乳胶漆中的缔合式增稠剂[共48页]

1、1 缔合式增稠剂在乳胶漆中的应用 2005年4月 2 讨论主题 n一般准备知识 n纤维素类增稠剂 n碱溶胀离子型类增稠剂 n缔合式聚胺酯非离子型增稠剂 n缔合式碱溶胀类离子型增稠剂 n各类增稠剂比较 n金鼎祥缔合式聚胺酯类非离子型增稠剂发展战略 3 分散体系和溶液体特点 分散体系的粘度取决于 下列因素: n浓度 n粒子大小 n粒径分布 n粒子表面的吸附层 n粒表面电荷 高分子溶液体系的粘度 取决于下列因素: 浓度 分子量 高分子主链的硬度 分子所带电荷 4 （乳胶漆）或一般油漆的特征粘度 nBrookfield粘度 n低剪切粘度 抗流挂性能 流平性能? nKU或斯托默粘度 n 中剪切粘度 制漆

2、过程中搅拌，混合时情形 nICI粘度 n高剪切粘度 n刷涂性能, 成膜性能,辊涂手感,刀刮成膜 5 粘度粘度 (cps) 剪切速率剪切速率(sec -1) 不同使用条件下的粘度特征不同使用条件下的粘度特征 0.01 0.0010.010.1110100100010 000 0.1 1 10 100 1000 辊涂辊涂 刷涂性能刷涂性能抗流挂抗流挂 流平性能流平性能 沉淀沉淀喷涂喷涂 6 流变助剂的分类 eg. HEC eg. EHEC eg. SCMC 改性天然纤维素 eg. Gums eg. Casein eg. Alginates eg. Seaweed Extracts eg. Star

3、ches 天然物类l 聚乙烯类氧化物 聚乙烯醇 eg. Alkali Swellable eg. 碱溶胀增稠剂 该性丙烯酸类 Calcium Sulphonates 有机物类 eg. Attapulgite eg. Bentonite 粘土 eg. Imsil 高岭土 eg. Titanium / Zirconium chelates 触变胶 无机物类 非缔合型非缔合型 类型类型 eg. Natrosol Plus 330 疏水基团改性纤维素疏水基团改性纤维素 eg. TRM二期二期 HASE eg. TRM第一阶段第一阶段 HEUR 有机类有机类 缔合型缔合型 疏水改性碱溶胀型疏水改性碱溶胀

4、型 疏水改性非离子型疏水改性非离子型 7 非缔合型增稠剂特点非缔合型增稠剂特点 n水溶性大分子（一般以线性高分子为主） n自成体系不与乳液和填料作用 n主要靠自身在水中溶胀增加粘度 以松散的毛线团形成溶解在水中不易变形 当分子量很高时，分子和分子连有缠绕作用 8 纤维素增稠剂的结构和种类 分子结构分子结构 O OH OH CH2OH O O O CH2OR OH OR O O OH OH CH2OH O 不同不同 R 和和 R” 的组合以及分子量的的组合以及分子量的 变化造就出不同的产品变化造就出不同的产品: a) CH3 b) CH2COONa c) CH2CH3 d) CH2CH2OH e

5、) CH2CH2CH(OH)CH3 f) CH2CH(OH)CH3 to yield: 1) Sodium carboxymethyl cellulose (SCMC) - (b) 2) Sodium carboxymethyl 2-hydroxyethyl cellulose - (b+d) 3) 2-hydroxyethyl cellulose (HEC) - (d) 4) Methyl cellulose (MC) - (a) 5) 2-hydroxypropyl methyl cellulose (HPMC) - (a+f) 6) 2-hydroxyethyl methyl cellu

6、lose (HEMC) - (a+d) 7) 2-hydroxybutyl methyl cellulose - (a+e) 8) 2-hydroxyethyl ethyl cellulose (EHEC) - (c+d) 9) 2-hydroxypropyl cellulose (HPC) - (f) 9 H H O H H O H H O H H O H H O H H O 纤维素分子主要靠在水中的碱溶胀来增稠，在水中溶胀主要是因为高纤维素分子主要靠在水中的碱溶胀来增稠，在水中溶胀主要是因为高 分子主链与水形成氢键的结果，同时它的粘度与其分子量有很大的关系分子主链与水形成氢键的结果，同时它

7、的粘度与其分子量有很大的关系 。分子量越大，单位质量的增稠能力越大。分子量越大，单位质量的增稠能力越大。 10 2.5%浓度纤维素溶液外观 这是2.5%高分子量纤维素溶液，对比之下缔合式增稠剂本身溶 液粘度一般很低，然而碱溶胀式产品在中和之后与之相似。 11 Croll this effect produces high low-shear viscosity. These thickener/water structures also inhibit pigment settling by obstructing the passage of solid particles to the b

8、ottom of the paint can. 缔合式增稠仍然保持均匀的乳胶缔合式增稠仍然保持均匀的乳胶 粒子分散，从而保证均匀的成模粒子分散，从而保证均匀的成模 性能。性能。 25 缔合式增稠效果是一种动态平衡效果缔合式增稠效果是一种动态平衡效果 乳胶粒子 乳胶粒子 乳胶粒子 疏水基团 水溶性高分子主链 疏水基团吸附在胶粒表面 由疏水基团形成的束胶粒子 26 非离子缔合式增稠剂在水中的状态非离子缔合式增稠剂在水中的状态 在水中在水中 花瓣型胶束花瓣型胶束 一般在水中形成胶束网络。 因为特殊的分子量花围， 大部分束胶粒子结构类似于 “花朵”式。其中水溶性部分 象朵花瓣，疏水基团象花芯 27 缔

9、合增稠剂 增稠机理 在水中的结构在水中的结构 加入到乳胶中或在乳胶漆的状态加入到乳胶中或在乳胶漆的状态 “flower” micelle latex particle 28 非离子缔合增稠剂的用量和其斯托默粘 度，ICI(高剪切)粘度的关系 40 55 70 85 100 0246810 HEUR Concentration (dry lbs) Stormer Viscosity (KU) 0.2 0.7 1.2 1.7 2.2 ICI Viscosity (poise) 29 分散剂的选择 在乳胶漆中分散剂的选择对离子型/非离子型缔合增稠剂的功效影响很大 非离子型不能与多元酸分散剂同时使用非

10、离子型不能与多元酸分散剂同时使用 原因原因: 主要因为离子强度太大主要因为离子强度太大,填料分散变得不均匀。填料分散变得不均匀。 症状症状: 其症状为出水问题其症状为出水问题,对比率下降对比率下降,流平性能丧失流平性能丧失. 办法办法: 所以一般应选低离子强度所以一般应选低离子强度(含量含量)。比较憎水性分散剂。比较憎水性分散剂。 反之反之,离子型缔合增稠剂应选高离子强度离子型缔合增稠剂应选高离子强度,多为酸类分散剂多为酸类分散剂 30 Typical Rheology of HEUR Thickened Paints (concentration as needed to 95 KU) (L

11、og) Viscosity Rate of Shear Conventional thickener (HEC) HEUR Small phobe HEUR Large phobe 31 两种缔合增稠剂的配套使用优势 (KU 和ICI分别增稠) n容易做到容易做到KU和和ICI目标粘度目标粘度. n实现或容易控制流平和抗流挂平衡实现或容易控制流平和抗流挂平衡. n减少由于桥式吸附所引起的出水现象减少由于桥式吸附所引起的出水现象 nICI(高剪切高剪切)增稠剂帮助增稠剂帮助KU(中剪粘中剪粘 度度)增稠剂迅速达到平衡增稠剂迅速达到平衡 32 缔合型增稠剂所带来的优势 n在具备良好的抗流挂性能的同

12、时具有杰 出的流动流平性能 n均匀和优异的成膜性能，保证乳胶漆的 覆盖和保护墙面之功率 n优异的辊涂和刷涂手感，优异的抗飞溅 作用 n抗微生物降解或侵蚀 n乳胶漆具有很好的流动性 33 抗飞溅性能 纤维素增稠 非离子缔合型增稠 34 250 MHR 纤维素增稠乳胶漆辊涂时情形 #321 35 非离子缔合型 (DR-300) 与 (250 MHR) 纤维素增稠涂料辊涂时情景比较 DR-300 (#497)250 MHR (#514) 无飞溅作用 飞溅粒子 36 缔合型离子增稠剂 （疏水基团改性离子型缔合增稠剂） COO- COO- COO- AMMONIA AMINE HARD BASE pH

13、3-4 pH 7-10 AMMONIA AMINE HARD BASE Latex particle 是一种乳液型产品，产品是一种乳液型产品，产品PH值一般在值一般在 34之间，由于高分子处于非水溶性状之间，由于高分子处于非水溶性状 态（态（PH=34）,产品的粒度非常低。产品的粒度非常低。 产品的外观与一般乳胶外观相似 疏水基团 离子部分 经碱中和以后，分子链打开 37 HASE 增稠剂增稠机理 乳胶粒子 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 乳胶粒子 乳胶粒子 疏水基团可形成束胶 疏水基团在乳胶粒子 表面产生吸附 总的来说，HASE每一个链有两个以上的疏水

14、基团， 不象非离子类情形，那里一般仅有两个疏水基团 38 三种不同乳胶漆的粘度与剪切速率的关系三种不同乳胶漆的粘度与剪切速率的关系 (在同一在同一KU粘度时作比较粘度时作比较) 对数剪切速率对数剪切速率 对数粘度对数粘度 纤维素情形纤维素情形 缔合式离子型缔合式离子型 KU BROOKFIELD ICI 缔合式非离子型缔合式非离子型 39 分散剂的选择与增稠剂配套相符合 HEUR / Polyacid incompatibilityHASE / Dispersant competition Cause: Salts (i.e. acid moieties) dehydrate the pEO

15、backbone of the HEUR, rendering it insoluble (partly or completely. Symptoms: Syneresis / hiding loss / flow loss Solution: Select a dispersant package with a lower ionic content Strong order of addition effect. Cause: The acid backbone of the HASE thickener competes with the dispersant for availabl

16、e sites on pigment and extender surfaces Bridging flocculation may occur. Symptoms: Poor flow / livering / hiding and gloss loss Solution: High acid dispersants compete well against HASE adsorption. Tamol 1254 Acid Copolymers Best Dispersant Acid Homopolymers 前面已讲过，非离子缔合增稠剂与 低离子浓度的分散剂配套使用，效 果较好 离子型缔

17、合型增稠剂应选用酸密度较高的 分散剂，分散剂与增稠剂不相配套容易 导致流平、流动性能变差及光泽性能下降 40 增稠剂对各种性能的影响 * with other paint components like latex, dispersants 性能性能 纤维素纤维素 碱溶胀碱溶胀 缔合型缔合型 低剪粘度低剪粘度 高高 中等 高剪粘度高剪粘度 低中等高 抗流挂抗流挂 好非常好 中等 流平流平 差好 非常好 抗飞溅抗飞溅 差好好 成膜性能成膜性能 差好好 干燥时间干燥时间 长中等 中等 相关作用强弱相关作用强弱* 弱弱弱 pH 影响影响 弱强烈弱 热稳定性热稳定性 好中等 中等 41 类型类型 高分

18、子主链高分子主链 对对PH的敏感性的敏感性 分子量分子量 缔合程度缔合程度 碱溶胀碱溶胀 溶胀 带电 中等中等 高 非缔合非缔合 离子缔合离子缔合 溶胀 带电 中等中等 中等到高 低到高低到高 非离子缔合非离子缔合 柔软 非常低 低 非常高非常高 纤维素纤维素 硬 非常低 高 非缔合非缔合 不同增稠剂的物理化学的性质比较不同增稠剂的物理化学的性质比较 42 类型 低剪粘度 高剪粘度均数 流平 抗飞溅 碱溶胀 好 一般 一般 好 离子缔合 一般-很好 一般-很好 一般-很好 非常好 非离子缔合 差-很好 一般-很好 很好 很好 纤维素 好-非常好 差 差 差 很好非常好好一般差 不同增稠剂（增稠

19、不同增稠剂（增稠-乳胶漆）的流变性能比较乳胶漆）的流变性能比较 43 不同增稠剂的使用时的成膜性能比较不同增稠剂的使用时的成膜性能比较 类型类型 光泽作用光泽作用 水敏感性水敏感性 耐洗刷性能耐洗刷性能 防腐蚀性能防腐蚀性能 碱溶胀碱溶胀 一般-好 不定 一般-好 差 离子缔合离子缔合 一般-非常好 不定 一般-好 差 非离子缔合非离子缔合 非常好 好 非常好 非常好 纤维素纤维素 差 一般-很好 好 差 44 低剪切粘度增稠剂低剪切粘度增稠剂 RM-12W 中剪切中剪切 TRM-006 高剪切高剪切 RM-2020 NPR TRM-003 KU-Stormer ICI High ShearS

20、hear rate 0.01 0.0010.010.1110100100010 000 Viscosity 0.1 1 10 100 1000 Brush drag, Rolling Brush, Loading Spreading Sagging, Levelling Settling /S -1 Brookfield TRM 非离子缔合增稠剂得出战略非离子缔合增稠剂得出战略 TRM-004 / 005 RM-5000 / 6000 （剪切速率） 沉淀 流挂 流平刷涂分散 辊涂 喷涂 粘度 45 罗门哈斯 其他竞争厂家 纤维素类 1985和1998年美国（北美）增稠剂市场状况比较 1998 罗门哈斯纤维素类 1985 46 不同乳胶对不同增稠剂的用量关系 0 0 2 2 4 4 6 6 8 8 1010 净重（公斤净重（公斤/ /吨漆）吨漆） 20202020NPRNPR OrOr TRM 003TRM 003 TRM 004TRM 004TRM 005TRM 005Comp AComp AComp BC