【原】涂料基础 | 最简明的水性漆增稠技术教程

周工解涂 2022-02-24

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1、增稠剂定义与作用

能够显著提高水性涂料黏度的助剂称为增稠剂。

增稠剂在涂料的生产，贮存和施工过程中起着重要作用。

增稠剂的主要作用是增加涂料的黏度，使之满足不同阶段的使用要求。但是，涂料在不同的阶段要求的黏度是不同的。例如：

在贮存过程，希望黏度大，以防止颜料的沉淀；
在施工过程中则希望黏度适中，保证涂料既有较好的涂刷性又不致沾漆过多；
在施工后就希望黏度经过短时间的滞后(流平过程)，能迅速恢复到高的黏度，以防止流挂。

水性涂料的流动性是非牛顿型的。

涂料的黏度随剪切力增加而减少时称假塑性流体，涂料大部分是假塑性流体。
当假塑性流体的流动行为和其历程有关，也就是对时间有依赖时，称其为触变性流体。

制造涂料时经常有意识地设法使涂料具有触变性，如加入助剂等。

涂料的触变性适当时，可以解决涂料各个阶段的矛盾，满足贮存、施工流平、干燥各个阶段对涂料的黏度不同的技术需要。

有些增稠剂能够赋予涂料以很高的触变性，使之在静止或低剪切速率下(如贮存或运输)有较高的黏度，以防止涂料中的颜料沉降。而在高剪切速率下(如涂装过程)具有较低的黏度，使涂料有足够的流动、流平性。

触变性以触变指数TI表示，以布氏黏度计测定。

TI=黏度(6r/mim时测得)/黏度(60r/min时测得)

2、增稠剂种类和对涂料性能的影响

(1)种类从化学组成来说，增稠剂分为有机和无机两大类

无机类的有膨润土、凹凸棒土和硅酸铝镁、硅酸镁锂等，有机类的如甲基纤维素、羟乙基纤维素、聚丙烯酸盐、聚甲基丙烯酸盐、丙烯酸或甲基丙烯酸均聚物或共聚物以及聚氨酯等。

从对涂料流变性能的影响来说，增稠剂分为触变型增稠剂和缔合型增稠剂。从性能要求来说增稠剂应该用量少而增稠效果好；不易受酶的侵蚀；在体系的温度或pH值发生变化时，不会使涂料黏度明显下降，不会使颜料、填料絮凝；贮存稳定性好；保水性好，无明显起泡现象以及对涂膜性能无不良影响等。

①纤维素类增稠剂

用于涂料的纤维素类增稠剂主要是甲基纤维素、羟乙基纤维素和羟丙基甲基纤维素，而后二者更为常用。

羟乙基纤维素是天然纤维素的葡萄糖单元上的羟基被羟乙基取代所得到的产物。产品的规格、型号主要是根据取代度和黏度区分。

羟乙基纤维素的品种还分正常溶解型、快速分散型和生物稳定型。就使用方法来说，羟乙基纤维素可在涂料生产过程中的不同阶段加入。快速分散型的可以干粉形态直接加入。但加入前体系的pH值应小于7，主要是利用羟乙基纤维素在低pH值下溶解较慢，有充分的时间使水能够浸润至颗粒内部，其后再将pH值提高，使之迅速溶解。也可以采用相应的步骤配制成一定浓度的胶液加入涂料体系中。

羟丙基甲基纤维素是天然纤维素的葡萄糖单元上的羟基被甲氧基取代，而另一部分被羟丙基取代所得到的产物，其增稠作用和羟乙基纤维素的基本相同，并具有抗酶降解性，但水溶性不如羟乙基纤维素，有加热会胶凝的缺点。对于经表面处理的羟丙基甲基纤维素，使用时可以直接加入水中，搅拌分散后，加入氨水等碱性物质，调节pH值为8-9，搅拌至充分溶解。对于未经表面处理的羟丙基甲基纤维素，使用时可以先用85℃以上的热水浸泡溶胀，待冷却至室温后再加冷水或冰水搅拌使之充分溶解。

②无机增稠剂

这类增稠剂主要是一些活性黏土类产物，例如膨润土、硅酸镁铝黏土等，其特点是除了增稠效果外，还具有很好的悬浮作用，能够防沉，不会影响涂料的耐水性，在涂料涂装干燥成膜后在涂膜中起到填料的作用等，不利因素是会显著影响涂料的流平性。

③合成高分子类增稠剂

合成高分子类增稠剂得到较多应用的是丙烯酸和聚氨酯两类(缔合型增稠剂)。丙烯酸酯类增稠剂大多是含有羧基的丙烯酸类聚合物。在pH值为8~10的水中，羧基离解，呈溶胀状态；当pH值大于10则溶于水而失去增稠作用，因而增稠作用对pH值很敏感。

丙烯酸酯类增稠剂的增稠机理一是其微粒能够吸附在涂料中的乳胶粒子表面，碱溶胀后形成包覆层，增加乳胶粒子的体积，使粒子的布朗运动受阻、涂料体系的黏度提高；二是增稠剂溶胀增大增加水相的黏度。

(2)增稠剂对涂料性能的影响

增稠剂种类对涂料流变性能的影响如下：

增稠剂用量增加时涂料的静置黏度显著增加，在受到外加剪切力时黏度变化趋势基本保持一致。
使用增稠剂的作用，涂料在受到剪切力时黏度下降较快，呈现假塑性。
使用疏水改性纤维素类增稠剂(如EBS451FQ)，在高剪切速率下，用量较大时黏度仍较高。
使用缔合型聚氨酯类增稠剂（如WT105A)，在高剪切速率下，用量较大时黏度仍较高。
使用丙烯酸酯类增稠剂(如ASE60)，用量较大时虽然静置黏度上升很快，但在较高的剪切速率下黏度下降也很快。

3、缔合型增稠剂

(1)增稠机理

纤维素醚和碱溶胀丙烯酸类增稠剂只能对水相增稠，对水性涂料中其他组分则无增稠作用，也不能使涂料中的颜料和乳液的颗粒产生明显的相互作用，因而无法调节涂料的流变性。

缔合型增稠剂的特征在于除了通过水合作用增稠外，还通过其本身之间、与分散颗粒之间以及与体系中其他组分之间产生的缔合作用而增稠。这种缔合结构在高剪切速率下脱开，在低剪切速率下又重新恢复缔合，因而可以调节涂料的流变性。

缔合型增稠剂的增稠机理在于其分子是线性亲水链，两端接有亲油基的高分子化合物，即在结构中具有亲水及疏水基团，因而具有表面活性剂分子的性质。这类增稠剂分子除了可以水合溶胀而使水相增稠外，在其水溶液浓度超过一定值时就形成胶束。胶束能够与乳液的聚合物粒子、已吸附有分散剂的颜料颗粒相互缔合形成三维网状结构，互相连接缠绕而使体系黏度增加。

更为重要的是这些缔合作用是处于动态平衡状态，那些缔合的胶束受外力作用时可以互调位置，使涂料具有流平性。此外，由于分子带有几个胶束，这种结构可降低水分子的迁移趋向，因而能够提高水相的黏度。

(2)在涂料中的作用

缔合型增稠剂多数为聚氨酯类，其相对分子质量在10³-10⁴数量级之间，比普通相对分子质量在10⁵-10⁶之间的聚丙烯酸类和纤维素类增稠剂低两个数量级。由于分子量低，产生水合后的有效体积增加较少，因而其黏度曲线比非缔合型增稠剂的平坦。

由于缔合型增稠剂的分子量较低，其在水相中的分子间缠绕有限，因而其对水相的增稠效果不显著。在低剪切速率范围内分子之间缔合转换多于分子间的缔合破坏，整个体系保持固有悬浮分散状态，黏度接近分散介质(水)的黏度。因而缔合型增稠剂使水性漆体系处于低剪切速率区时表现出较低的表观黏度。

缔合型增稠剂因在分散相粒子间的缔合而提高分子间的势能。这样，在高剪切速率下为打破分子间的缔合就需要更多的能量，要达到同样的剪切应变需要的剪切力也更大，使体系在高剪切速率下呈现出较高的表观黏度。较高的高剪切黏度和较低的低剪切黏度则正好可以弥补普通增稠剂使涂料的流变性能方面存在的不足，即可以将两种增稠剂复合使用来调节乳胶涂料的流变性能，达到涂装成厚膜和涂膜流平等的综合要求。