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碱溶胀型增稠剂的流变特性研究

来源:贝格工业涂料有限公司 技术研发 作者:李霭诚 时间:2012-05-02 点击:
导读:碱溶胀型增稠剂在水性涂料领域中的应用有别于其他类型的增稠剂,除传统概念中的配方用量的影响外,增稠剂被碱性物质中和的程度是对涂料体系的流变特性的重要影响因素之一。文章从碱中和程度这一角度出发,对该类增稠剂在水性涂料体系的流变特性的影响进行研究
随着中国涂料市场的发展壮大,水性涂料的使用日益广泛。目前绝大部分的水性涂料都离不开增稠剂,也有称之为流变助(因为一部分的增稠剂兼具了流变特性),而水性增稠剂的种类也比较丰富(图1),当中碱溶胀型增稠剂是行业中不少化学师选择使用的增稠剂之一。

碱溶胀型增稠剂可分非缔合型(non-associative AlkaliSwell-able Emulsion)和缔合型(Hydrophobic Alkali Swell-ableEmulsion 也称为疏水型)两种,均为阴离子型的丙烯酸酯共聚乳液,其分子链上带有羧酸基团,故大都呈现低pH。HASE在其大分子链上引入了疏水基团,在增稠效果上比ASE 有更广泛的表现。图2 为HASE 的分子结构图。

目前市场上的ASE 产品主要有Ciba 公司的ViscalexHV/LO30 , Rohm & Haas 公司的ASE60 ,Dow 公司的ACUYLN 38 等,而HASE 产品有Ciba 公司的Rheovis 系列,Lubrizol 的 Solthix A100,DOW 的ACUYLN 22,Rohm & Hass的 ACUSOL 823 等。
增稠原理:碱溶胀型增稠剂的增稠机理如下:在加入碱性中和剂(常用的有氨水或乙二醇胺类)随中和度增加,聚合物链上大量羧基被碱中和成盐,分子内产生静电排斥和水合作用,大分子结构由卷曲状态逐渐伸展,周围大量的水分子被吸附,自由水减少黏度升高[1]。同时以丙烯酸酯为主链的主体结构中,因为引入反应型具有表面活性的缔合单体参于共聚,侧链被嫁接了具有表面活性结构的长链,在这个长链结构中同时具有憎水基团和亲水基团,因此也具有表面活性。它们可以在水中形成一个大的胶束结构,在分子内或分子间进行相互吸附缔和。另外,主链和侧链中的亲水链可以和水分子以氢键作用产生吸附,疏水基团除了相互吸附外,还与乳胶粒子,各种助剂的亲油基团等相互吸附,形成了一个大范围的立体网状结构[2](图3)。

图3 碱溶胀型增稠剂的增稠原理

基于这个原理,加入的碱中和剂的浓度将会对整个中和反应的程度(文章简称中和度)产生影响,文章将在ASE 及HASE两种增稠剂的不同中和度以及对乳液体系的流变特性的影响并对部分实际应用作探讨。

1 实验部分
1.1 实验仪器
电子分析天平BT124S 北京赛多利斯仪器系统有限公司,数显型粘度计、流变仪Brookfield 公司, 气动搅拌机4AM-FRV-13C GASF MFG.corp 公司,数字型电位滴定仪Tiroline easy SCHOTT Instruments 公司,胶瓶300 mL。
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