水性涂料中增稠剂的选择及其应用

水性涂料中增稠剂的选择及其应用乳胶漆从制备到成膜由制造、贮存、施工、流平四个过程组成[1]。在不同过程中，对涂料体系粘度的要求也不同。例如在乳胶漆贮存期间，需要长期保持较高的低剪切粘度，阻止分散颗粒因重力作用而下沉，避免涂料分层给“开罐效果”带来不良影响；在施工过程则希望粘度适中，既能保证刷涂流畅，又能保证一定成膜厚度来提高遮盖力；施工后粘度应在短时间内恢复，以利于涂膜的流平，流平后粘度应迅速恢复到很高以防止流挂。乳胶漆在不同过程中所受的剪切力不同，因此对粘度的要求就是对不同剪切速率下粘度的要求。变动乳液浓度和乳胶涂料中其他固体物质的浓度可调节粘度，但调节范围非常有限，通常是采用添加增稠剂的方法加以解决。增稠剂是使体系的粘度增加的助剂，在低剪切速率下它能使体系粘度增加，而在高剪切速率时对体系的粘度影响很小。它对乳胶漆的增稠、稳定及流变性能，起着多方面的改进调节作用[2]。

(1)生产。在乳液聚合过程中作保护胶体、提高乳液的稳定性。在颜料、填料的分散阶段，提高分散物料的粘度而有利于分散。

(2)贮存。将乳胶漆中的颜料、填料微粒包覆在增稠剂的单分子层中，并由于稠度的增加，改善了涂料的稳定性，防止颜填料的沉底结块，水成分离。其抗冻融性及机械性能提高。

(3)施工。能调节乳胶漆的粘稠度，并呈良好的触变性，在滚涂及刷涂的高剪切率下，粘度下降而不费力。在涂刷后，剪切力消除，则恢复到原来的粘度，使厚膜不流挂，沾漆时不滴落，滚涂时不飞溅。它又能延迟涂膜失水速度，使一次涂刷面较大。

1增稠剂的分类

乳胶涂料用的增稠剂按其组成分主要分为四类：无机增稠剂类、纤维素类、聚丙烯酸类、聚氨酯类。根据增稠剂与乳胶粒中的各种粒子作用关系，还可分为缔合型和非缔合型，如图1所示[3]。

图1增稠剂的分类

1.1纤维素类增稠剂（HEC）

自20世纪50年代以来，纤维素类增稠剂就一直是最重要的流变助剂，主要品种有羟甲基纤维素、羟乙基纤维素和羟丙基纤维素等，目前使用最广泛的羟乙基纤维素。纤维素类增稠剂具有如下优点：

①增稠效率高。由于增稠剂品种甚多，能满足对增稠效率的任何要求，尤其对水相的增稠有效。

②相容性好。对现代乳胶漆配方中不计其数的其它组分有着高度的、系列化的相容性。和非纤维素型增稠剂相比，使用纤维素型增稠剂在配方变化上有较大的选择余地。

③贮存稳定性好。老化和多年经验表明，以纤维素型增稠剂增稠的乳胶漆贮存稳定性优越。随意配置的乳胶漆不管放置多久，pH值如何，均保持均匀的粘度和颜料悬浮状态。

④抗流挂。涂布过程中所出现的应力使增稠剂和水之间建立起来的水合层破坏，一旦涂布结束，乳胶漆粘度迅速恢复，流挂得以防止。

⑤粘度的pH稳定性。以纤维素型增稠剂增稠的乳胶漆，粘度在广泛的pH范围内（3～的乳液。

2增稠机理

2.1水合增稠机理

纤维素分子是一个由脱水葡萄糖组成的聚合链，通过分子内或分子之间形成氢键，也可以通过水合作用和分子链的缠绕实现粘度的提高[2,10]。纤维素增稠剂溶液呈现出假塑性流体特性，静态时纤维素分子的支链和部分缠绕的主链处于理想无序状态而使体系呈现高粘性。随着外力的增加，剪切速度梯度的增大，分子平行于流动方向作有序的排列，易于相互滑动，表现为体系粘度下降。与低分子量相比，高分子量纤维素的缠绕程度大，在贮存时表现出更大的增稠效率。而当剪切速率增大时，缠绕状态受到破坏，剪切速率越大，分子量对粘度的影响越小。这种增稠机理与所用的基料、颜料和助剂无关，只需选择合适分子量的纤维素和调整增稠剂浓度即可得到合适的粘度，因而得到广泛应用。

2.2静电排斥增稠机理

丙烯酸类增稠剂，包括水溶性聚丙烯酸盐及碱增稠的丙烯酸酯共聚物两种类型。这类高分子增稠剂高分子链上带有相当多数量的羧基，当加入氨水或碱时，不易电离的羧酸基转化为离子化的羧酸钠盐，结果沿着聚合物大分子链阴离子中心产生了静电排斥作用，使大分子链迅速扩张与伸展开来，提供了长的链段和触毛。同时分子链段间又可吸收大量水分子，大大减少了溶液中自由状态的水。由于大分子链的伸展与扩张及自由状态水的减少，分子间相互运动阻力加大，从而使乳液变稠[9]。2.3缔合增稠机理

缔合型增稠剂是在亲水的聚合物链段中，引入疏水性单体聚合物链段，从而使这种分子呈现出一定的表面活性剂的性质[11]。当它在水溶液浓度超过一定特定浓度时，形成胶束。同一个缔合型增稠剂分子可以连接几个不同的胶束，这种结构降低了水分子的迁移性，因而提高了水相粘度。另外，每个增稠剂分子的亲水端与水分子以氢键缔合，亲油端可以与乳胶粒、颜料粒子缔合形成网状结构，导致了体系粘度增加。增稠剂与分散相粒子间的缔合可提高分子间势能，在高剪切速率下表现出较高的表观粘度，有利于提高涂膜的丰满度；随着剪切力的消失，其立体网状结构逐渐恢复，便于涂料的流平[12]。增稠剂的增稠可以是某种增稠机理单独起作用，如非离子型纤维素增稠剂、丙烯酸类增稠剂，聚氨酯增稠剂；也可同时存在一种以上增稠机理，如憎水改性丙烯酸类乳液、憎水改性羟乙基纤维素。

3增稠剂的选择和使用注意事项

3.1增稠剂的选择。

除了考虑其增稠效率和对涂料流变性的控制以外，还应考虑其他的一些因素，使涂料具有最佳的施工性能、最好的涂膜外观和最长的使用寿命。常用增稠剂的性能对比如表1所示。

3.2增稠剂使用注意事项

①HEUR增稠剂为粘稠水溶液，其中加有二醇或二醇醚作为共溶剂，固含量为20%～40%。共溶剂的作用在于抑制缔合，否则此类增稠剂在相同浓度下呈凝胶状态。同时溶剂的存在，可避免产品受冻，但冬天必须温热后方能使用。

②低固、低粘的产品易于处置，可散装运输贮存。因此，有些HEUR增稠剂有不同固含量的同种产品供应。低粘度增稠剂的共溶剂含量较高，使用时漆的中剪粘度会稍低，可通过减少配方中其它地方添加的共溶剂来抵消其影响。

③在合适的搅拌条件下，低粘度的HEUR可直接添加到乳胶漆中。当使用高粘度产品，需将增稠剂用水和共溶剂的混合物予以稀释才能添加。若直接加水稀释增稠剂，会降低产品中原有共溶剂的浓度，使缔合有所增加，造成粘度上升。

④向混合罐添加增稠剂要稳而慢，要沿壁罐投入。添加的速度不要慢到使增稠剂停留在液体表面的程度，而是要使之被拽入液体中，呈围绕于搅拌轴的周围而旋下的状态，但也不能快到使增稠剂来不及混合均匀或是使增稠剂因局部浓度过高而造成过度增稠或絮凝。

⑤HEUR增稠剂在其它液体成分之后，乳液之前，加入调漆罐内，这样可保证最大的光泽。

⑥HASE增稠剂以乳液形式在乳胶漆制造中直接加到漆中而不必事先稀释或预中和。可在调漆阶段作为最后一组分加入，也可在颜料分散阶段加入，或在调漆中作为最先一个组分加入。由于HASE是高酸乳液，添加后，如乳胶漆中有碱存在，它会争夺这个碱。因而要求HASE增稠剂乳液的添加速度要慢而稳，并良好的予以搅拌，否则，会使颜料分散体系或乳液粘结剂发生局部不稳定，后者是靠被中和了的表面基团而达到稳定的。

⑦碱可在增稠剂加入之前或之后加入。之前加的好处是能够保证不会因为增稠剂从颜料或粘结剂表面抢夺碱而造成颜料分散体系或乳液粘结剂的局部不稳定现象。之后加碱的好处是使增稠剂粒子在被碱所溶胀或溶解之前已很好地得到分散，防止局部增稠或成团，具体方法取决于配方、设备和制造程序。最安全的方法是先用水将HASE增稠剂进行稀释后预先用碱进行中和。

⑧HASE增稠剂在pH约为6时开始膨胀，在pH为7～8时，增稠效率完全发挥。将乳胶漆的pH调至8以上，可以使乳胶漆pH不会降低至8以下。

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