(三升化工貿(mào)易有限公司)
  摘要：通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)羥乙基纖維素（HEC）在乳膠漆生產(chǎn)中添加方式不同（即在分散研磨階段添加還是在調(diào)漆階段添加），對(duì)乳膠漆最終黏度、貯存穩(wěn)定性等方面都有比較明顯的影響。結(jié)合纖維素增稠機(jī)理分析認(rèn)為這些方面的影響主要是由于纖維素在乳膠漆中的分散狀態(tài)引起的，而乳膠漆中纖維素的分散狀態(tài)取決于它的添加方式。
  關(guān)鍵詞：羥乙基纖維素；乳膠漆；添加方式；分散存在狀態(tài)

  0、前言
  纖維素類增稠劑一直是乳膠漆最重要的流變助劑之一，其中以羥乙基纖維素（HEC）使用最為廣泛[1-2]。很多文獻(xiàn)報(bào)道，纖維素類增稠劑具有如下諸多優(yōu)點(diǎn)：增稠效率高、相容性好、高貯存穩(wěn)定性以及優(yōu)異的抗流掛性等等。羥乙基纖維素在乳膠漆生產(chǎn)中的添加方式是靈活多變的，比較常見的添加方式[3]有以下兩種：①在制漿時(shí)加入，提高漿料黏度，從而有助于提高分散效率；②制備成黏稠的膏體在調(diào)漆時(shí)加入以達(dá)到增稠的目的。到目前為止，還沒有報(bào)道研究羥乙基纖維素的添加方式對(duì)乳膠漆體系的影響。本文通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，羥乙基纖維素在乳膠漆體系中的添加方式不同，制備的乳膠漆性能有非常明顯的差別，在加入量相同的情況下，添加方式不同，制備的乳膠漆的黏度相差甚大；另外，羥乙基纖維素的添加方式對(duì)乳膠漆的貯存穩(wěn)定性也有非常明顯的影響。本研究通過(guò)對(duì)羥乙基纖維素增稠機(jī)理的分析，結(jié)合試驗(yàn)現(xiàn)象解釋了引起這些現(xiàn)象的原因。

  1、試驗(yàn)部分

  1.1、原材料及設(shè)備儀器

  苯丙乳液XG-2000，衡水新光化工；分散劑5040、消泡劑NXZ和SN-1340，諾普科；纖維素HS30000YP2，科萊恩；潤(rùn)濕劑PE-100，科寧；pH調(diào)節(jié)劑AMP-95，陶氏安格斯；成膜助劑TEXANOL，伊士曼；殺菌劑LXE，陶氏；增稠劑D105，HANKUCKLATICES。QSJ型高速分散機(jī)：天津市中環(huán)試驗(yàn)儀器；STM-Ⅳ型斯托默黏度計(jì)：上海普申化工機(jī)械；NDJ-1旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)：天津永利達(dá)材料試驗(yàn)機(jī)有限公司.

  1.2、乳膠漆的制備

  依次向容器中加入水、丙二醇、分散劑、潤(rùn)濕劑、消泡劑和纖維素，將纖維素分散至無(wú)粉團(tuán)，加入pH調(diào)節(jié)劑，然后加入各種粉料，將分散機(jī)調(diào)至高速開始分散，半小時(shí)后調(diào)低轉(zhuǎn)速加入成膜助劑、乳液和消泡劑，然后用增稠劑增稠。纖維素以兩種方式添加到體系中：一是在分散階段加入；二是配置成2.5%的水溶液（膏體）在調(diào)漆階段加入。2.5%纖維素水溶液配置方法：將纖維素加入水中分散至無(wú)粉團(tuán)，然后加入適量的pH調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)pH值，攪拌使其完全溶解最終成膏狀，待用。表1為基礎(chǔ)配方。

  表1基礎(chǔ)配方


  1.3、試驗(yàn)設(shè)計(jì)

  試驗(yàn)設(shè)計(jì)A：將配方體系中HEC的總含量固定為0.3%，然后以上面介紹的添加方式搭配調(diào)制乳膠漆，分別測(cè)試其低剪切和中剪切黏度，進(jìn)行對(duì)比，并對(duì)比熱貯存穩(wěn)定性（貯存條件：50℃貯存30d）。試驗(yàn)設(shè)計(jì)B：與A組試驗(yàn)對(duì)應(yīng)（A2-A5），不改變分散階段HEC的加入量，調(diào)整調(diào)漆階段HEC的加入量，將乳膠漆的中剪黏度調(diào)至相同，對(duì)比熱貯存穩(wěn)定性（貯存條件：50℃貯存30d）。

  2、結(jié)果與討論

  2.1、羥乙基纖維素添加方式不同對(duì)乳膠漆體系產(chǎn)生的影響

  表2為A組試驗(yàn)詳情，試驗(yàn)中配方其他組分不變的情況下，將3gHEC調(diào)整搭配比例進(jìn)行了5組試驗(yàn)。

  表2A組試驗(yàn)詳情（HEC加入量比例和黏度及熱貯存穩(wěn)定性測(cè)試結(jié)果）

  由表2可以明顯看出，隨著調(diào)漆階段膏體形式添加的HEC量增加，體系低剪黏度和中剪黏度持續(xù)升高，HEC完全后期加入比完全在制漿過(guò)程中加入低剪黏度增加了7000mPa·s，同時(shí)，中剪黏度也增加了近16KU，說(shuō)明調(diào)漆時(shí)加入的HEC增稠效率要高。對(duì)比了A組試驗(yàn)熱貯存穩(wěn)定性可以發(fā)現(xiàn)A1嚴(yán)重分水，A2輕度分水，A3～A5無(wú)分水現(xiàn)象，開罐效果良好?？梢钥闯鲭S著調(diào)漆階段加入的HEC增加，乳膠漆的貯存穩(wěn)定性也越來(lái)越好。表3為B組試驗(yàn)結(jié)果，與A2～A4試驗(yàn)對(duì)應(yīng)，分散階段加入HEC量不變的基礎(chǔ)上，調(diào)整調(diào)漆階段HEC的加入量，將中剪黏度調(diào)節(jié)在92～95KU左右?？梢园l(fā)現(xiàn)隨著分散階段加入HEC量減少，達(dá)到相同KU黏度所需HEC總量減少。達(dá)到相同黏度，HEC完全調(diào)漆階段加入比完全制漿階段加入節(jié)省了1g/1000g；其次，對(duì)比A1和B組所有試驗(yàn)的貯存穩(wěn)定性發(fā)現(xiàn)，雖然中、低剪黏度接近，但是貯存穩(wěn)定性卻相差很大，A1和B2分水嚴(yán)重，B3輕度分水，B4和B5無(wú)分水現(xiàn)象，開罐效果良好，這也說(shuō)明了調(diào)漆階段加入HEC有利于保持體系的貯存穩(wěn)定性。

  表3B組試驗(yàn)詳情（HEC加入量和黏度及貯存穩(wěn)定性測(cè)試結(jié)果）

  綜上所述，HEC添加方式不同對(duì)乳膠漆體系產(chǎn)生的影響總結(jié)如下：一是HEC添加方式不同，其增稠效率不同，調(diào)漆階段加入的HEC增稠效率更高；二是HEC添加方式不同，導(dǎo)致體系最終的貯存穩(wěn)定性不同，調(diào)漆階段加入的HEC更有利于保持貯存穩(wěn)定性了。

  圖1羥乙基纖維素在水中的增稠機(jī)理

  2.2、羥乙基纖維素添加方式不同對(duì)乳膠漆體系產(chǎn)生影響的原因分析

  羥乙基纖維素的增稠機(jī)理[4]是其通過(guò)分子間的和分子內(nèi)氫鍵的形成，以及水合作用和分子鏈的鏈纏繞，實(shí)現(xiàn)黏度的提高。因此，可以將羥乙基纖維素增稠方式分為兩個(gè)方面（如圖1所示）：一是分子間和分子內(nèi)氫鍵的作用，疏水主鏈與周圍水分子通過(guò)氫鍵締合，如圖1（左）所示，提高了聚合物本身的流體體積，減少了顆粒自由活動(dòng)的空間，從而提高了體系黏度；二是通過(guò)分子鏈的纏繞搭接，使纖維素鏈在整個(gè)體系中呈一種立體的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)黏度的提高，如圖1（右）所示。再看纖維素對(duì)體系貯存穩(wěn)定性是如何起作用的：第一，氫鍵的作用限制了自由水的流動(dòng)，起到了保水作用，對(duì)防止分水做出貢獻(xiàn)；第二，纖維素鏈的相互搭接纏繞，在顏填料和乳液顆粒之間形成一個(gè)交聯(lián)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)或獨(dú)立的區(qū)域，起到了防止沉降的作用。正是上面兩種作用方式的結(jié)合使得羥乙基纖維素具有了非常好的提高貯存穩(wěn)定性的能力。在乳膠漆生產(chǎn)中，打漿分散時(shí)加入的HEC隨著外力的增加，剪切速度梯度的增大，分子平行于流動(dòng)方向作有序的排列，分子鏈之間的搭接纏繞體系被破壞，易于相互滑動(dòng)，表現(xiàn)為體系黏度下降。由于體系中含有大量的其他組分（顏填料、乳液），這種有序排列即使在調(diào)漆完畢長(zhǎng)時(shí)間放置也無(wú)法恢復(fù)交聯(lián)搭接的纏繞狀態(tài)，這種情況下HEC只是依靠氫鍵的作用保水增稠，從而使得HEC的增稠效率降低，這種分散狀態(tài)對(duì)于體系的貯存穩(wěn)定性的貢獻(xiàn)也相應(yīng)減小。然而，調(diào)漆時(shí)已溶解的HEC在較低的攪拌速度下均勻地分散在體系中，HEC鏈交聯(lián)搭成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)破壞程度較小。從而表現(xiàn)出較高的增稠效率和貯存穩(wěn)定性。顯而易見，兩種增稠方式同時(shí)作用是纖維素高效增稠，并且保證貯存穩(wěn)定性的前提。換句話說(shuō)，纖維素在水中的溶解分散狀態(tài)會(huì)嚴(yán)重影響其增稠效果以及對(duì)貯存穩(wěn)定性的貢獻(xiàn)。

  2.3、羥乙基纖維素添加方式的選擇

  從前面的分析可以看出，HEC在調(diào)漆階段以膏體形式加入，增稠效率和貯存穩(wěn)定性都比較好。但是考慮到其他方面的影響，HEC的添加方式和添加量還是要根據(jù)具體配方去確定。在這里，給出兩點(diǎn)建議以作參考：(1)HEC雖然在分散階段加入會(huì)降低它的增稠效率，但是卻可以提高漿料黏度從而提高分散效率，適量添加也是一種好的選擇。(2)HEC主要用于提高低剪黏度，除此之外，HEC耐水性不好，用量大也會(huì)影響耐擦洗性。因此，HEC后期調(diào)漆階段的加入量只要能發(fā)揮保持貯存穩(wěn)定性效果即可，然后搭配用于提高中剪和高剪黏度的增稠劑使用，可以得到理想的增稠效果。

  3、結(jié)語(yǔ)

  羥乙基纖維素在涂料中的添加方式?jīng)Q定了它在涂料中的分散狀態(tài)，而分散存在狀態(tài)是其發(fā)揮增稠效果的關(guān)鍵之一。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)分散階段加入羥乙基纖維素由于在高剪切的作用下有序排列，易于相互滑動(dòng)，相互搭接纏繞的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)被破壞，從而降低了增稠效率。調(diào)漆階段加入的膏狀HEC由于低速攪拌過(guò)程中空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)破壞程度非常小，其增稠效果得到了充分的體現(xiàn)，并且這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對(duì)于保證乳膠漆的貯存穩(wěn)定性也非常有利。綜上所述，HEC在調(diào)漆階段加入更有利于其實(shí)現(xiàn)高增稠效率和高貯存穩(wěn)定性這些優(yōu)點(diǎn)。

  乳膠漆中羥乙基纖維素添加方法的研究 http://www.fssansheng.com

2011年12月19日08:30 涂料涂裝資訊網(wǎng)
  吳軍楊永強(qiáng)