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幾種助劑對EVA乳膠漆的粘度和沉降值的影響,
2019年07月23日    閱讀量:196    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

作者以粘度較高、耐水性和抗凍性較好, 富有彈性的VA E 乳膠為基料, 研制出一種材料易得, 成本較低, 性能較好的新型乳膠涂料, 本文僅就涂料中所用的助劑的影響作一專述。


  1 實驗部分

1. 1 原材料

VA E 白乳膠、鈦白粉(銳鈦)、立德粉、滑石粉、六偏磷酸鈉、助劑1、助劑2、助劑3、HEC、PAM、膨潤土(鈉基)、磷酸三丁酯、增白劑VBL、群青、自來水


1. 2 實驗配方

(略, 見結果與討論部分)


1. 3 工藝流程

幾種助劑對EVA乳膠漆的粘度和沉降值的影響, 中國建材網,cnprofit.com

圖1 乳膠漆制造工藝


1. 4 性能測試

( 1) 粘度的測定 按照GB1723- 79《涂料粘度測定法》進行測定。

(2) 沉降值的測定 在100 mL 清潔的量筒內,倒入100 mL 涂料, 在溫度23±2℃條件下, 靜置24h, 以顏填料與膠液分界線以上的毫升數為沉降值中國建材網cnprofit.com。涂料的其他性能測定均按國家有關規定進行。


  2 結果與討論

2. 1 涂料助劑與粘度的關系

2. 1. 1 PAM 的用量對粘度的影響

市售的PAM 呈粉狀, 配成1% 濃度的水溶液使用, 在涂料制造完畢后加入。由實驗得知, 隨PAM 用量的增大, 涂料的粘度也增加。當PAM (1% 的水溶液) 用量為1. 85%~3. 22% 時, 涂料的粘度直線上升, 之后, 粘度增加變緩。因此, 單純使用未經改性的PAM , 很難制得高粘度的乳膠漆。


這種現象可以解釋如下:

PAM 是一種水溶性的高分子化合物, 它進入乳膠漆中的連續相后, 一方面由于本身分子量大, 粘度高, 從而提高了乳膠漆的粘度; 另一方面則是因為PAM 能吸附在乳膠粒子表面, 然后膨脹產生軟凝聚, 并形成包覆層, 這就增加了乳膠粒子的體積, 使粒子的布朗運動受阻, 致使粘度增高。故在后一過程未完成以前, 涂料的粘度隨PAM 用量的增加而直線上升。但當上述過程消失后, 再增加PAM 的用量, 涂料粘度的上升就變緩。


2. 1. 2 HEC 對涂料粘度的影響

HEC 是一種非離子型的水溶性樹脂。本研究中,把HEC 投入冷水中, 經攪拌配成2% 的水溶液后使

用。

幾種助劑對EVA乳膠漆的粘度和沉降值的影響, 中國建材網,cnprofit.com

 表1 表明, 在涂料中加入HEC 后, 粘度會有較大的改善, 并且明顯優于PAM , 這是因為HEC 分子中含有較多的親水性基團- OH ( 在PAM 中為-CONH2 ) , 較PAM 更易與涂料中的水形成水化膜而包覆顏料粒子及乳膠粒。

實驗還表明, 這種粘度的增長隨HEC 分子量的加大而加大。這同PAM 一樣, 分子量愈大, 與乳膠粒中的樹脂形成物理交聯也愈嚴重, 同時, 這種分子量大的聚合物溶劑化的長鏈與其他的鏈發生纏繞而導致粘度的增長也愈大。


但這種增長不利于涂料的流平, 并且使涂膜粗糙。因此, HEC 和PAM 等增稠劑同樣不宜單用或多用, 尤其是不宜用高分子量的, 否則, 除上述不良現象外, 還會如實驗8 所示, 由于HEC 在水中的溶脹, 減少了“自由活動”的水, 把懸浮著的顏填料粒子和乳膠粒子擠到一起, 從而產生絮凝傾向——涂料的沉降值增加。


2. 1. 3 膨潤土(鈉基) 對涂料粘度的影響

膨潤土具有極大的膨脹性和較好的吸附性、粘結性、觸變性。我國浙江臨安的鈉基膨潤土膠質價100,水膨脹系數可達29 倍。這種膨潤土經精制后用于涂料中, 使涂料呈假塑性流體, 它在很小切應力下就開始流動, 粘度隨切應力增加而變低, 而在切應力消失后又恢復凝膠態, 但保水性差。


本研究實驗11~ 12 表明(參見表2) , 膨潤土可作增稠劑使用, 但單獨使用,其用量須在1% 以上, 用量繼續增大, 增稠性雖可提高, 但涂料的流平性隨之降低。如與HEC、PAM 等保水性好的增稠劑合用, 涂膜的表觀會有改善。

幾種助劑對EVA乳膠漆的粘度和沉降值的影響, 中國建材網,cnprofit.com

附注: 表中各物質均以重量計, 水的加入量均為200 (份)。


  2. 2 涂料助劑對沉降值的影響

涂料在貯存過程中, 處于分散體系中的各顏填料粒子均在不停地作不規則的熱運動。這種熱運動, 一方面有利于顏填料粒子在涂料中的分散, 另一方面卻又由于彼此間的碰撞, 受粒子間引力的作用而發生絮凝, 生成聚集體和附聚體而沉降。這種沉降嚴重時, 會使涂料中的顏填料與成膜樹脂一起沉底, 結成硬塊而失去價值。為解決這一問題, 依據現有的材料, 本課題以六偏磷酸鈉、助劑1、助劑2、助劑3 為原料, 加入到涂料中進行了防沉降性探討, 其結果如表3 所示。


附注: 表中六偏磷酸鈉、助劑1、助劑2、助劑3 的用量以占涂料總重量的百分數表示。


 表3 表明, 六偏磷酸鈉、助劑1、助劑2 和助劑3均可用作分散劑。單一使用, 如加量合適, 均可起到抗沉降的作用; 若混合使用, 效果更佳。表3 還表明, 上述助劑的抗沉降作用, 若單一使用, 以助劑3 為最好, 而以六偏磷酸鈉最差; 如混合使用, 則以多種助劑復配使用的好。多種有機高分子助劑復配比無機高分子助劑與有機高分子助劑復配使用的好。同時, 實驗16、20、21、4- 16 還表明, 對于后一種復配方式尚須嚴格“量化”(分子量、摩爾數) , 否則沉降值反而會因某種助劑用量的增加或分子量的太大而提高。


筆者認為, 雖然上述三種類型助劑的分散機理各不相同, 但“協同效應”也只有在復配的實踐中互不相克時才會發生。六偏磷酸鈉(N aPO 3) 6 是無機高分子鏈狀聚磷酸鹽。在水相中, 它容易發生水解。其對顏填料粒子的分散機理是在粒子的表面形成雙電層。


六偏磷酸鈉是靠粒子表面間的靜電斥力使顏填料得以分散的。這種穩定方式對離子比較敏感, 且又容易水解。當水相中溶入了電荷相反的離子時, 這種雙電層結構便被破壞, 沉降值亦隨之提高。助劑1 和助劑2 是聚羧酸鹽類的高分子化合物。它們的分散機理是當其被帶正電荷的顏填料粒子吸附后, 在這些粒子的表面形成高分子吸附層。這層高分子膜不帶電荷, 對顏填料粒子起屏蔽作用。


當兩個帶一定厚度吸附層的粒子相互靠近, 還沒有重疊時,這兩個粒子相互不發生作用, 若吸附層粒子重疊時,在重疊區域內, 聚合物伸展在液相中的鏈節運動的自由度就因位阻而削減。借助這種作用, 可阻止顏填料粒子間的槽跨交聯產生絮凝。


助劑3 是一類類似表面活性劑的高分子化合物,其分子一端為長鏈的親油基, 另一端為親顏填料粒子的“活性”基團。該助劑被加入到涂料中后, 不僅能在無機顏填料粒子表面形成單分子層, 而且能和水相中的成膜樹脂連接起來, 提高涂料的抗沉降性。經驗說明, 這類助劑的用量只需要占顏填料總重量的0. 4%即可, 且涂料的流平性良好。


實驗中還發現, 六偏磷酸鈉與分子量很大的增稠劑PAM、HEC 等混合使用, 不如無六偏磷酸鈉的抗沉降效果好。這是因為高分子量的PAM、HEC 等增稠劑在水中溶脹后, 減少了“自由活動”的水, 把懸浮著的乳膠粒子及顏填料粒子擠到一起, 從而增加了絮凝傾向。由于這種絮凝傾向的作用力足以克服六偏磷酸鈉賦予顏填料粒子表面形成雙電層的靜電斥力, 這時(如圖2 所示) , 兩粒子間由電斥力勢能變為電引力勢能, 結果反而使涂料的沉降值增加。若不用六偏磷酸鈉, 則無此效應。


圖2 粒子間相互作用的電勢能曲線


  3 結論

( 1) HEC 對乳膠漆的增稠效果明顯優于PAM和鈉基膨潤土;

(2) 無機分散劑與分子量適中的有機分散劑復配使用比單一使用的分散效果好;

(3) 將分散機理不同的有機分散劑復配使用比單一使用的分散效果好;

(4) 使用少量的類表面活性劑的化學助劑, 既可使涂料具有較好的分散性, 又具有較好的流平性;

(5) 無機分散劑與分子量很大的PAM、HEC 等增稠劑混合使用, 不如沒有無機分散劑的抗沉降效果好。


幾種助劑對EVA 乳膠漆的粘度和沉降值的影響


  2. 2 涂料助劑對沉降值的影響

涂料在貯存過程中, 處于分散體系中的各顏填料粒子均在不停地作不規則的熱運動。這種熱運動, 一方面有利于顏填料粒子在涂料中的分散, 另一方面卻又由于彼此間的碰撞, 受粒子間引力的作用而發生絮凝, 生成聚集體和附聚體而沉降。這種沉降嚴重時, 會使涂料中的顏填料與成膜樹脂一起沉底, 結成硬塊而失去價值。為解決這一問題, 依據現有的材料, 本課題以六偏磷酸鈉、助劑1、助劑2、助劑3 為原料, 加入到涂料中進行了防沉降性探討, 其結果如表3 所示。

幾種助劑對EVA乳膠漆的粘度和沉降值的影響, 中國建材網,cnprofit.com

附注: 表中六偏磷酸鈉、助劑1、助劑2、助劑3 的用量以占涂料總重量的百分數表示。


 表3 表明, 六偏磷酸鈉、助劑1、助劑2 和助劑3均可用作分散劑。單一使用, 如加量合適, 均可起到抗沉降的作用; 若混合使用, 效果更佳。表3 還表明, 上述助劑的抗沉降作用, 若單一使用, 以助劑3 為最好, 而以六偏磷酸鈉最差; 如混合使用, 則以多種助劑復配使用的好。


多種有機高分子助劑復配比無機高分子助劑與有機高分子助劑復配使用的好。同時, 實驗16、20、21、4- 16 還表明, 對于后一種復配方式尚須嚴格“量化”(分子量、摩爾數) , 否則沉降值反而會因某種助劑用量的增加或分子量的太大而提高。


筆者認為, 雖然上述三種類型助劑的分散機理各不相同, 但“協同效應”也只有在復配的實踐中互不相克時才會發生。六偏磷酸鈉(N aPO 3) 6 是無機高分子鏈狀聚磷酸鹽。在水相中, 它容易發生水解。其對顏填料粒子的分散機理是在粒子的表面形成雙電層。


六偏磷酸鈉是靠粒子表面間的靜電斥力使顏填料得以分散的。這種穩定方式對離子比較敏感, 且又容易水解。當水相中溶入了電荷相反的離子時, 這種雙電層結構便被破壞, 沉降值亦隨之提高。助劑1 和助劑2 是聚羧酸鹽類的高分子化合物。它們的分散機理是當其被帶正電荷的顏填料粒子吸附后, 在這些粒子的表面形成高分子吸附層。這層高分子膜不帶電荷, 對顏填料粒子起屏蔽作用。


當兩個帶一定厚度吸附層的粒子相互靠近, 還沒有重疊時,這兩個粒子相互不發生作用, 若吸附層粒子重疊時,在重疊區域內, 聚合物伸展在液相中的鏈節運動的自由度就因位阻而削減。借助這種作用, 可阻止顏填料粒子間的槽跨交聯產生絮凝。


助劑3 是一類類似表面活性劑的高分子化合物,其分子一端為長鏈的親油基, 另一端為親顏填料粒子的“活性”基團。該助劑被加入到涂料中后, 不僅能在無機顏填料粒子表面形成單分子層, 而且能和水相中的成膜樹脂連接起來, 提高涂料的抗沉降性。經驗說明, 這類助劑的用量只需要占顏填料總重量的0. 4%即可, 且涂料的流平性良好。


實驗中還發現, 六偏磷酸鈉與分子量很大的增稠劑PAM、HEC 等混合使用, 不如無六偏磷酸鈉的抗沉降效果好。這是因為高分子量的PAM、HEC 等增稠劑在水中溶脹后, 減少了“自由活動”的水, 把懸浮著的乳膠粒子及顏填料粒子擠到一起, 從而增加了絮凝傾向。


由于這種絮凝傾向的作用力足以克服六偏磷酸鈉賦予顏填料粒子表面形成雙電層的靜電斥力, 這時(如圖2 所示) , 兩粒子間由電斥力勢能變為電引力勢能, 結果反而使涂料的沉降值增加。若不用六偏磷酸鈉, 則無此效應。

幾種助劑對EVA乳膠漆的粘度和沉降值的影響, 中國建材網,cnprofit.com

圖2 粒子間相互作用的電勢能曲線


  3 結論

( 1) HEC 對乳膠漆的增稠效果明顯優于PAM和鈉基膨潤土;

(2) 無機分散劑與分子量適中的有機分散劑復配使用比單一使用的分散效果好;

(3) 將分散機理不同的有機分散劑復配使用比單一使用的分散效果好;

(4) 使用少量的類表面活性劑的化學助劑, 既可使涂料具有較好的分散性, 又具有較好的流平性;

(5) 無機分散劑與分子量很大的PAM、HEC 等增稠劑混合使用, 不如沒有無機分散劑的抗沉降效果好。


吳自強 李鵬舉

(武漢工業大學資源與環境工程系 武漢430070)  

吳 鷹

(華中師范大學生命科學院 武漢430070) 




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