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乳胶漆贮存过程中分层因素,本文阐述了乳胶漆在贮存过程中分层机理和原因,各种材料性能对乳胶漆分层的影响,中国化工网,okmart.com
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乳胶漆贮存过程中分层因素,本文阐述了乳胶漆在贮存过程中分层机理和原因,各种材料性能对乳胶漆分层的影响
2019年07月11日    阅读量:116    新闻来源:中国化工网 okmart.com  |  投稿

前言

    目前,涂料工程师在乳胶漆的生产过程中,均遇到过乳胶漆在贮存过程中分层(即分水)的问题,虽然大家对可以重新搅拌均匀的疏松的分层可以接受,除了那种硬块沉淀分层外。


但是分层不仅影响开罐效果,涂料的上下两层性质完全不同,远远偏离了当初设计的目标值,如果用这种白漆来调色生产彩色乳胶漆,则由于分水,亲水的颜填料有倾向进入亲水相亦即上层,使得开罐效果极为难看,分层的乳胶漆如果使用过程未搅拌均匀,则其流变性能己完全改变。况且施工时对包装好分层的一桶桶漆重新搅拌均匀也不是一件轻松的事情中国化工网okmart.com


      分层一般与下列因素有关:乳液、助溶剂、润湿分散剂、增稠剂、流变改性剂等,当然具有晶片状、纤维状的填料对分层有改善,可以起到积极的改进作用。配方中各材料的种类、用量及其配比搭配不当,体系的亲水亲油不平衡,涂料体系则存在相互斥力,疏水相有聚积在一起并逃离亲水相的趋势,导致相分离,贮存过程中出现分层、沉淀等不稳定现象也将成为必然,从而使得上下两层漆的性能远远地偏离了设计目标值。


1.增稠剂、流变改性剂对分层的影响

    乳胶漆生产中使用了不同性质的增稠剂、流变改性剂,有只对水相增稠的,如轻乙基纤维素、碱溶胀型增稠剂,轻乙基纤维素其增稠机理是其在水相中疏水聚合物主链与周围水分子通过氢键缔合溶胀而增稠(如图1),纤维素在颜填料和乳液颗粒之间形成一个交联的网状结构或独立的区域(如图2)。


缔合型增稠剂和流变改性剂,具有表面活性剂性质,其结构是亲水聚合物主链一聚氧乙烯链(EO)n,其上连结有疏水基团,疏水基团的特定类型和在增稠剂分子上憎水基团的数目的不同,将决定此类增稠剂在乳胶漆体系中的增稠效果和对涂料体系的流动和流平的控制。缔合型增稠剂的增稠机理比纤维素类更有组织,其疏水头部吸附在乳液或颜填料粒子表面,在颗粒之间形成桥一样链接,导致乳液一乳液、乳液一颜填料粒子之间网状组织的形成。


缔合型增稠剂的疏水基团在涂料中还会形成胶束,胶束通过聚合物主链与乳液颗粒和颜料颗粒相偶合,形成网络(如图3)。这个增稠网更有组织,而胶束就是不同于涂料周围介质的分离相,这个网是比较疏水的:缔合型流变改性剂,不同品种,其疏水端基的疏水性强弱不一样,亲水主链大小也不一样,具有不同的亲水亲油性。在体系中亦可形成胶束,胶束和粒子也可偶联。


    涂料中疏水区和亲水区的形成:体系中水、乳液粒属于比较疏水区。如发生分层自然亲水区悬浮在上层,疏水区下沉到下层,并且这下层是很疏松的体系,但如果颜填料粒子因絮凝、未形成网络而下沉,则会出现硬块型的沉淀。

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流变改性剂随着它们的亲水亲油性不一样,对体系增稠程度也不一样,它们穿插在体系之间,对水和粒子增稠,可调节整个体系的亲水亲油性至平衡。体系的亲水亲油性比较平衡,则亲水区对疏水区斥力小,体系平衡稳定;体系的亲水亲油性不平衡时,亲水区对疏水区产生很大的斥力,体系不稳定发生分层,当然平衡程度不一样,网络间斥力大小不同。


分层的严重程度不一样。这一关系可从表1很明显地看出来,·配方No.1-No.2-No.3,配方No.4-No.5,两组配方中较亲水的轻乙基纤维素含量、疏水较强的SN-612含量呈减少趋势,而亲水亲油性比适中的SN-636、流平剂Levelling 620呈增加趋势,体系亲水区对疏水区的斥力呈减小趋势,分层也变得越轻微。涂料发生分层,上下两层的性质相差甚远,从粘度、触变指数、流变性,涂膜性能等与当初配方设计的目标已大相径庭,如果重新混合得不均匀,则涂料的性质就偏离了设计的目标。

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注:(1) TL-1A-江苏日出苯丙乳液,6512-1-长兴苯丙乳液;润湿分散剂为Henkel公司产品,HBR250为轻乙基纤维素,Aqualon;增稠、流变改性剂为HenkelSN-620. SN-636. SN-612,亲水性:HBR250>620>636>612

      (2)所有的漆均在50℃存30天

2.助溶剂对分层的影响

    实验:生产两个PVC=45%的白漆,除水和乙二醇的比例不同,其它条件均一样,两组漆A. B放在50℃贮存一个月,检测结果及配方的不同点列于表2.

                          表2助溶剂对分层的影响

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分析:在乳胶漆的分层中,亲水亲油是个非常敏感的问题。助溶剂种类和用量对分层的影响很大,在一平衡涂料体系中,存在一缔合一离解平衡问题,因配方中使用的缔合型增稠剂具有表面活性剂的性质,在水性介质中,表面活性剂与介质之间不相似性越大,则胶束聚集数越大,具有表面活性的物质,在水性介质中,其憎水基碳氢链周围的水分子将有不同于水中原结构的新结构,即所谓的“冰山结构’,,一般极性较强的有机物添加剂,如乙二醇之类,它的加入使具有表面活性的物质分子链上的憎水基团周围水分子“冰山结构”破坏,从而影响到憎水基团对表面的吸附。助溶剂对体系起增溶作用,它的加入会改变水性介质的性质,从而影响增稠剂疏水基对粒子的缔合。


增加助溶剂(如乙二醇)的量,如用乙二醇作稀释试验,则粘度下降很快,此漆在贮存中极易分离出乳液。因助溶剂的加入使涂料体系的连续相增多了有机物,体系的水一溶剂平衡被打破,疏水基周围的“冰山结构”破坏更多,结果体系的缔合作用减少,体系粘度降低;不同种类的助溶剂,存在一种趋势,乙二醇一丙二醇一甲基必醇等,随着水溶性助溶剂分子中的碳原子数增多,溶剂对缔合型增稠剂一乳液体系的影响变大,增稠剂的疏水端与乳液粒子的缔合作用减弱加强,疏水增稠剂形成的胶束也减少,涂料体系中网络减少,不仅涂料的粘度下降,而且因乳液粒子发生缔合的机率也减少,涂料在贮存过程中发生分层,分层出的上层物质就有未发生缔合的乳液,如表2中B漆所表示的情况。


3.润湿、分散剂对分层的影响

    实验:按表3作两个漆,漆I、漆II,在50℃贮30天,结果漆I分离出乳液,漆且分离出浅黄色透明粘稠液体。

                          表3润湿分散剂对分层的影响

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注:分散剂为Henkel Dispersant5027 , Dispersant 3204、润湿剂为HenkelHydroplant436, Colosperse 188A增稠及流变改性剂为Henkel N-thickener 636,SN-thickener 612、Nopco DSXTm 2000EXP


分析:不同的润湿分散剂会改变粒子的表面性质,从而会影响到缔合型增稠剂在粒子表面的吸附情况和吸附牢度。不同的表面活性剂具有不同的HLB值,表面活性剂的亲水亲油值不同对缔合型增稠剂缔合粒子的干扰也不同,如表3,漆I中Hydroplant436的HLB值大,约为16,它们选择性地吸附在涂料粒子的表面,改变粒子表面亲水亲油性,从而减弱缔合型增稠剂的疏水基对粒子的吸附,由于缔合型增稠剂的疏水基对乳液粒子的缔合减弱,发生分层时,就有未缔合的乳液悬浮在上层,分层分出带蓝光的液体。漆H中Colosperse 188-A的HLB值大约为8-9,亲油性强,对缔合型增稠剂缔合乳液粒子的负面影响干扰小,乳液粒子缔合较好,如体系不平衡,发生分层也不会有带蓝光的液体出现。


在不同HLB值的表面活性剂对缔合型增稠剂一乳液体系的增稠影响试验中,发现表面活性剂的HLB值对体系粘度的变化产生很大影响,一般HLB值越大的表面活性剂  (亲水),使体系粘度降低也越多,不同种类的表面活性剂随着其HLB值的增大,对缔合型增稠剂缔合乳液粒子的干扰就越大,因而对体系粘度降低和分乳液的影响也越大。


当然,搭配好润湿分散剂种类,涂膜的性剂和涂料贮存稳定性便能大大提高,亲水性的润湿分散剂会提高涂料的储存稳定性,疏水润湿分散剂会提高涂膜的耐擦洗性,所以亲水和疏水润湿分散剂搭配使用,可以有效地提高涂料的储存稳定性和涂膜的耐擦洗性。


4.乳液对分层的影响

乳液在涂料配方中属主要成分之一,不同的乳液其亲水亲油性不一样,对增稠剂的增稠效果影响很大,对分层影响也很大,缔合型增稠剂吸附在乳液粒子和颜料粒子的表面,增加粒子的包覆层进而形成网络起到增稠作用,乳液不同其粒子表面性质亦不一样,缔合型增稠剂对乳液粒子的吸附量和吸附强度不一样,自然会影响到涂料的贮存稳定性,尤其是PVC(颜、填料体积浓度)低的漆,乳液用量大,如果乳液粒子与缔合型增稠剂疏水端亲和力不够强,则乳液粒子容易从增稠剂体系的网络中游离出来,而造成乳胶漆分层,分离出来的物质为不粘稠的乳白色液体,如果体系使用的为苯丙乳液,则分离出来的物质还带有蓝光。


如表4中配方No 1. Not两乳液的亲水性不一样,缔合型增稠剂对B-96乳液粒子的吸附要多,吸附要牢,因而在配方No l中无乳液分离出来。而配方No2使用乳液RS-420,缔合型增稠剂SN-612的疏水端基对乳液粒子的缔合力较弱,因而体系中分离出带蓝光的液体。一般对易分离出乳液的涂料配方,要慎选缔合型增稠剂,虽同是一种类型的增稠剂,例如聚氨酷类增稠剂,其憎水基团的特定类型的不同,以及在增稠剂分子上憎水基团的数目的不同,和亲水主链的大小不同,它就适应不同的乳液,不同牌号的某一增稠剂对某一乳液缔合就牢而稳定,而对其它某一乳液增稠效果差且不稳定。


所以在易分离出乳液的涂料配方中,选择缔合型增稠剂时,使用亲水亲油比较适中的缔合型增稠剂并在配方中加大其使用比例,即不太疏水的缔合型增稠剂(如Cognis公司的Levelling 620),增加此种增稠剂的用量,涂料的贮存稳定性会有所改善。这一结论可从表4中配方No3- No2-No4看出,配方中因增加了不太疏水的缔合型增稠剂Levelling 620,而使分离出乳液的倾向减弱。

                    表4乳液不同对增稠分层的影响

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5.结论

    涂料在贮存过程中发生分层,体系的亲水亲油是个非常敏感的问题,当然填料尤其是具有纤维状和片晶状结构的填料,如硅灰石、高岭士等,对体系的分层有积极的改进作用。涂料体系中使用不同的增稠剂,存在有亲水网络和疏水网络,网络之间存在有斥力,则涂料在贮存过程中有分层趋势。出现分水现象时,减少体系中亲水网络和疏水网络的体积,并适当增加一些流变改性剂,在亲水网和疏水网之间增加流变改性剂网络,减少体系之间的斥力,从而改善体系的稳定性;当体系分层出的是带蓝光的液体时,说明体系中缔合型增稠剂对乳液粒子的缔合已减弱,则要考虑表面活性、助溶剂的种类和用量是否合适,乳液是否比较亲水,从而考虑增稠剂的品种匹配是否合理。




乳胶漆贮存过程中分层因素


陈素平 徐 玲 张先进 刘宏萍

海川化工中心实验室 518040


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