这种水性涂料更环保。这种水性涂料作为高光泽、易施工、流平性好的醇酸树脂涂料的替代品，会出现很多问题，如润湿性、起泡性、干燥性、流平性差、涂刷性、成膜性等等。后三种特性尤其受流变学的影响。通常，常规乳胶漆的流变性是通过纤维素增稠剂的辅助作用来调节的。该涂料的流变性能不同于传统的醇酸涂料。
该乳胶漆的粘度曲线(流变性)显示出粘度和剪切速率之间的非线性关系。剪切速率的增加会引起粘度(结构粘度)的降低。对于醇酸树脂涂料，当粘度稍微降低时，涂料的结构粘度降低。这种流变性的差异说明乳胶漆和醇酸涂料在流动性和涂层厚度上是不同的。聚氨酯或PUR增稠剂是流变添加剂领域最重要的成就之一。
这种缔合增稠剂用于水性涂料的配方中，这些涂料的流变性能与醇酸涂料一致。本文将详细介绍该系列PUR增稠剂的性能和用途，并与传统增稠剂进行比较。
2.流变学
流变学是一门研究物质流动性的科学。
2.1流量行为和流量
液体流动分为层流和湍流。如果人们把几个平行的、无限薄的液体层(可以看作是液体的组成)相对移动到另一层，就不存在液体层的混合，这种液体流动就是层流。如果液体层是混合的，这种流动就是扩散流动。当大量引入的能量(用于引起液体流动)消失并且不用于实际流动目的时，湍流发生。在层流中，液体层不会相互混合。因此，层流更容易用数学词汇来解释。在涂料的生产和应用中，层流是最重要的液体流动方式。
2.2剪切应力、剪切力和粘度
我们假设一定体积的含有无限多液体层的液体现在对顶层施加一个力，力的方向平行于各层的界面。
力的大小是k(牛顿)
该层的表面积为0(m2)
在这种情况下，力作用在m2上
这个应力就是剪应力，用τ表示。剪切应力是导致两个相邻液体层相对运动的力。
τ = k/o(牛顿/平方米)
由于整个液体体积的最上层所施加的剪切应力，该层被推动向力的方向流动。因为相邻的液层通过剪切应力承受液层，液层不能自由流动。反过来，该液体层通过剪切应力支撑相邻的液体层。等一下。至于最底层的液体，因为受到平整的液体刷面限制，层牢固的附着在这个面上，不会移动。根据距离划分速度差，得到剪切率d(即剪切梯度和剪切速度)。如果顶层的速度指定为v，每层的总厚度为y，则可获得以下公式:
D=剪切速率
V/Y =米/秒1/米=秒-1
τ和d的商就是粘滞系数η，简称“粘滞度”。
η = τ/d =牛顿秒/平方米或帕斯卡秒(pa。s)
粘度是流动阻力的量度，通过它可以防止液体变形。
2.3流变性能测量仪器
如果在使用前搅拌典型的涂料，其剪切速率通常在10和100秒-1之间。在此范围内，使用涂料行业广泛使用的两种粘度计进行测量，即Brookfield粘度计和Stormer粘度计。
然而，在大多数常规方法中，如喷涂、辊涂和刷涂，剪切速率从10，000到40，000秒-1不等。由于涂料通常表现为假塑性流动特性，粘度计不适合测量高剪切速率范围(1，000 sec-1以上)，因此无法提供涂料在施工中的粘度性能数据。可测量大范围剪切力的仪器有Haake Rotovisco、Ferranti-Shirley粘度计和Contraves Rheomat。
可以通过使用测量中间范围的粘度计(如Brookfield、Storm)和测量较高范围的设备(如ICI锥板式粘度计)来实现折衷。
3.涂料增稠剂
以下是水性涂料的增稠剂:
l纤维素增稠剂
l多糖
l碱溶性丙烯酸增稠剂
l聚氨酯增稠剂
3.1纤维素增稠剂
在过去的50年中，纤维素增稠剂是水性涂料中最重要的流变助剂之一。纤维素虽然不溶于水，但可以通过化学反应溶于水。最著名的纤维素增稠剂包括:
羟乙基纤维素
羟丙基甲基纤维素:HPMC
羧甲基纤维素:CMC
乙基羟乙基纤维素:EHEC
纤维素分子是一种高分子链，包含许多脱水葡萄糖单元。
通过分子间和分子内氢键的形成，以及分子链的水合作用(图3)和链缠结，粘度增加。换句话说，纤维素增稠剂使水相变稠，不受粘合剂、颜料和添加剂的影响。
这种分子链长，分支，部分卷曲。在其他情况下，分子链处于理想的无序状态(高粘度)。随着剪切速率的增加，组分逐渐平行于流动方向，更容易从一个分子滑向另一个分子，即低粘度(参考文献2)。因此，这种纤维素增稠剂表现出假塑性和结构粘度。通过高分子量纤维素醚，可以获得明显的假塑性流动性。纤维素增稠剂的积极和消极作用总结如下:
纤维素增稠剂
积极影响
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流动性
负面影响
l调平
l假塑性
l喷涂
l涂层形成
l遮盖力
l水敏性
l生物稳定性
3.2多糖
多糖包括黄原酸酯增稠剂和瓜尔胶增稠剂，是一种高分子量的天然产物。使用这些产品会带来较高的结构粘度，高于纤维素增稠剂。与纤维素相比，对多糖的正面和负面影响总结如下:
多糖
积极影响
l生物稳定性
负面影响
l重复性差
l价格
l调平
实际上，这些增稠剂在涂料工业中不起重要作用。
3.3丙烯酸酯
丙烯酸酯是第一种完全由人类合成的增稠剂，用于乳胶漆中。通常丙烯酸增稠剂是丙烯酸或甲基丙烯酸的* * *聚合物和三元* * *聚合物(含甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸乙酯)。
这些增稠剂是浓度约为40%的溶液和酸性乳液。通过中和溶解聚合物链。由于这种效应和同一分子中聚合物基团的静电排斥，溶液的粘度增加。与纤维素增稠剂相反，通过分子链的屈曲来增加粘度，分子量相对较低，所以粘度增加较小。与纤维素增稠剂相比，丙烯酸增稠剂具有较低的结构粘度。其缺点在于中和反应后丙烯酸分子的亲水性较高，影响了涂料的耐水溶胀性，导致颜料絮凝。最后，大量的羧酸基团被吸附在常规颜料如二氧化钛的表面上。同一个分子中出现很多羧基，长分子链可以形成桥，桥的长度足以连接两个独立的色素颗粒。聚丙烯酸酯增稠剂的正面和负面效果总结如下:
丙烯酸增稠剂
积极影响
l调平
l生物稳定性
l涂层厚度
l与颜料膏的相容性
负面影响
l pH值稳定性
耐擦洗性
l中间涂层的附着力
l光泽
l保水性
3.4无机增稠剂
膨胀土是最著名的无机增稠剂之一。
水性涂料的增稠剂可以在用特定的有机化合物活化后获得(参考文献3)。这些增稠剂专门用于工业涂料和触变涂料，其性能如下:
无机增稠剂
积极影响
抗沉淀
l不流动
l生物稳定性
负面影响
l调平
l光泽
l表面活性剂敏感性
l混溶性
3.5 PUR增稠剂
聚氨酯增稠剂PUR增稠剂是水性涂料助剂领域最重要的发展之一。这种合成增稠剂基于水溶性聚氨酯，分子量相对较低(约10，000至50，000)。它们提供了流变性能类似于醇酸树脂的水性涂料配方。PUR增稠剂的性能总结如下(与纤维素增稠剂相比):
PUR增稠剂
积极影响
l调平
l流变性能类似于醇酸树脂
l隐藏能力
l疏水性
l使用滚涂时，防止油漆飞溅。
l生物稳定性
负面影响
l下垂
l与含有乙二醇的调色剂涂料的相容性
PUR增稠剂的化学组成、作用机理和应用特点如下。
4 PUR增稠剂的化学成分
PUR增稠剂通常含有非离子疏水聚合物。该聚合物为液体，如50%水溶液和有机溶剂；它也可以是粉末形式。二异氰酸酯与二元醇和亲水性封闭剂反应，得到聚氨酯聚合物。下面是一个例子的化学结构式:
在该结构式中，R and R”分别是疏水性、脂肪族或芳香族的。在这个分子中，它可以分为以下三个不同的片段:
1)疏水端部分
2)几个亲水链段
3)氨基甲酸酯基团
疏水部分可以是油基、硬脂酰基、十二烷基苯和壬基烷基。影响粘度增加的决定性因素是每个分子包括至少两个疏水端链段。亲水链段是聚醚和聚酯。例子是乙二醇马来酸酯聚酯和聚醚，如聚乙二醇或聚乙二醇衍生物。二异氰酸酯可以是IPDI、TDI和TMDI。这些PUR增稠剂的产品特性不仅取决于这些基本组分，还取决于疏水链段与亲水链段的比例。
5增稠机理
同一分子中疏水基团和亲水性基团的出现表明了特定的表面活性。在水溶液中，只有在一定的特征浓度下才能形成胶束。与单体表面活性剂相反，同一个PU增稠剂分子可以出现在多个胶束中(参考文献1)，可以减少水分子的运动，增加粘度。
而在乳胶漆体系中，疏水基团与乳化剂颗粒表面的缔合对粘度的增加作用更大。PUR增稠剂也称为缔合增稠剂，因为疏水基团和乳化剂颗粒之间形成缔合。由于每个PUR分子至少含有两个疏水链段(见第4条)，两个乳液聚合物颗粒可以通过PUR分子连接在一起，形成“骨架”。聚合物颗粒以几乎相同的方式连接到PUR分子胶束上(见图7)。
与聚合物颗粒的结合程度取决于疏水基团和乳液聚合物颗粒的特性。因此，较细的乳液(具有较大的总表面积)比较大粒径的乳液更容易被PUR增稠剂增稠。
这种在PUR增稠剂和乳液颗粒之间建立的结构能有效地承受机械作用，并能获得良好的牛顿流动性。
PUR增稠剂可以通过以下增稠作用增加粘度:
1)通过溶解PUR聚合物增加溶液的粘度；
2)胶束形成和/或PUR之间的胶束形成；
3)与乳液聚合物颗粒缔合。
根据经验，人们发现本品用于乳胶漆和其他涂料时，其增粘效果为3 >:2 & gt；1的阶数降低(参考1)。
6应用特点
6.1流变学
PUR增稠剂与乳液粒子缔合形成的结构能有效承受机械作用，并能获得良好的牛顿流动性。
与纤维素增稠剂相比，高剪切速率和高粘度可以增加耐刷性。由于PUR分子的分子量相对较低，PUR增稠剂可以防止滚筒施工时油漆飞溅。PUR增稠剂因其低飞溅性，可用于中高颜料含量的乳胶漆中，通常与纤维素增稠剂配合使用。
6.2协会
PUR增稠剂有多种形式:水/有机溶剂溶液、水溶液或粉末。加入PUR增稠剂粉末以形成3%的水溶液(或水和乙二醇的混合物)作为生产批次的原料，或研磨以制备补救增稠剂。只有当它与乳状液微粒结合时，才能达到最好的增粘性能。根据联想的可能性，需要一定的成熟时间，2小时到2天。为了调节流变性，建议首先在高剪切速率下调节粘度。粘度与浓度成正比，并取决于系统的特性。低剪切速率下的粘度可以较高，以确保良好的流平性能。加入乙二醇或乙二醇醚可以降低该范围内的粘度。聚乙二醇助剂和表面活性剂也能达到这种效果。这些表面活性剂可以防止与乳液颗粒形成弱缔合键。
6.3涂料配方
涂料配方中常用的许多成分会影响PUR增稠剂的功效。根据上述增稠模式(即缔合和胶束形成)，可以清楚地看到，这些组分会影响PUR增稠剂与聚合物颗粒之间的缔合，这种胶束的形成也会影响PUR增稠剂的增稠效果。在这里，我们将提到以下几个方面:
a)表面活性剂用于稳定乳液聚合物颗粒。这些表面活性剂在缔合过程中直接与PUR增稠剂竞争。同样，PUR增稠剂也会通过表面活性剂分子直接吸附在聚合物颗粒上。
b)水溶性有机溶剂，例如乙二醇和乙二醇醚。水溶性有机溶剂可以减弱胶束的形成，因为胶束与连续相的界面张力差和胶束数量减少，所以它们对骨架形成的贡献减少。
c)分散剂，如低分子量聚丙烯酸酯，通常用于分散和稳定水性涂料中的颜料。根据Deilgat的Kun-Landau-Verwey-Overbeck理论(分散稳定性理论)，聚电解质可以增加胶束中的分子数量。这意味着具有较低纯度的增稠剂分子可以用于桥接胶束或聚合物颗粒。因此，骨骼的强度降低。
d)水溶性成分，如成膜添加剂和消泡剂。水溶性成分通常具有增加粘度的作用。由于该产品可以溶解在胶束中，胶束的体积增大，因此胶束与聚合物颗粒之间的距离减小。因此，一些分子，包括低分子量的PUR增稠剂，可以参与桥联和骨架形成，以增加骨架的强度和粘度(参考文献1)。“溶剂”还可以软化聚合物颗粒的表面，从而增加PUR分子疏水基团的粘附力。
6.4涂层性能
PUR增稠剂包含疏水性聚合物。与亲水性增稠剂(如聚丙烯酸酯和纤维素醚)相比，PUR增稠剂可以降低涂膜的吸水率。但很明显，不同PUR增稠剂之间存在很大差异，疏水组分的组成和数量起着决定性作用。
芡粉
重量百分比
PUR增稠剂I
PUR增稠剂II
22%
32.5
图10:油漆涂层24小时后的吸水率。
Puri增稠剂I:不溶于水，例如
PUR增稠剂II:可溶于水
PUR增稠剂在耐久性方面优于大多数亲水性纤维素和聚丙烯酸酯。
200μm薄膜厚度
芡粉
%
7天
28天
PUR增稠剂I
1.0
949次循环
1020周期
羟乙基纤维素
0.30
344次循环
474次循环
聚丙烯酸酯
0.35
412周期
593次循环
图11:耐刮擦性(根据DIN 53778)
7结论
上述说明表明，PUR增稠剂的活性归因于其形成胶束和与乳液颗粒缔合的能力。PUR增稠剂也可以与其他组分，如溶剂和添加剂相互作用。
与传统增稠剂相比，PUR增稠剂可以提高流平效果和膜厚。另外，用滚筒刷刷油漆时可以减少飞溅。在膜的性能方面，如水敏性、光泽度和白度，PUR增稠剂的化学组成对其有明显的影响。
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