乳膠漆中的締合式增稠劑[共48頁]

1、1 締合式增稠劑在乳膠漆中的應(yīng)用 2005年4月 2 討論主題 n一般準(zhǔn)備知識 n纖維素類增稠劑 n堿溶脹離子型類增稠劑 n締合式聚胺酯非離子型增稠劑 n締合式堿溶脹類離子型增稠劑 n各類增稠劑比較 n金鼎祥締合式聚胺酯類非離子型增稠劑發(fā)展戰(zhàn)略 3 分散體系和溶液體特點 分散體系的粘度取決于 下列因素: n濃度 n粒子大小 n粒徑分布 n粒子表面的吸附層 n粒表面電荷 高分子溶液體系的粘度 取決于下列因素: 濃度 分子量 高分子主鏈的硬度 分子所帶電荷 4 （乳膠漆）或一般油漆的特征粘度 nBrookfield粘度 n低剪切粘度 抗流掛性能 流平性能? nKU或斯托默粘度 n 中剪切粘度 制漆

2、過程中攪拌，混合時情形 nICI粘度 n高剪切粘度 n刷涂性能, 成膜性能,輥涂手感,刀刮成膜 5 粘度粘度 (cps) 剪切速率剪切速率(sec -1) 不同使用條件下的粘度特征不同使用條件下的粘度特征 0.01 0.0010.010.1110100100010 000 0.1 1 10 100 1000 輥涂輥涂 刷涂性能刷涂性能抗流掛抗流掛 流平性能流平性能 沉淀沉淀噴涂噴涂 6 流變助劑的分類 eg. HEC eg. EHEC eg. SCMC 改性天然纖維素 eg. Gums eg. Casein eg. Alginates eg. Seaweed Extracts eg. Star

3、ches 天然物類l 聚乙烯類氧化物 聚乙烯醇 eg. Alkali Swellable eg. 堿溶脹增稠劑 該性丙烯酸類 Calcium Sulphonates 有機(jī)物類 eg. Attapulgite eg. Bentonite 粘土 eg. Imsil 高嶺土 eg. Titanium / Zirconium chelates 觸變膠 無機(jī)物類 非締合型非締合型 類型類型 eg. Natrosol Plus 330 疏水基團(tuán)改性纖維素疏水基團(tuán)改性纖維素 eg. TRM二期二期 HASE eg. TRM第一階段第一階段 HEUR 有機(jī)類有機(jī)類 締合型締合型 疏水改性堿溶脹型疏水改性堿溶脹

4、型 疏水改性非離子型疏水改性非離子型 7 非締合型增稠劑特點非締合型增稠劑特點 n水溶性大分子（一般以線性高分子為主） n自成體系不與乳液和填料作用 n主要靠自身在水中溶脹增加粘度 以松散的毛線團(tuán)形成溶解在水中不易變形 當(dāng)分子量很高時，分子和分子連有纏繞作用 8 纖維素增稠劑的結(jié)構(gòu)和種類 分子結(jié)構(gòu)分子結(jié)構(gòu) O OH OH CH2OH O O O CH2OR OH OR O O OH OH CH2OH O 不同不同 R 和和 R” 的組合以及分子量的的組合以及分子量的 變化造就出不同的產(chǎn)品變化造就出不同的產(chǎn)品: a) CH3 b) CH2COONa c) CH2CH3 d) CH2CH2OH e

5、) CH2CH2CH(OH)CH3 f) CH2CH(OH)CH3 to yield: 1) Sodium carboxymethyl cellulose (SCMC) - (b) 2) Sodium carboxymethyl 2-hydroxyethyl cellulose - (b+d) 3) 2-hydroxyethyl cellulose (HEC) - (d) 4) Methyl cellulose (MC) - (a) 5) 2-hydroxypropyl methyl cellulose (HPMC) - (a+f) 6) 2-hydroxyethyl methyl cellu

6、lose (HEMC) - (a+d) 7) 2-hydroxybutyl methyl cellulose - (a+e) 8) 2-hydroxyethyl ethyl cellulose (EHEC) - (c+d) 9) 2-hydroxypropyl cellulose (HPC) - (f) 9 H H O H H O H H O H H O H H O H H O 纖維素分子主要靠在水中的堿溶脹來增稠，在水中溶脹主要是因為高纖維素分子主要靠在水中的堿溶脹來增稠，在水中溶脹主要是因為高 分子主鏈與水形成氫鍵的結(jié)果，同時它的粘度與其分子量有很大的關(guān)系分子主鏈與水形成氫鍵的結(jié)果，同時它

7、的粘度與其分子量有很大的關(guān)系 。分子量越大，單位質(zhì)量的增稠能力越大。分子量越大，單位質(zhì)量的增稠能力越大。 10 2.5%濃度纖維素溶液外觀 這是2.5%高分子量纖維素溶液，對比之下締合式增稠劑本身溶 液粘度一般很低，然而堿溶脹式產(chǎn)品在中和之后與之相似。 11 Croll this effect produces high low-shear viscosity. These thickener/water structures also inhibit pigment settling by obstructing the passage of solid particles to the b

8、ottom of the paint can. 締合式增稠仍然保持均勻的乳膠締合式增稠仍然保持均勻的乳膠 粒子分散，從而保證均勻的成模粒子分散，從而保證均勻的成模 性能。性能。 25 締合式增稠效果是一種動態(tài)平衡效果締合式增稠效果是一種動態(tài)平衡效果 乳膠粒子 乳膠粒子 乳膠粒子 疏水基團(tuán) 水溶性高分子主鏈 疏水基團(tuán)吸附在膠粒表面 由疏水基團(tuán)形成的束膠粒子 26 非離子締合式增稠劑在水中的狀態(tài)非離子締合式增稠劑在水中的狀態(tài) 在水中在水中 花瓣型膠束花瓣型膠束 一般在水中形成膠束網(wǎng)絡(luò)。 因為特殊的分子量花圍， 大部分束膠粒子結(jié)構(gòu)類似于 “花朵”式。其中水溶性部分 象朵花瓣，疏水基團(tuán)象花芯 27 締

9、合增稠劑 增稠機(jī)理 在水中的結(jié)構(gòu)在水中的結(jié)構(gòu) 加入到乳膠中或在乳膠漆的狀態(tài)加入到乳膠中或在乳膠漆的狀態(tài) “flower” micelle latex particle 28 非離子締合增稠劑的用量和其斯托默粘 度，ICI(高剪切)粘度的關(guān)系 40 55 70 85 100 0246810 HEUR Concentration (dry lbs) Stormer Viscosity (KU) 0.2 0.7 1.2 1.7 2.2 ICI Viscosity (poise) 29 分散劑的選擇 在乳膠漆中分散劑的選擇對離子型/非離子型締合增稠劑的功效影響很大 非離子型不能與多元酸分散劑同時使用非

10、離子型不能與多元酸分散劑同時使用 原因原因: 主要因為離子強(qiáng)度太大主要因為離子強(qiáng)度太大,填料分散變得不均勻。填料分散變得不均勻。 癥狀癥狀: 其癥狀為出水問題其癥狀為出水問題,對比率下降對比率下降,流平性能喪失流平性能喪失. 辦法辦法: 所以一般應(yīng)選低離子強(qiáng)度所以一般應(yīng)選低離子強(qiáng)度(含量含量)。比較憎水性分散劑。比較憎水性分散劑。 反之反之,離子型締合增稠劑應(yīng)選高離子強(qiáng)度離子型締合增稠劑應(yīng)選高離子強(qiáng)度,多為酸類分散劑多為酸類分散劑 30 Typical Rheology of HEUR Thickened Paints (concentration as needed to 95 KU) (L

11、og) Viscosity Rate of Shear Conventional thickener (HEC) HEUR Small phobe HEUR Large phobe 31 兩種締合增稠劑的配套使用優(yōu)勢 (KU 和ICI分別增稠) n容易做到容易做到KU和和ICI目標(biāo)粘度目標(biāo)粘度. n實現(xiàn)或容易控制流平和抗流掛平衡實現(xiàn)或容易控制流平和抗流掛平衡. n減少由于橋式吸附所引起的出水現(xiàn)象減少由于橋式吸附所引起的出水現(xiàn)象 nICI(高剪切高剪切)增稠劑幫助增稠劑幫助KU(中剪粘中剪粘 度度)增稠劑迅速達(dá)到平衡增稠劑迅速達(dá)到平衡 32 締合型增稠劑所帶來的優(yōu)勢 n在具備良好的抗流掛性能的同

12、時具有杰 出的流動流平性能 n均勻和優(yōu)異的成膜性能，保證乳膠漆的 覆蓋和保護(hù)墻面之功率 n優(yōu)異的輥涂和刷涂手感，優(yōu)異的抗飛濺 作用 n抗微生物降解或侵蝕 n乳膠漆具有很好的流動性 33 抗飛濺性能 纖維素增稠 非離子締合型增稠 34 250 MHR 纖維素增稠乳膠漆輥涂時情形 #321 35 非離子締合型 (DR-300) 與 (250 MHR) 纖維素增稠涂料輥涂時情景比較 DR-300 (#497)250 MHR (#514) 無飛濺作用 飛濺粒子 36 締合型離子增稠劑 （疏水基團(tuán)改性離子型締合增稠劑） COO- COO- COO- AMMONIA AMINE HARD BASE pH

13、3-4 pH 7-10 AMMONIA AMINE HARD BASE Latex particle 是一種乳液型產(chǎn)品，產(chǎn)品是一種乳液型產(chǎn)品，產(chǎn)品PH值一般在值一般在 34之間，由于高分子處于非水溶性狀之間，由于高分子處于非水溶性狀 態(tài)（態(tài)（PH=34）,產(chǎn)品的粒度非常低。產(chǎn)品的粒度非常低。 產(chǎn)品的外觀與一般乳膠外觀相似 疏水基團(tuán) 離子部分 經(jīng)堿中和以后，分子鏈打開 37 HASE 增稠劑增稠機(jī)理 乳膠粒子 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 乳膠粒子 乳膠粒子 疏水基團(tuán)可形成束膠 疏水基團(tuán)在乳膠粒子 表面產(chǎn)生吸附 總的來說，HASE每一個鏈有兩個以上的疏水

14、基團(tuán)， 不象非離子類情形，那里一般僅有兩個疏水基團(tuán) 38 三種不同乳膠漆的粘度與剪切速率的關(guān)系三種不同乳膠漆的粘度與剪切速率的關(guān)系 (在同一在同一KU粘度時作比較粘度時作比較) 對數(shù)剪切速率對數(shù)剪切速率 對數(shù)粘度對數(shù)粘度 纖維素情形纖維素情形 締合式離子型締合式離子型 KU BROOKFIELD ICI 締合式非離子型締合式非離子型 39 分散劑的選擇與增稠劑配套相符合 HEUR / Polyacid incompatibilityHASE / Dispersant competition Cause: Salts (i.e. acid moieties) dehydrate the pEO

15、backbone of the HEUR, rendering it insoluble (partly or completely. Symptoms: Syneresis / hiding loss / flow loss Solution: Select a dispersant package with a lower ionic content Strong order of addition effect. Cause: The acid backbone of the HASE thickener competes with the dispersant for availabl

16、e sites on pigment and extender surfaces Bridging flocculation may occur. Symptoms: Poor flow / livering / hiding and gloss loss Solution: High acid dispersants compete well against HASE adsorption. Tamol 1254 Acid Copolymers Best Dispersant Acid Homopolymers 前面已講過，非離子締合增稠劑與 低離子濃度的分散劑配套使用，效 果較好 離子型締

17、合型增稠劑應(yīng)選用酸密度較高的 分散劑，分散劑與增稠劑不相配套容易 導(dǎo)致流平、流動性能變差及光澤性能下降 40 增稠劑對各種性能的影響 * with other paint components like latex, dispersants 性能性能 纖維素纖維素 堿溶脹堿溶脹 締合型締合型 低剪粘度低剪粘度 高高 中等 高剪粘度高剪粘度 低中等高 抗流掛抗流掛 好非常好 中等 流平流平 差好 非常好 抗飛濺抗飛濺 差好好 成膜性能成膜性能 差好好 干燥時間干燥時間 長中等 中等 相關(guān)作用強(qiáng)弱相關(guān)作用強(qiáng)弱* 弱弱弱 pH 影響影響 弱強(qiáng)烈弱 熱穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性 好中等 中等 41 類型類型 高分

18、子主鏈高分子主鏈 對對PH的敏感性的敏感性 分子量分子量 締合程度締合程度 堿溶脹堿溶脹 溶脹 帶電 中等中等 高 非締合非締合 離子締合離子締合 溶脹 帶電 中等中等 中等到高 低到高低到高 非離子締合非離子締合 柔軟 非常低 低 非常高非常高 纖維素纖維素 硬 非常低 高 非締合非締合 不同增稠劑的物理化學(xué)的性質(zhì)比較不同增稠劑的物理化學(xué)的性質(zhì)比較 42 類型 低剪粘度 高剪粘度均數(shù) 流平 抗飛濺 堿溶脹 好 一般 一般 好 離子締合 一般-很好 一般-很好 一般-很好 非常好 非離子締合 差-很好 一般-很好 很好 很好 纖維素 好-非常好 差 差 差 很好非常好好一般差 不同增稠劑（增稠

19、不同增稠劑（增稠-乳膠漆）的流變性能比較乳膠漆）的流變性能比較 43 不同增稠劑的使用時的成膜性能比較不同增稠劑的使用時的成膜性能比較 類型類型 光澤作用光澤作用 水敏感性水敏感性 耐洗刷性能耐洗刷性能 防腐蝕性能防腐蝕性能 堿溶脹堿溶脹 一般-好 不定 一般-好 差 離子締合離子締合 一般-非常好 不定 一般-好 差 非離子締合非離子締合 非常好 好 非常好 非常好 纖維素纖維素 差 一般-很好 好 差 44 低剪切粘度增稠劑低剪切粘度增稠劑 RM-12W 中剪切中剪切 TRM-006 高剪切高剪切 RM-2020 NPR TRM-003 KU-Stormer ICI High ShearS

20、hear rate 0.01 0.0010.010.1110100100010 000 Viscosity 0.1 1 10 100 1000 Brush drag, Rolling Brush, Loading Spreading Sagging, Levelling Settling /S -1 Brookfield TRM 非離子締合增稠劑得出戰(zhàn)略非離子締合增稠劑得出戰(zhàn)略 TRM-004 / 005 RM-5000 / 6000 （剪切速率） 沉淀 流掛 流平刷涂分散 輥涂 噴涂 粘度 45 羅門哈斯 其他競爭廠家 纖維素類 1985和1998年美國（北美）增稠劑市場狀況比較 1998 羅門哈斯纖維素類 1985 46 不同乳膠對不同增稠劑的用量關(guān)系 0 0 2 2 4 4 6 6 8 8 1010 凈重（公斤凈重（公斤/ /噸漆）噸漆） 20202020NPRNPR OrOr TRM 003TRM 003 TRM 004TRM 004TRM 005TRM 005Comp AComp AComp BC