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涂料助劑在涂料中的用量很少,但能顯著提高涂料性能,已成為涂料不可缺少的組成部分。水性涂料常用的助劑有成膜助劑、增稠劑、分散劑、潤(rùn)濕劑、消泡劑、增塑劑、防霉殺菌劑等。增稠劑是一種流變助劑,不僅可以使涂料增稠,防止施工中出現(xiàn)流掛現(xiàn)象,而且能賦予涂料優(yōu)異的機(jī)械性能和貯存穩(wěn)定性。對(duì)于黏度較低的水性涂料來(lái)說(shuō),是非常重要的一類助劑。
(1)水性涂料用增稠劑的分類。目前市場(chǎng)上可選用的增稠劑品種很多,主要有無(wú)機(jī)增稠劑、纖維素類、聚丙烯酸酯和締合型聚氨酯增稠劑四類。纖維素類增稠劑的使用歷史較長(zhǎng)、品種很多,有羧甲基纖維素( CMC)、羥乙基纖維素(HEC)、乙基羥乙基纖維素(EHEC)、羥丙基甲基纖維素(HPMC)等,曾是增稠劑的主流,其中最常用的是羥乙基纖維素。聚丙烯酸酯增稠劑基本上可分為兩種:一種是水溶性的聚丙烯酸鹽;另一種是丙烯酸、甲基丙烯酸的均聚物或共聚物乳液增稠劑,這種增稠劑本身是酸性的,需用堿或氨水中和至pH=8~9才能達(dá)到增稠效果,也稱為丙烯酸堿溶脹增稠劑。聚氨酯類增稠劑是近年來(lái)新開(kāi)發(fā)的締合型增稠劑。無(wú)機(jī)增稠劑是一類吸水膨脹而形成觸變性的凝膠礦物。主要有膨潤(rùn)土、凹凸棒土、硅酸鋁等,其中膨潤(rùn)土最為常用。
(2)增稠機(jī)理。
①纖維素類增稠劑。纖維素類增稠劑的增稠機(jī)理是疏水主鏈與周圍水分子通過(guò)氫鍵締合,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。也可以通過(guò)分子鏈的纏繞實(shí)現(xiàn)黏度的提高,表現(xiàn)為在靜態(tài)和低剪切力下有高黏度,在高剪切力下為低黏度。這是因?yàn)樵陟o態(tài)或低剪切力時(shí),纖維素分子鏈處于無(wú)序狀態(tài)而使體系呈現(xiàn)高黏性;而在高剪切力時(shí),分子平行于流動(dòng)方向作有序排列,易于相互滑動(dòng),所以體系黏度下降。
②聚丙烯酸類增稠劑。其增稠機(jī)理是增稠劑溶于水中,通過(guò)羧酸根離子的同性靜電斥力,分子鏈由螺旋狀伸展為棒狀,從而提高了水相的黏度。另外,它還通過(guò)在乳膠粒與顏料之間架橋形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),增加了體系的黏度。
③締合型聚氨酯類增稠劑。A. J.Reuvers對(duì)締合型聚氨酯類增稠劑的增稠機(jī)理作了詳細(xì)的研究。這類增稠劑的分子結(jié)構(gòu)中引入了親水基團(tuán)和疏水基團(tuán),使其呈現(xiàn)出一定的表面活性劑的性質(zhì)。當(dāng)它的水溶液濃度超過(guò)某一特定濃度時(shí),形成膠束,膠束和聚合物粒子締合形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),使體系黏度增加。另一方面一個(gè)分子帶幾個(gè)膠束,降低了水分子的遷移性,使水相黏度也提高。這類增稠劑不僅對(duì)涂料的流變性產(chǎn)生影響,而且與相鄰的乳膠粒子間存在相互作用,如果這個(gè)作用太強(qiáng)的話,容易引起乳膠分層。
④無(wú)機(jī)增稠劑膨潤(rùn)土。是一種層狀硅酸鹽,吸水后膨脹形成絮狀物質(zhì),具有良好的懸浮性和分散性,與適量的水結(jié)合成膠狀體,在水中能釋放出帶電微粒,增大體系黏度。