PU缔合型增稠剂性能研究

作者: 何新照 包仪媛 丁奋

上海市涂料研究所

文 摘 本文论述了碱溶性聚丙烯酸增稠剂 T117A 及 PU 缔合型增稠剂的联合增稠试验：提供出可供生产的 HB4120 及 HB6120 两个缔合增稠剂产品。测定了 PU 缔合型增稠剂中亲水链段与亲油链段在增稠剂过程中的作用：以实验数据形式说明 PU 缔合型增稠剂对乳液粒子和颜填料粒子各自的缔合作用及影响。颜料填料缔合与聚醚的分子量 ( ——（ CH 2 CH 2 O ） n —— ) 与其链节数 n 相关。增稠剂与乳胶粒子的缔合取决于亲油基团的性质及浓度。

关键词：

1 前言

乳胶漆研究、生产和应用，在我国已有多年历史并积累了许多经验 , 其中最重要的一条是必须要用增稠剂来调节乳胶漆的粘度。

目前，市场上提供的增稠剂品种很多，性能大同小异。无谓乎乳胶漆的水相增稠和粒子相的增稠。透过增稠的表观现象看增稠实质：构造一个亲水的助剂网和构造一个助剂——乳胶粒子缔合网。前者以纤维素、多糖类、粘土和膀胀土类增稠剂。其中最好的是碱溶性聚丙烯酸酯类。后者为缔合型增稠剂，特别是聚氨酯的缔合型增稠剂最为重要。中商及外商特别推荐的 PU 缔合型增稠剂如：罗门哈斯生产的 RM2020 ， RM8W 等。

上海市涂料研究所已开发出不泛黄的 PU 缔合型增稠剂。今将性能测试结果通报大会，望各位同仁给予批评指正。

2 实验部分

2.1 实验仪器

乳胶漆的增稠目的是众所周知的：

•  静态时要达到很高的稠度（非牛顿型粘度）以防止颜料和填料粒子因受重力作用而沉降（沉底结块分层）

•  乳胶漆的粘度必须服从于应用施工要求：

a, 滚筒取漆不滴漆 ; b, 滚涂时要从高粘度即刻变成较低粘度且不费力 , 不拖滚子 , 不飞漆 , 有适当的漆膜厚度等； c ，乳胶漆滚涂到墙面后 , 要及时回复到高粘度以防止流挂（但要求在漆膜干燥前流平）。

这种大范围的粘度变化，用一种粘度计是无法完成测试工作的，所以表达增稠剂的增稠性能需用到四种粘度计。

2.1.1 I.C.I Rotothinner For Paints ： Sheen Instruments Ltd

2.1.2 Brookfield Viscometer NDJ-7 数字式牛顿型粘度计：上海精密科学仪器有限公司

2.1.3 480Rototing Paddle Viscometer ： Sheen Instruments Ltd

2.1.4 I.C.I Cone and Plate Viscometer

2.1.5 Stormer Viscometer ：中国机械工业总公司

2.2 实验材料

2.2.1 苯丙乳液： B96 乳液，固含量 45% 北京东方化工厂

2.2.2 内外层涂料浆：固含量 25% 乳液 上海市涂料研究所及长风化工厂

2.2.3 碱溶性增稠剂：

（ a ）长风化工厂 T117A 30% 固含量

（ b ）罗门哈斯 TT935 30% 固含量

2.2.4 PU 缔合型增稠剂：

（ a ）罗门哈斯 RM2020

（ b ）上海市涂料研究所：

HB4120 ， HB6120 ， HB8120 ， HB10120 ， HB20120

2.2.5 去离子水

2.2.6 氨水

2.3 实验方法

2.3.1 水相增稠实验

取 B-96 乳液 400 克（ PH=8.5 ），放置于 I.C.I Rotothinner Viscometer 粘度计测量杯中，在旋转时按设定的助剂增加量增稠测定粘度：按下规格做实验：

增稠剂加入量 /% 涂料稀释仪测定粘度 /Pa.S

•  1.02

0.2 1.10

•  ?

. ?

. ?

. ?

4.0 ?

2.3.2 乳胶漆浆做水相增稠实验

取乳胶漆（ SP503 内墙涂料浆） 500g ， PH=8.5 ，置于 I.C.I Rotothinner Viscometer 粘度计测量杯中，在旋转时：按设定的助剂增加量增稠且测定粘度，记录方法同上。

2.3.3 在上述两条增稠曲线上，各取一点作为 PU 缔合型增稠剂的增稠起 点：本研究工作中暂取 1.5Pa.s 为起点。

2.3.4 进行 PU 缔合型增稠剂在 B-96 — T117A 增稠乳液中的增稠实验：测定 PU 缔合型增稠剂的加入百分含量与粘度间的关系（缔合产生的粘度）。记录方法同上。

2.3.5 进行 PU 缔合型增稠剂在 SP503 乳胶漆— T117A 体系中的增稠实验：测定 PU 缔合型增稠剂加入百分含量与粘度间的关系（缔合产生的粘度）。记录方法同上。

2.3.6 按上述实验方法测定：

Brookfield 粘度（旋转粘度计或 NDJ-7 粘度计）测粘度 cps

Stomer 粘度计测触变粘度 Ku

480 粘度计测触变粘度 Ku

I.C.I 粘度计测高剪切时的粘度 Pa.S

本试验测定粘度的条件均是在 25 ℃ 空调室中进行。

3 结果与讨论

3.1 碱溶性丙稀酸酯增稠剂的水相增稠实验：

在 I.C.I Rotothinner 粘度计测量杯中加入 300g 去离子水，调节 PH=9~10 ，在粘度计运转情况下连续测定 : 助剂加入百分含量、 PH 值、粘度值 , 同时测定 Brookfield 粘度。

从上述数据中可以知道， T117A 在水相中增稠是很平稳的。没有突变现象，这对于生产乳胶漆时的粘度控制是很适合的。

3.2 碱溶性增稠剂 T117A ，在 B-96 乳液中的增稠实验结果如下 :

上述数据表明了 B-96 体系增稠粘度与 T117A 助剂加入百分含量间的关系。

从图中可知，用 T117A 增稠苯丙乳液，增稠粘度与 T117A 助剂加

入百分含量有良好的线性关系。

3.3 碱溶性增稠剂 T117A 在 SP503 内墙涂料浆中增稠实验：

从图中可知：

（ 1 ）体系粘度随助剂 T117A 加入百分含量增加近乎线性关系。

（ 2 ）体系的触变粘度 Ku 值。

•  体系在高剪切条件下，粘度变化不大，处于 1~3Pa.s 之间，适合施工要求。

•  在 B96 及 SP503 的 T117A 增稠曲线上，各数据都是在 1.5Pa.s 时的条件作为起点的。再在此基础上，研究 PU 缔合型增稠剂的增稠研究。

3.4 （ B96 乳液— T117A ）体系，粘度 =1.5Pa.s 时用：

RM 2020 （ PU 缔合型增稠剂， 20% ）

HB — 4120 （ PU 缔合型增稠剂， 18% ）

HB — 6120 （ PU 缔合型增稠剂， 20% ）

B96 乳液 +T117A+RM2020

B-96 乳液 +T117A+HB4120(18%)

B-96 乳液 +T117A+HB6120(20%)

从上述试验来看 ,PU 缔合型增稠剂都能与乳胶粒子起缔合作用 , 从而引起体系的粘度增高。上述所有 PU 缔合型增稠剂的加入百分含量与各种粘度的测定值都呈似线性关系，这对生产和粘度控制是合适的。

3.5 PU 缔合型增稠剂缔合基浓度，缔合间距与触变粘度 KU 的研讨

本试验的两个体系：（ 1 ）纯乳液体系（ 2 ）乳液 + 颜填料体系：（ B96 — T117A ）体系及（ SP503 — T117A ）体系。起始粘度为 1.5Pa.s ， PU 缔合型增稠剂用量 0.8% 。此时的触变粘度 KU 值与 PU 缔合型增稠剂结构关系。

试验数据：

上述试验数据处理

A 为 PU 缔合型增稠剂加入量为 0.8% 时测得的触变值 KU 减去乳液 B-96 （或 B-96 ， SP503 ）用 T117A 增稠引起的触变值 KU 的数值。

B 为 PU 缔合型增稠剂加入量为 0.8% 时测得的触变值 KU 减去它的起始触变值的数值。

因乳液中仅有 1/4 的 B-96 的量，因此为了能比较计算，把 1/4SP503 的 KU 值乘以 4 ，再用 100%B96 的 KU 值除之，获得颜填料粒子吸附 PU 增稠剂与乳液吸附 PU 增稠剂的比值。其比值表明：颜填料都吸附 PU 增稠剂。

从颜填料 / 乳胶粒子的吸附中，减去乳液的吸附比 1.0 。其残存值为颜填料吸附 PU 增稠剂产生的触变值的贡献。这个贡献应来自 PU 缔合型增稠剂的亲水 — （ CH 2 CH 2 O）n—部分。

C — 1= 颜填料粒子吸附 / 乳液粒子吸附比 =S/Em

从上述两图中可知：

（ 1 ） — （ CH 2 CH 2 O）n— 链节越大对颜填料缔合能力越大，也就是说亲水链节是吸附于无机粒子上的（或者是说无机颜填料装在亲水口袋中）。

（ 2 ） 烷基 R 在 PU 缔合型增稠剂中的浓度越高，对乳液粒子的缔合能力越大，它所产生的触变效果就越好。

我们的看法是： PU 缔合型增稠剂有两个作用（ 1 ）亲水聚醚部分作用于水相及亲水的颜填料表面上。（ 2 ）亲油的 R 基团作用于乳胶粒子上。 PU 缔合型增稠剂的油水两性再加上分子缠绕，是水粒子间相关连起来，形成一个网袋。

这个亲油亲水 PU 缔合型增稠剂作用于乳胶漆中的乳胶粒子和颜填料粒子是否可用如下模型表示：

设

乳胶粒子 PU 缔合型增稠剂亲水链段 PU 缔合型增稠剂亲油缔合基团部分

颜填料 胶束

示图 1. PU 缔合型增稠剂在水中

•  PU 缔合型增稠剂在水中，其状态为：亲水链段在水中展开，并能够相互缠绕，构成亲水的网。在链上的亲水链段好似表面活性剂，在水中形成胶束。 ( 如示图 1)

• 
PU 缔合型增稠剂在乳液中，其状态为：亲油链段中的 R 基胶束展开参与乳胶粒子上的表面活性 ( 如示图 2)

示图 2. PU 缔合型增稠剂在乳液中

这种烷基参与乳胶粒子的缔合，好像把线性高分子交联差不多，但键强度不大，易在剪切作用下破网。但破裂程度的不一，表现出粘度的多变性。在高剪切条件下，体系表现出的粘度最低，静止状态最高。这个网在施工应用中受剪切力的不同，可适应乳胶漆施工要求的粘度变化。

由于研究水平有限，难于面面俱到，请专家们批评指正，以便今后工作深入。谢谢各位！

4 结束语