几种助剂对EVA乳胶漆的粘度和沉降值的影响罗卿

发布时间：2022-08-12 09:59:12

几种助剂对EVA乳胶漆的粘度和沉降值的影响，

作者以粘度较高、耐水性和抗冻性较好, 富有弹性的VA E 乳胶为基料, 研制出一种材料易得, 成本较低, 性能较好的新型乳胶涂料, 本文仅就涂料中所用的助剂的影响作一专述。

1　实验部分

1. 1　原材料

VA E 白乳胶、钛白粉(锐钛)、立德粉、滑石粉、六偏磷酸钠、助剂1、助剂2、助剂3、HEC、PAM、膨润土(钠基)、磷酸三丁酯、增白剂VBL、群青、自来水

1. 2　实验配方

(略, 见结果与讨论部分)

1. 3　工艺流程

图1　乳胶漆制造工艺

1. 4　性能测试

( 1) 粘度的测定　按照GB1723- 79《涂料粘度测定法》进行测定。

(2) 沉降值的测定　在100 mL 清洁的量筒内,倒入100 mL 涂料, 在温度23±2℃条件下, 静置24h, 以颜填料与胶液分界线以上的毫升数为沉降值涂料的其他性能测定均按国家有关规定进行。

2　结果与讨论

2. 1　涂料助剂与粘度的关系

2. 1. 1　PAM 的用量对粘度的影响

市售的PAM 呈粉状, 配成1% 浓度的水溶液使用, 在涂料制造完毕后加入。由实验得知, 随PAM 用量的增大, 涂料的粘度也增加。当PAM (1% 的水溶液) 用量为1. 85%～3. 22% 时, 涂料的粘度直线上升, 之后, 粘度增加变缓。因此, 单纯使用未经改性的PAM , 很难制得高粘度的乳胶漆。

这种现象可以解释如下:

PAM 是一种水溶性的高分子化合物, 它进入乳胶漆中的连续相后, 一方面由于本身分子量大, 粘度高, 从而提高了乳胶漆的粘度; 另一方面则是因为PAM 能吸附在乳胶粒子表面, 然后膨胀产生软凝聚, 并形成包覆层, 这就增加了乳胶粒子的体积, 使粒子的布朗运动受阻, 致使粘度增高。故在后一过程未完成以前, 涂料的粘度随PAM 用量的增加而直线上升。但当上述过程消失后, 再增加PAM 的用量, 涂料粘度的上升就变缓。

2. 1. 2　HEC 对涂料粘度的影响

HEC 是一种非离子型的水溶性树脂。本研究中,把HEC 投入冷水中, 经搅拌配成2% 的水溶液后使

用。

表1 表明, 在涂料中加入HEC 后, 粘度会有较大的改善, 并且明显优于PAM , 这是因为HEC 分子中含有较多的亲水性基团- OH ( 在PAM 中为-CONH2 ) , 较PAM 更易与涂料中的水形成水化膜而包覆颜料粒子及乳胶粒。

实验还表明, 这种粘度的增长随HEC 分子量的加大而加大。这同PAM 一样, 分子量愈大, 与乳胶粒中的树脂形成物理交联也愈严重, 同时, 这种分子量大的聚合物溶剂化的长链与其他的链发生缠绕而导致粘度的增长也愈大。

但这种增长不利于涂料的流平, 并且使涂膜粗糙。因此, HEC 和PAM 等增稠剂同样不宜单用或多用, 尤其是不宜用高分子量的, 否则, 除上述不良现象外, 还会如实验8 所示, 由于HEC 在水中的溶胀, 减少了“自由活动”的水, 把悬浮着的颜填料粒子和乳胶粒子挤到一起, 从而产生絮凝倾向——涂料的沉降值增加。

2. 1. 3　膨润土(钠基) 对涂料粘度的影响

膨润土具有极大的膨胀性和较好的吸附性、粘结性、触变性。我国浙江临安的钠基膨润土胶质价100,水膨胀系数可达29 倍。这种膨润土经精制后用于涂料中, 使涂料呈假塑性流体, 它在很小切应力下就开始流动, 粘度随切应力增加而变低, 而在切应力消失后又恢复凝胶态, 但保水性差。

本研究实验11～ 12 表明(参见表2) , 膨润土可作增稠剂使用, 但单独使用,其用量须在1% 以上, 用量继续增大, 增稠性虽可提高, 但涂料的流平性随之降低。如与HEC、PAM 等保水性好的增稠剂合用, 涂膜的表观会有改善。

附注: 表中各物质均以重量计, 水的加入量均为200 (份)。

2. 2　涂料助剂对沉降值的影响

涂料在贮存过程中, 处于分散体系中的各颜填料粒子均在不停地作不规则的热运动。这种热运动, 一方面有利于颜填料粒子在涂料中的分散, 另一方面却又由于彼此间的碰撞, 受粒子间引力的作用而发生絮凝, 生成聚集体和附聚体而沉降。这种沉降严重时, 会使涂料中的颜填料与成膜树脂一起沉底, 结成硬块而失去价值。为解决这一问题, 依据现有的材料, 本课题以六偏磷酸钠、助剂1、助剂2、助剂3 为原料, 加入到涂料中进行了防沉降性探讨, 其结果如表3 所示。

附注: 表中六偏磷酸钠、助剂1、助剂2、助剂3 的用量以占涂料总重量的百分数表示。

表3 表明, 六偏磷酸钠、助剂1、助剂2 和助剂3均可用作分散剂。单一使用, 如加量合适, 均可起到抗沉降的作用; 若混合使用, 效果更佳。表3 还表明, 上述助剂的抗沉降作用, 若单一使用, 以助剂3 为最好, 而以六偏磷酸钠最差; 如混合使用, 则以多种助剂复配使用的好。多种有机高分子助剂复配比无机高分子助剂与有机高分子助剂复配使用的好。同时, 实验16、20、21、4- 16 还表明, 对于后一种复配方式尚须严格“量化”(分子量、摩尔数) , 否则沉降值反而会因某种助剂用量的增加或分子量的太大而提高。

笔者认为, 虽然上述三种类型助剂的分散机理各不相同, 但“协同效应”也只有在复配的实践中互不相克时才会发生。六偏磷酸钠(N aPO 3) 6 是无机高分子链状聚磷酸盐。在水相中, 它容易发生水解。其对颜填料粒子的分散机理是在粒子的表面形成双电层。

六偏磷酸钠是靠粒子表面间的静电斥力使颜填料得以分散的。这种稳定方式对离子比较敏感, 且又容易水解。当水相中溶入了电荷相反的离子时, 这种双电层结构便被破坏, 沉降值亦随之提高。助剂1 和助剂2 是聚羧酸盐类的高分子化合物。它们的分散机理是当其被带正电荷的颜填料粒子吸附后, 在这些粒子的表面形成高分子吸附层。这层高分子膜不带电荷, 对颜填料粒子起屏蔽作用。

当两个带一定厚度吸附层的粒子相互靠近, 还没有重叠时,这两个粒子相互不发生作用, 若吸附层粒子重叠时,在重叠区域内, 聚合物伸展在液相中的链节运动的自由度就因位阻而削减。借助这种作用, 可阻止颜填料粒子间的槽跨交联产生絮凝。

助剂3 是一类类似表面活性剂的高分子化合物,其分子一端为长链的亲油基, 另一端为亲颜填料粒子的“活性”基团。该助剂被加入到涂料中后, 不仅能在无机颜填料粒子表面形成单分子层, 而且能和水相中的成膜树脂连接起来, 提高涂料的抗沉降性。经验说明, 这类助剂的用量只需要占颜填料总重量的0. 4%即可, 且涂料的流平性良好。

实验中还发现, 六偏磷酸钠与分子量很大的增稠剂PAM、HEC 等混合使用, 不如无六偏磷酸钠的抗沉降效果好。这是因为高分子量的PAM、HEC 等增稠剂在水中溶胀后, 减少了“自由活动”的水, 把悬浮着的乳胶粒子及颜填料粒子挤到一起, 从而增加了絮凝倾向。由于这种絮凝倾向的作用力足以克服六偏磷酸钠赋予颜填料粒子表面形成双电层的静电斥力, 这时(如图2 所示) , 两粒子间由电斥力势能变为电引力势能, 结果反而使涂料的沉降值增加。若不用六偏磷酸钠, 则无此效应。

图2　粒子间相互作用的电势能曲线

3　结论

( 1) HEC 对乳胶漆的增稠效果明显优于PAM和钠基膨润土;

(2) 无机分散剂与分子量适中的有机分散剂复配使用比单一使用的分散效果好;

(3) 将分散机理不同的有机分散剂复配使用比单一使用的分散效果好;

(4) 使用少量的类表面活性剂的化学助剂, 既可使涂料具有较好的分散性, 又具有较好的流平性;

(5) 无机分散剂与分子量很大的PAM、HEC 等增稠剂混合使用, 不如没有无机分散剂的抗沉降效果好。

几种助剂对EVA 乳胶漆的粘度和沉降值的影响

2. 2　涂料助剂对沉降值的影响

附注: 表中六偏磷酸钠、助剂1、助剂2、助剂3 的用量以占涂料总重量的百分数表示。

表3 表明, 六偏磷酸钠、助剂1、助剂2 和助剂3均可用作分散剂。单一使用, 如加量合适, 均可起到抗沉降的作用; 若混合使用, 效果更佳。表3 还表明, 上述助剂的抗沉降作用, 若单一使用, 以助剂3 为最好, 而以六偏磷酸钠最差; 如混合使用, 则以多种助剂复配使用的好。

多种有机高分子助剂复配比无机高分子助剂与有机高分子助剂复配使用的好。同时, 实验16、20、21、4- 16 还表明, 对于后一种复配方式尚须严格“量化”(分子量、摩尔数) , 否则沉降值反而会因某种助剂用量的增加或分子量的太大而提高。