增稠方法

2024-07-31

增稠方法（精选7篇）

增稠方法篇1

聚合物水泥防水涂料 (下称JS防水涂料) 是以聚合物乳液和水泥为主要原料, 加入填料和助剂, 经过水分挥发和水泥水化反应固化成膜的双组分水性防水涂料。该涂料的成膜机理是在液料和粉料混合搅拌均匀后, 聚合物乳液把水泥颗粒包裹起来, 一方面是乳液中的一部分水分挥发, 使高分子微粒脱水而粘结在一起, 从而形成连续的弹性薄膜;另一方面是水泥吸收乳液中其余的水分, 发生水化反应固化, 并与有机高分子聚合物链共同组成互穿网络的防水涂膜结构[1,2,3,4]。按照GB/T 23445—2009《聚合物水泥防水涂料》标准要求, JS防水涂料涂刷时, 其涂膜厚度需达到 (1.5±0.2) mm。然而, 在实际施工时, 大多数情况下涂刷2遍JS防水涂料, 其涂膜厚度根本达不到1.5 mm, 甚至有时候还会出现严重的流挂现象。

针对以上问题, 本课题研究了JS防水涂料的增稠方法及其对涂膜拉伸性能的影响。试验用JS防水涂料液料为丙烯酸酯乳液和VAE乳液两者混合, 粉料为42.5普通硅酸盐水泥、100~200目石英砂、400目重质碳酸钙和黏度为100 Pa·s的羟丙基甲基纤维素。前期研究表明, 在同一聚灰比前提下, 通过调整液料中丙烯酸酯乳液和VAE乳液[5]的比例、填料中石英砂和重质碳酸钙的比例或羟丙基甲基纤维素的含量, 都可以使JS防水涂料的黏度增大到相同值, 并保证其具有良好的施工性。本文在JS防水涂料黏度增大到相同值的基础上, 讨论了上述增稠方法对其拉伸性能的影响。

1实验部分

1.1原材料

丙烯酸酯乳液:Acronal S 400F ap, 工业级, 德国巴斯夫;VAE乳液:Celvolit 1350, 工业级, 塞拉尼斯; 水泥:42.5普通硅酸盐水泥, 工业级, 巢湖市铁鹏水泥厂;100~200目石英砂、400目重质碳酸钙、羟丙基甲基纤维素 (黏度100 Pa·s) :工业级, 合肥明月化工建材有限公司;消泡剂A-10:工业级, 上海远科工贸有限公司;杀菌剂:工业级, 罗门哈斯国际贸易 (上海) 有限公司。

1.2JS防水涂料的配制

1.2.1液料的配制

保持聚灰比为1∶1, 将消泡剂和杀菌剂按照一定的比例加入混合好的乳液中 (乳液按照表1的比例混合) , 然后加入等量的纯净水, 搅拌均匀后即得液料。

1.2.2粉料的配制

粉料的配制见表2。

1.2.3JS防水涂料的配制

按照液粉比为1∶1.3配制JS防水涂料。

1.3性能测试

JS防水涂料的拉伸性能按GB/T 23445—2009标准进行测试。

2结果与讨论

2.1丙烯酸酯乳液和VAE乳液的混合比例对JS防水涂料拉伸性能的影响

由于丙烯酸酯乳液和VAE乳液的聚合单体、生产工艺均不一样, 导致两者的黏度相差较大, 所以可以通过调整两者的混合比例来达到增大JS防水涂料黏度、保证施工性的目的。在JS防水涂料黏度增大到相同值的基础上, 丙烯酸酯乳液和VAE乳液的混合比例对JS防水涂料拉伸性能的影响见图1。

由图1可以看出, 在相同粉料、液粉比、聚灰比和黏度条件下, 调整液料中丙烯酸酯乳液和VAE乳液的混合比例, 制得的JS防水涂膜的断裂伸长率随着丙烯酸酯乳液含量的增加而增大, 而拉伸强度随着VAE乳液含量的增加而增大。主要原因是, 丙烯酸酯乳液由软单体合成, 玻璃化温度较低, 用于JS防水涂料中有利于断裂伸长率的提高;而VAE乳液则是由乙烯/醋酸乙烯类单体合成, 柔韧程度较差, 玻璃化温度也较高, 用于JS防水涂料中有利于拉伸强度的提高。从图1还可以看出, 丙烯酸酯乳液和VAE乳液按照1∶1混合后, 制得的JS防水涂料拉伸性能最佳。

2.2石英砂和重质碳酸钙的混合比例对JS防水涂料拉伸性能的影响

考虑到粉料中填料的细度一定程度上也可以影响到JS涂料的黏度, 所以可以通过调整石英砂和重质碳酸钙的混合比例来达到增大JS防水涂料黏度、保证其施工性的目的。在JS防水涂料黏度增大到相同值的基础上, 石英砂和重质碳酸钙的混合比例对JS防水涂料拉伸性能的影响见图2。

由图2可以看出, 在相同液料、液粉比、聚灰比和黏度条件下, JS防水涂膜的断裂伸长率随着粉料中重质碳酸钙含量的增加而增大, 拉伸强度随着粉料中重质碳酸钙含量的增加而较小。主要原因是重质碳酸钙自身颗粒目数较大, 粒径小、强度低, 对于JS防水涂膜断裂伸长率的影响较大;而石英砂颗粒目数较小, 粒径大、强度大, 可以提高JS防水涂膜的拉伸强度。当石英砂与重质碳酸钙的混合比例为1∶4时, JS防水涂料的拉伸性能最优。

2.3羟丙基甲基纤维素含量对JS防水涂料拉伸性能的影响

考虑到羟丙基甲基纤维素可以增加JS防水涂料的粘结性, 降低絮凝作用, 改善黏度和收缩率, 并具有有保水性和触变性, 所以可以通过改变其含量 (表3) 来调节JS防水涂料的黏度, 改善其施工性能。在JS防水涂料黏度增大到相同值的基础上, 羟丙基甲基纤维素的含量对JS防水涂料拉伸性能的影响见图3。

由图3可以看出, 相同液料、液粉比、聚灰比和黏度条件下, JS防水涂膜的断裂伸长率随着羟丙基甲基纤维素含量的增加而减小, 而拉伸强度随着羟丙基甲基纤维素含量的增加而增大。主要原因是羟丙基甲基纤维素的增稠作用导致JS防水涂料黏度增大, 搅拌过程中产生的气泡无法完全消除, 导致成膜时会产生缩孔、针孔等弊端, 造成涂膜断裂伸长率下降。另外, JS防水涂料粉料中含有大量的水泥成分, 由于羟丙基甲基纤维素的保水作用, 会使得水泥在7 d内水化较为充分, 导致涂膜偏硬, 断裂伸长率下降。所以, 羟丙基甲基纤维素的含量并不是越多越好, 在调节JS防水涂料黏度的同时, 也要综合考虑涂料的性能, 当羟丙基甲基纤维素含量为5‰时, 制得的JS防水涂料的拉伸性能最优。

3总结

在同一聚灰比前提下, 通过调整液料中丙烯酸酯乳液和VAE乳液[5]的比例、填料中石英砂和重质碳酸钙的比例或羟丙基甲基纤维素的含量, 都可以增大JS防水涂料的黏度到相同值, 并保证其施工性。在此基础上, 讨论了上述增稠方法对JS防水涂料拉伸性能的影响, 结果如下:1) 丙烯酸酯乳液和VAE乳液混合比例为1∶1时, 涂膜拉伸性能最优;2) 石英砂和重质碳酸钙混合比例为1∶4时, 涂膜拉伸性能最优;3) 羟丙基甲基纤维素可以调节涂料的黏度, 但并不是含量越多越好, 当其含量为0.5%时, 制得的JS防水涂料的拉伸性能最优。因此, 在调节JS防水涂料的黏度时, 要综合考虑, 选择最适合的增稠方法。

参考文献

[1]李俊, 张澜夕, 赵晓莺.刮涂次数对聚合物水泥防水涂料性能测试结果的影响[J].中国建筑防水, 2011 (10) :5-7.

[2]周子夏, 华卫东, 王慧萍.成型方式对聚合物水泥防水涂料物理力学性能的影响[J].中国建筑防水, 2011 (17) :10-11, 22.

[3]曲慧, 赵营, 于秋菊.消泡方法对聚合物水泥防水涂料性能测试的影响[J].中国建筑防水, 2011 (4) :20-22.

[4]秦景燕, 王传辉, 贺行洋, 等.聚合物水泥防水涂料的应用误区分析[J].新型建筑材料, 2011 (4) :50-52, 60.

[5]李玉海, 周晓敏.用于聚合物水泥防水涂料中的新型VAE乳液性能初析[J].中国建筑防水, 2010 (增刊1) :73-76.

皮革印花用增稠剂的合成与应用篇2

1 试验

1.1 仪器与原料

1.1.1 仪器

玻璃烧杯;四口瓶;温度计;搅拌器;JA2603型电子天平,上海天平仪器厂;BROOKFIELD DV-II型黏度计,美国。

1.1.2 原料

无色皮革,市售;涂料色浆,上海泗联;黏合剂FS-465,恒星化工提供;印花用尼龙网,市售;油;乳化剂SP-80,SP-60;过硫酸钾;亚硫酸氢钠;去离子水;丙烯酸;甲基丙烯酸;乙烯基苯磺酸;2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸;氯化三甲基氨丙基甲基丙烯酰胺;20%氨水;二甲基丙烯酸甘油酯;改性有机硅线性体。

1.2 制备工艺

(1)首先,丙烯酸系单体含有阻聚剂,需要经减压蒸馏法去除阻聚剂。

(2)将处理完毕的所需单体按规定量混合,用氨水中和至p H=6.5~7.0,中和温度要控制在35℃以下。

(3)在上述中和液中加入交联剂、引发剂,搅拌均匀,配制成水相。

(4)在反应釜中加入乳化剂及有机溶剂,在搅拌情况下,将水相缓缓加入,使其充分乳化30 min后,滴加还原剂,使其在70~75℃时聚合2 h,得到皮革印花用增稠剂FS-18。

1.3 产品化学指标

外观白色稠状物

p H值 6.5±0.5

离子性阴

有效含量 ≥50%

黏度 975~1250 m Pa·s

1.4 皮革印花的工艺流程

皮革:牛软面革

设备:平网印花机

工艺配方:

增稠剂FS-18 5%

黏合剂FS-465B 10%

大红色浆FFG X%

加水至总量100

上机印制,60~80℃烘干5 min左右。

1.5 测试方法

1.5.1 抱水性能的测定

将各种增稠剂按蓝色浆10份,黏合剂20份,增稠剂若干份加入水至总量100份,配成黏度基本一致的色浆,然后将1 cm宽的滤纸浸入色浆1 cm深处,分别测定5 min、10 min、30 min时液面上升的高度,液面上升的高度越高,则抱水性越差,反之亦然。

1.5.2 得色量的测定

采用目测法。

2 结果与讨论

2.1 主要反应单体的选择

合成单体主要选用乙烯类和丙烯酸类单体,主要有2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、乙烯基苯磺酸、氯化三甲基氨丙基甲基丙烯酰胺、丙烯酸等功能性基团的单体。丙烯酸和乙烯类单体的共同特点是有一个双键,化学结构相似,活性高。在水溶性引发剂作用下,双键断开形成自由基并与交联剂相结合而形成三维网状结构的聚合物。为了使我们合成的增稠剂具有抱水性好、得色鲜艳高、手感软的特点,经过反复试验确定了它们的用量,丙烯酸100份,甲基丙烯酸80份,乙烯基苯磺酸60份,2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸16份,氯化三甲基氨丙基甲基丙烯酰胺24份,二甲基丙烯酸甘油酯3.2份,20%氨水320份,乳化剂SP-60取10份,乳化剂SP-80取12份,油120份,改性有机硅线性体2.4份。

2.2 引发剂的选择

引发剂有油溶性的,如偶氮二异丁氰等;也可用水溶性的,如过硫酸盐等。这里我们选用过硫酸盐的氧化还原体系。引发剂用量较大时,产生游离基过多,会引起暴聚,聚合物分子量小,大分子间作用力也小,在水分子的作用下会发生部分溶解,从而使抱水性降低。通过实验最适宜的引发剂应为单体质量的0.1%。

2.3 乳化剂的选择

反相乳液聚合中,乳化剂的选择至关重要,它直接影响到乳液的稳定性和产品的性能,一般选用HLB值在4~7之间的油溶性非离子型乳化剂。比较合适的有SP-60、SP-80,也有采用SP-20、SP-60、SP-80与HLB值高的乳化剂混用,这里我们采用3%的SP-60与4%的SP-80共用。这种混合体系大大提高了产品抱水能力。

2.4 有机溶剂的选择

有机溶剂(介质)一般为烷烃、环烃和芳烃等,这里我们选用芳烃油。这样连续相不溶解单体和聚合物,能与水在100℃以下形成共沸物,还能与所选择的乳化剂具有很好的匹配性,即二者溶解度参数相差要小,分子结构相近,与内聚能理论一致,经过应用试验最后确定,采用芳烃油16%。

2.5 聚合温度和聚合时间

丙烯酸系单体以自由基聚合时,反应需要一定的聚合温度,该聚合温度通常因所用水溶性自由基聚合引发剂的种类及其用量而有所变化。最适宜的聚合温度为70~75℃,在这一温度下聚合,分子量大,制成的增稠剂抱水能力强,一般聚合时间为2 h就能反应完全。

3 皮革印花增稠剂的应用

3.1 抱水性能测定

将FS-18按照1.5.1测试其抱水能力,并与国产及国外增稠剂进行对比,结果见表1、表2。

由以上比较可知,FS-18有很好的抱水能力。

3.2 印花鲜艳度的比较

通过加入不同量的同一颜色色浆使其得色量一致的方法比较FS-18与国产印花增稠剂的印花鲜艳度,结果见表3。

从上表中可以看出:FS-18产品在色浆用量比另外两个产品低时,就可达到相同的得色量,证明该产品的得色量比其它国产增稠剂高10%左右。

3.3 皮革印花后手感的比较

FS-18在合成时引入了有机硅线型体,印花时手感特别柔软,达到染料印花的水平。

将各种增稠剂按红色浆4份,黏合剂10份,增稠剂加水86份配成黏度基本一致的印浆后,在皮革上印花,60~80℃温度下烘干5 min,取出做手感比较。手感由好到差的比较结果如下:

FS-18好于PTF好于AT-160好于DM-5622好于KG-401。

4 结论

FS-18不论是在环保性能、得色鲜艳度、手感还是轮廓清晰度各方面性能都很优异,用于皮革上的柔软型涂料印花,可以接近染料印花的效果,适应皮革印花市场的高效、环保要求。

参考文献

[1]耿耀宗,曹国丕,等.合成聚合物乳液制造与应用技术[M].北京:中国工业出版社,1999.

[2]阎克路.染整工艺学(第一册)[M].北京:中国纺织出版社,2005.

[3]马建标,等.功能高分子材料[M].北京:化学工业出版社,2000.

增稠方法篇3

为更系统地考察不同种类的增稠剂对乳胶漆粘度的影响,并研究其增稠机理,本实验采用不同种类的增稠剂对乳胶漆的粘度进行调节,系统考察乳胶漆粘度随各类增稠剂用量的变化规律,为乳胶漆的生产调漆工艺提供一定的指导。

1 实验

1.1 原料与仪器

苯丙乳液,工业级,顺德巴德富实业有限公司;金红石型钛白粉,工业级,攀枝花钛海科技有限公司;煅烧高岭土,工业级,广州市黄埔天泰化轻有限公司;蒙脱石粉,工业级,河南信阳百泰化工厂;羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素(公称粘度均为40000mPa·s),均为工业级,广州市增采化工有限公司;分散剂、丙烯酸碱溶胀型增稠剂、碱溶胀缔合型增稠剂、缔合型聚氨酯增稠剂、AMP-95,均为工业级,广东冠志化工有限公司;氨水,质量分数为25%,分析纯,广州市番禺力强化工厂;蒸馏水,实验室自制。

U400/80-220型单相串激电动机,上海微特电机有限公司;STM-Ⅳ(B)型数显式斯托默粘度计,天津永利达材料试验机有限公司。

1.2 乳胶漆的制备工艺

将适量的分散剂与蒸馏水混合,搅拌均匀后,依次加入钛白粉和煅烧高岭土,高速搅拌25min使其分散均匀,再加入乳液,最后滴加pH值调节剂,调节pH值至8.5~9.0,用增稠剂调至适当粘度,出料即得乳胶漆样品。

1.3 性能测试

采用国标GB/T 9269-2009规定的斯托默黏度计法测试乳胶漆的粘度。分别测量每个乳胶漆试样刚配制出的粘度及放置2d、7d后的粘度。

2 结果与讨论

2.1 无机类增稠剂对乳胶漆粘度的影响

无机类增稠剂主要是一些活性黏土类产物,如膨润土、硅酸镁铝黏土等[15],其中膨润土中主要矿物是蒙脱石,是目前应用较多的无机类增稠剂。为考察无机类增稠剂对乳胶漆粘度的影响,本研究选用蒙脱石粉作增稠剂,采用不同用量的蒙脱石粉配制乳胶漆,并测试其粘度,结果如图1所示。

由图1看出,乳胶漆粘度随蒙脱石的粉用量的增加较平缓地增大,放置7d和放置2d后的乳胶漆粘度接近,分别较刚配制出来时的粘度增大12.8%、10.8%。

产生上述现象的原因与蒙脱石结构有关,蒙脱石是一种层状结构、片状结晶的硅酸盐粘土矿,其结构中的粘土片状体边缘存在羟基,当蒙脱石粉分散于水中时,片状体边缘的羟基相互之间通过由水分子桥发生作用的氢键结合,使其能够吸附本身质量5倍左右的水,吸附水后体积增大,膨胀至干体积的几倍至十几倍,并形成凝胶状物质,使得体系粘度增加。蒙脱石粉用量越大,产生的水分子桥越多,体系粘度增加也大[16]。放置2d与放置7d后的粘度基本不变,表明该乳胶漆粘度稳定性较好,这主要是因为蒙脱石层间带有负电荷,可吸附阳离子、水和有机极性分子,使极性基团的一端插入层间,与有机物相互交联,形成立体网状结构,提高涂料的悬浮性,增强贮存稳定性[15]。相同蒙脱石粉用量下,放置2d和7d后的粘度比刚配制的粘度大,是因为刚配制出的乳胶漆经过高速分散,流体受到很大的剪切力作用,体系内的分子形状发生变化,流动阻力较小,此时测得的粘度较小,而放置2d和7d后的乳胶漆体系内的分子形状通过热运动而充分复原,处于较稳定的状态,流动阻力较大,因此测得的粘度值较高。由此表明该乳胶漆体系属于非牛顿流体中的假塑性流体。

2.2 纤维素类增稠剂对乳胶漆粘度的影响

用于涂料的纤维素类增稠剂主要有羟乙基纤维素(HEC)、羟丙基甲基纤维素(HPMC)和甲基纤维素(MC)。为考察纤维素类增稠剂对乳胶漆粘度的影响,本实验分别选取上述3种纤维素作增稠剂进行研究,并测试其粘度,结果如图2所示。

由图2可以看出,乳胶漆的粘度随纤维素用量的增加而增大,纤维素种类不同,乳胶漆粘度变化趋势也不同。乳胶漆粘度随3种纤维素用量增加而增大的顺序由快到慢依次为:HEC>HPMC>MC。3种纤维素分别作增稠剂时配制出的乳胶漆放置2d与7d后的粘度均较刚配制的粘度大。HEC作增稠剂时,乳胶漆放置7d后的粘度与放置2d后的粘度相比有较小下降,且3次测得的粘度值相差较小(图2(a))。HPMC作增稠剂时,乳胶漆放置7d后的粘度较放置2d后的粘度有较小幅度增大(图2(b))。MC作增稠剂时,放置7d后的粘度较放置2d后的粘度有较小下降(图2(c))。

产生上述现象可能是因为纤维素类增稠剂是一类非离子型水溶性高聚物,分子链上有很多羟基,与水分子之间有很好的溶剂化作用而游离于水中,纤维素分子强烈的水合作用以及分子之间的缠绕、分子中的羟基与水分子形成氢键,使纤维素大分子由原来的卷曲状变为伸展状态,增加了流体的流动阻力,从而增加水相粘度。随着用量增加,流动阻力越大,其粘度也越大。乳胶漆粘度随增稠剂用量增加的变化趋势不同与3种纤维素的分子量及结构有关。3种纤维素分别作增稠剂时,放置2d与放置7d后的乳胶漆粘度均较刚配制的粘度大,这是由链结构的变化引起的,放置一段时间后,乳胶漆中的纤维素分子链充分伸展开,形成网络结构,使得体系粘度增加。由HEC与MC配制成的乳胶漆放置7d后的粘度较放置2d后的粘度有所降低,而由HPMC作增稠剂配制出的乳胶漆粘度上升,这是因为HEC与MC容易受到霉菌的感染而降解,导致乳胶漆粘度下降,而HPMC具有抗酶降解性,粘度稳定性好[15,16]。

2.3 合成高分子类增稠剂对乳胶漆粘度的影响

目前合成高分子类增稠剂在涂料中应用较多的是碱溶胀型增稠剂和聚氨酯增稠剂。其中碱溶胀增稠剂又分为两类:缔合型和非缔合型[17]。为考察合成高分子类增稠剂对乳胶漆粘度的影响,本研究分别选取丙烯酸碱溶胀型增稠剂(ASE)、碱溶胀缔合型增稠剂(HASE)、缔合型聚氨酯增稠剂(HEUR)进行研究,并测试其粘度,结果如图3所示。

从图3中可以看出,随合成高分子类增稠剂用量的增加,乳胶漆的粘度增大,增稠剂种类不同,乳胶漆粘度变化趋势也不同。乳胶漆粘度随3种增稠剂用量增加而增大的顺序由快到慢依次为:HASE>HEUR>ASE。3种增稠剂分别配制出的乳胶漆放置2d与7d后的粘度均较刚配制的粘度大。ASE作增稠剂时,乳胶漆放置7d后的粘度比放置2d后的粘度小(图3(a))。图6中,HASE作增稠剂时,放置7d后的乳胶漆粘度与放置2d后的粘度较接近,下降较小(图3(b))。HEUR作增稠剂时,乳胶漆放置7d与放置2d后的粘度基本保持不变(图3(c))。

出现上述现象的原因是ASE属于非缔合阴离子型,是含有羧基的聚丙烯酸盐碱溶胀型乳液,在碱性体系中发生中和反应,树脂被溶解,羧基在静电排斥的作用下使聚合物的链伸展开,分子链由螺旋状伸长为棒状,提高水相粘度,使得体系粘度升高。随其用量的增加,羧基含量增加,形成的棒状分子链增多,故粘度增大。HASE也是阴离子型增稠剂,在ASE增稠的基础上,在其以丙烯酸酯为主链的主体结构中引入具有表面活性的缔合单体参与共聚,侧链被嫁接了同时具有憎水基团和亲水基团的长链结构,可在水中形成大的胶束结构,在分子内或分子间进行相互吸附缔合。此外,主链和侧链中的亲水基团可与水分子以氢键作用产生吸附,疏水基团除相互吸附外,还与乳胶粒子、各种助剂的疏水基团发生吸附,形成大范围的立体网络结构,从而增加体系的粘度,且HASE的增稠效率比ASE高。HEUR是非离子憎水改性环氧乙烷聚氨酯嵌段共聚物,为“亲油-亲水-亲油”形式的三嵌段聚合物,链端通常为脂肪烃基的亲油基团,中间为水溶性聚乙二醇亲水链段。在水性体系中,当增稠剂浓度大于临界胶束浓度时,亲油端基缔合成胶束,亲水基与水偶合,形成胶束的末端基通过两个亲油端吸附在不同胶束粒子上,增稠剂分子在粒子间形成桥连,与乳液的聚合物粒子和已吸附有分散剂的颜料颗粒相互缔合形成网状结构,互相连结缠绕而使体系粘度增加。此外,由于一个增稠剂分子带有几个胶束,这种结构可降低水分的迁移性,从而提高水相的粘度。由上述3种增稠剂配制的乳胶漆放置2d与放置7d后的粘度均较刚配制的乳胶漆粘度大,这是因为放置一段时间后的增稠剂分子链结构充分伸展开,进一步相互缠绕而引起粘度变大。以HEUR为增稠剂时的乳胶漆粘度增加较HASE慢,是因为HEUR的分子量较低,增稠效果不显著。以ASE配制出的乳胶漆放置7d后粘度较放置2d后的粘度有所降低,而分别用HASE、HEUR配制出的乳胶漆粘度变化很小,这是因为前者不能形成稳定的网络结构,粘度稳定性差;后两者在增稠过程中均能形成立体网络结构,稳定性较好[15,16,17,18]。

2.4 pH值调节剂对乳胶漆粘度的影响

2.4.1 pH值调节剂对乳胶漆pH值的影响

乳胶漆的pH值对其稳定性、抗菌性和消泡等都有影响,通常控制在7.5~9.5之间,偏碱性。常采用AMP-95、氨水等调节乳胶漆的pH值。为考察pH值调节剂对乳胶漆pH值的影响,本研究分别选取AMP-95、氨水作pH值调节剂进行研究,结果如图4所示。

由图4可以看出,随着pH值调节剂用量的增加,以AMP-95作pH值调节剂时,乳胶漆pH值呈直线上升趋势,以氨水作pH值调节剂的乳胶漆pH值变化较平缓。用量为0.18%时,AMP-95使乳胶漆的pH值达到9.5,由氨水配制成的乳胶漆pH值为8.0。这是因为AMP-95是一种含有5%水分的2-氨基-1甲基-1丙醇,也是目前少数具有低分子量和高碱性的工业有机胺之一;氨水是一种较弱的胺,较AMP-95有较强的挥发性,因此加氨水的涂料pH值稳定性差,随着氨的挥发,pH值会降低,故比相同用量的AMP-95的pH值小[17]。且由于氨水气味比AMP-95大,故在目前乳胶漆生产过程中一般使用AMP-95作pH值调节剂。

2.4.2 pH值对乳胶漆粘度的影响

pH值是乳胶漆生产过程中需控制的一个重要工艺参数。为考察pH值对乳胶漆粘度的影响,本实验采用AMP-95作pH值调节剂,对不同种类增稠剂配制的乳胶漆在不同pH值下的粘度进行测试,结果如图5所示。

由图5可以看出,分别以蒙脱石粉、HEC、HPMC、MC和HEUR配制的乳胶漆粘度随pH值的增加变化较平缓,以ASE和HASE配成的乳胶漆粘度随pH值的增加而逐渐增大,后趋于平缓。这是因为无机类增稠剂蒙脱石粉和纤维素类增稠剂均是通过吸水及分子缠绕达到增稠,对pH值变化容忍度大,故随pH值的增加,粘度几乎不变。HEUR在体系中形成较稳定的立体网络结构,其本身性能基本不受pH值影响,可在较广的pH值范围内使用,随pH值变化较小,故粘度变化也小。碱溶胀型增稠剂属于阴离子型增稠剂,在碱性体系中发生中和反应,羧基离解,呈溶胀状态,从而使体系粘度升高。但随着碱性的增加,乳胶漆粘度增加较小,当pH>10时,碱溶胀型增稠剂溶于水而失去增稠作用。故在碱溶胀型增稠剂体系中,需控制好乳胶漆的pH值范围[15]。

3 结论

(1)乳胶漆粘度随蒙脱石粉用量的增加增大较平缓,放置7d和放置2d后的乳胶漆粘度相近,分别较刚配制出的乳胶漆粘度增大12.8%、10.8%。

(2)乳胶漆的粘度随纤维素用量的增加而增大,纤维素种类不同,乳胶漆粘度变化趋势也不同。乳胶漆粘度随3种纤维素用量增加而增大的顺序由快到慢依次为:HEC>HPMC>MC。

(3)随着合成高分子类增稠剂用量的增加,乳胶漆的粘度增大,增稠剂种类不同,乳胶漆粘度变化趋势也不同。乳胶漆粘度随3种增稠剂用量增加而增大的顺序由快到慢依次为:HASE>HEUR>ASE。

增稠方法篇4

增稠剂是能增加体系粘稠度, 并保持其相对稳定的物质, 它广泛应用于清洗、印染、建筑、涂料、食品、油田等许多领域。增稠剂通常分为无机增稠剂和有机增稠剂。无机增稠剂主要有硅酸盐、陶土、膨润土等。有机增稠剂又分为天然增稠剂和合成增稠剂。天然增稠剂包括各种天然树胶、淀粉、纤维素及其衍生物、多糖等。合成增稠剂主要有丙烯酸类、丙烯酰胺胺类、聚氨酯类。天然增稠剂最先为人们所使用, 然而由于它流变性能不佳, 易受生物的破坏, 目前主要用于食品添加剂及油田领域的增稠。合成增稠剂是近20年来开发出的高分子增稠剂。由于基结构多样, 品种丰富, 能满足各种流变性能的要求, 因而发展极为迅猛。丙烯酸酯是其中最为重要的一类增稠剂。

合成丙烯酸酯增稠剂常用的单体有 (甲基) 丙烯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸长链酯、丙烯酰胺、马来酸、马来酸酐等。酸性单体用碱中和后能提高体系粘度, 酯类单体则赋予共聚物以柔性。长链酯 (如丙烯酸十二烷基酯、丙烯酸十八烷基酯) 由于疏水基团的作用而发生聚变, 使大分子链产生分子间缔合, 增大流体力学体积, 从而增加了体系的粘度。

液体洗涤剂粘稠度一方面是使用上的需要, 一方面是满足消费者的外观需求。因此, 产品的粘稠度成为消费者对产品评价的重要指标。目前, 市场上应用于液洗类产品中的增稠剂主要是:硬脂酸聚乙二醇酯, 纤维素等, 有时配合氯化钠作增稠。但都存在产品溶解操作不方便, 以及所得产品易受温差影响不稳定, 体系返稀, 返白, 甚至产品分层导致严重影响产品质量。同时, 它们的加入对产品的去污效果没有任何帮助。为此, 要获得产品理想的粘度, 尤其对活性物含量较低的体系, 寻找一种合适的增稠剂, 是市场逼切的需要。

2 实验部分

2.1 实验试剂:

AEO-9 (脂肪醇聚氧乙烯-9醚) , 邢台蓝星助剂厂;十二烷基苯磺酸, 南京“加佳”牌;CAB-30 (椰油酰胺丙基甜菜碱) , LAO-30 (氧化胺) , 广东肇庆鼎湖华达化工厂;丙烯酸, 北京东方化工厂;6501 (椰子油二乙醇酰胺) , AES (脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠) , 湖南丽臣奥威实业有限公司。

2.2 实验仪器:

增力电动搅拌器, 实验用电热炉, 温度计, NDJ-1型旋转粘度计, 罗氏泡沫仪, p H计, 恒温箱, 常用玻璃实验仪器。

2.3 F-111酯增稠剂的制备。

准备四口玻璃烧瓶, 接上温度计, 回流冷凝管, 搅拌捧, 先加入AEO-9和丙烯酸, 十二烷基磺酸, 催化剂搅拌均匀, 加入引发剂升温至体系发生反应, 加热回流并控制保温1-2h。体系逐渐增稠至最大并稳定, p H值升高至稳定。降温至60-70℃, 加入CAB和水, 搅拌均匀得目的产物, 为淡黄色粘稠状液体。

2.4 组份及条件影响实验。

对所确定之配方作了AEO-9和丙烯酸的配比调整, 注意酸催化剂, 引发剂的加入以及反应温度, 时间对反应实验的影响。由于制备过程经过酸化, 共聚合放热, 所以从体系的温度, 粘度, 以及酸值可以判断反应的进行和终止。

2.4.1 AEO-9和丙烯酸的配比:

增加AEO-9, 目的产物粘度较小, 产品增稠效果较差;增加丙烯酸, 目的产物粘度增大。酯化共聚产物含量增加, 产物增稠效较好, 但如果产物含量增大, 本身粘度过大, 生产中搅拌困难, 同时产品使用时也不方便, 故此需对其配比控制一个恰当的摩尔比值。

2.4.2 酸催化剂, 引发剂的加入, 以及适宜的反应温度, 对促进反应的进行极其重要。

催化剂, 引发剂加速反应的开始, 适宜的温度保证酯化反应及聚合反应的进行, 温度太低反应变慢甚至无法进行, 温度升高反应迅速激烈, 温度过高甚至会暴聚, 严重时产生胶连导致合成失败。

2.4.3 反应时间是确保反应完全的必要。

通过设定的适宜温度, 一般1-2小时可达到酯化及聚合反应的完全。这可从体系的自身粘度及p H值趋向稳定得到判定。

2.5 产物性能的测定

2.5.1 泡沫性能改进Ross-Miles发泡沫测试 (GB/T7 4 6 2-94)

因此, 目的产物更具良好的起泡, 稳泡性能。

2.5.2 增稠性能的比较

取十二烷基苯磺酸8%, AES5%配成水溶液, 然后分别用6501、CAB-35、LAO-30, 本实验产物作增稠剂, 加入量分别为0.5%, 0.8%, 1.2%, 盐的用量固定在0.5%, p H值调到8.0左右, 25℃下测定粘度, 结果如下:

从实验数据对比可以看出, 本实验产物F-111的增稠性能远高于6501, CAB和LAO-30。

2.5.3 无盐增稠性能的比较

测试配方为:十二烷基苯磺酸:10%, AES:3%, 6501:1.5%, F-111增稠剂/聚乙二醇双酯:1%, NAOH:调p H值7-8, 水至100。

测试条件:NDJ-1型旋转粘度计, 3号转子12转速, 28℃。

F-111具有较高的增稠能力, 不使用盐 (NACL) 的情况下, 仍具有优异的增稠性, 可以实现无盐配方。

2.5.4 实验产物对粘温弹性的积极意义

取市售品牌洗洁精, 应用实验产物F-111自配洗洁精。于各种温度下测定其粘度。

由实验数据反映:实验产物能赋予产品更佳的粘温弹性。

2.5.5 实验产物与其它表面活性剂的去污力比较

比较3%浓度下的各种表面活性剂, 在不同硬水中的去污力, 数据如下:

实验产物F-111自身具有表面活性与良好的络合分散性能, 因而在不同硬水条件下有优异的去污力。

3 结果与讨论

制备本实验产物F-111原料均为市售工业原料, 方便易购, 生产工艺要求温度不高, 常压操作, 使得反应易于控制。生产过程不使用溶剂, 不会污染环境, 无安全隐患。产物具有优异的增稠稳泡能力, 用于配制低活性物浓度液体洗涤剂, 可显著增大产品的粘稠度, 有效降低产品成本, 同时具有良好的洗涤、去油污协同能力, 提高其它表面活性剂的洗涤作用, 并减少液体洗涤剂的滑腻感。产物易溶解于水, 方便添加于生产中任一阶段, 综合效果明显优于6501、CAB、LAO等产品, 更是聚乙二醇酯, 纤维素类不可同比的, 因为它们在去污, 发泡方面基本没有效果。因此, 该产品值得深入研究推广, 必将有广阔的应用前景。

摘要：以丙烯酸, 聚醚为原料, 以酸催化剂为引发剂。经酯化共聚, 合成了一种适宜于水性体系增稠的水溶性丙烯酸酯类增稠剂。并研究了其应用性能, 结果表明, 产品具有重要的推广价值和广阔的应用前景。

关键词：F-111增稠剂,增稠性能,洗涤剂增稠

参考文献

[1]刁立鹏, 张晓东.丙烯酸系增稠剂制备工艺的研究及性能测试[J].青岛大学学报 (工程技术版) , 2011 (01) .

[2]叶高勇, 张宝华.水性丙烯酸增稠剂的合成及性能研究[J].印染助剂, 2004 (06) .

增稠方法篇5

关键词：聚氨酯,缔合型增稠剂,拟合,数据分析

水性聚氨酯浆料是以水为介质的分散体系, 它具有无毒、无污染、不燃烧、价格低廉等特性, 近年来在合成革工业的应用引起了众多科学工作者的关注[1,2,3]。然而水性聚氨酯浆料存在黏度较低、涂刷效果不理想等问题, 在合成革生产工艺中需要通过添加增稠剂来提高其黏度, 以防止流挂现象的发生。可见, 增稠剂是水性聚氨酯合成革生产中必不可少的一种流变助剂。

黏度是体现增稠剂增稠效果的重要物性参数, 在聚氨酯涂料增稠体系中受多方面因素的影响[4，5]。目前水性聚氨酯涂料的增稠研究工作主要集中在以下两点:一方面从结构和含量等角度探讨影响黏度变化的基本规律[6,7,8], 另一方面通过研究增稠机理来寻找合适的聚氨酯增稠剂种类和结构[9，10]。以上文献主要从定性的角度探究了黏度的变化规律, 并得到了较为明确的研究结果, 那是否可以从数据拟合的角度得出黏度与增稠剂结构之间的定量关系呢?

1) 通过测定各聚合物核的羟值来计算;2) 等于聚合物中除聚乙二醇链段以外部分的理论相对分子质量×100%/聚合物的理论相对分子质量。

本实验以黏度计采集的黏度数据和量化的结构因素为基础, 在大量实验数据的基础上, 采用EXCEL 2007 软件进行数据处理, 拟合出了黏度与增稠剂结构之间的定量关系, 并分析了拟合方程的可靠性, 确定了影响黏度的主要因素。

1 实验部分

1.1 实验药品

丙二醇, 分析纯, 天津市博迪化工有限公司;水性PU浆料, 德美博士达高分子材料有限公司;水性聚氨酯增稠剂HWPU-4、HWPU-6 和HWPU-12, 实验室自制[11], 其结构如图1。

1.2 待测样的配制

称取一定量的HWPU, 并用丙二醇水溶液配制成固含量为25%的增稠剂溶液。称取约20g混合均匀的水性PU浆料于50 m L的烧杯中, 然后加入一定量的增稠剂, 搅拌混合均匀, 配成含量为2.5%的待测样品, 用于后续的黏度测量。

1.3 黏度的测定

在恒温条件下, 采用NDJ-1 型黏度计 (上海舜宇恒平科学仪器有限公司) 测量增稠体系的黏度。

1.4 试验方案

本实验以HWPU中的聚乙二醇相对分子质量、支化度、十六烷醇的含量以及疏水基团的含量作为4 个试验因素 (自变量) Xi (i = 1, 2, 3, 4) , 以25 ℃增稠体系的黏度 (6 r/min) 作为试验指标 (因变量) Y, 进行数据处理。所得增稠剂结构因素和黏度实验数据见表1。

2 数据分析

2.1 多元线性方程的拟合

在因变量Y与自变量Xi (i = 1, 2, 3, 4) 之间可以建立近似的函数关系模型如下:

式中a为常数项, b1, b2, b3, b4分别为四个因素的系数。

利用EXCEL 2007 软件中的数据分析工具, 以黏度作为Y值输入区域, 以4 个因素作为X值输入区域, 对表1 的数据进行回归操作, 得到的分析结果见表2。由表中数据可以看出, 拟合的多元线性方程为:

将拟合方程所得到的理论值与实验值相比较得到图2, 由图可以看出, 实验值与理论值比较接近, 说明拟合方程具有一定的可靠性。

2.2 显著性检验

2.2.1 相关系数检验

在多元线性回归分析中, 复相关系数R反映了一个变量Y与多个变量Xi (i = 1, 2, 3, 4) 之间线性相关程度。复相关系数的平方称为多元线性回归方程的决定系数, 用R2表示。利用EXCEL回归分析得到的相关系数如表3。

实验次数n =15, 自变量个数m=4, 对于给定的显著性水平 α, α 取0.05 或0.01, 查相关系数检验临界值表[11], 所得到对应的临界值R0.05=0.763 和R0.01=0.840<0.910, 所以拟合的关联方程与实验数据具有很好的关联度。

2.2.2 F检验

通过EXCEL回归分析, 得到回归方差分析见表4。

表中的F服从自由度 (m, n-m-1) 的分布即 (4, 10) 的分布, 在给定的显著性水平 α=0.05 或0.01 下, 从文献[12]附录2, F分布表中查得F0.05 (4, 10) =3.48, F0.01 (4, 10) =5.99。由上表可知, F =12.0>F0.01 (4, 10) , Significance F =0.00079<0.01, 则可以得出Y与Xi之间有非常显著的线性关系, 与复相关系数所得到的结果相吻合。

2.3 因素主次的判断

在一般情况下, 多元线性回归方程中的偏回归系数b1, b2, b3, b4分别表示了Xi对Y的具体效应, 但偏回归系数本身的大小并不能直接反映自变量的重要性, 这是因为其受到对应因素的单位和取值的影响。如果要确定因素的主次顺序, 可通过EXCEL回归分析, 得到与之相对应的t值, 比较|t|的大小, 即可以判断因素的主次顺序。

通过EXCEL回归操作所得到的t值见表2。由表2 可知, 4 个影响因素的主次顺序为:十六烷醇≈疏水基团含量>亲水链长>支化度。表2中P值表示偏回归系数不显著的概率, 可以看出, 十六烷醇含量、疏水基团含量、亲水链长的P均小于0.01, 故它们的影响都非常显著。所以, 在HWPU增稠时十六烷醇和疏水基团含量的影响最为显著。

2.4 HWPU结构对增稠效果的影响分析

根据拟合出的关联方程, 可以推断, 在增稠体系中, 核的支化度作为基础, 它为链伸展提供了必要的维度空间;亲水链的长度则决定了HWPU链端在浆料中的伸展空间的大小;而疏水基团和十六烷醇作为与浆料分子直接缔合的结构, 在增稠过程中则起着决定性作用, 它们含量的多少会直接影响着缔合网状结构的形成以及完整程度。简而言之, HWPU的增稠过程表现为, 分散在水性PU浆料中的HWPU疏水链端向四周伸展与浆料分子缔合形成网状结构, 从而达到增稠的效果, 示意如图3[11]。

综上所述, 若要提高HWPU的增稠效果, 可以优先考虑其分子结构中十六烷醇和疏水基团的含量。

3 结论

利用黏度计测定了不同结构增稠剂和浆料混合体系的黏度, 以实验数据为基础, 采用EXCEL软件进行多元线性回归分析, 拟合出了非常显著的线性关联方程:。由t检验发现, 十六烷醇和疏水基团的含量对增稠效果起到主导作用。

参考文献

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[3]杨升, 周瑜, 林银利, 等.含疏水侧基的水性聚氨酯的合成及其增稠性能[J].涂料工业, 2012, 42 (11) :18-21.

[4]Barmar M, Barikani M, Kaffashi B.Steady shear viscosity study of various HEUR models with different hydrophilic and hydrophobic sizes[J].Colloids and Surfaces A, 2005, 253:77-82.

[5]Barmar M.Study of the effect of PEG length in uniHEUR thickener behavior[J].Journal of Applied Polymer Science, 2009, 111:1751-1754.

[6]Barmara M, Kaffashib B, Barikania M.Investigating the Uni-HEUR thickener performance considering hydrophilic segment length[J].Colloids and Surfaces A, 2010, 364:105-108.

[7]May R, Kaczmarski J P, Glass J E.Influence of molecular weight distributions on HEUR aqueous solution rheology[J].Macromolecules, 1996, 29:4745-4753.

[8]Kaczmarski J P, Glass J E.Synthesis and solution properties of hydrophobically modified ethoxylated urethanes with variable oxyethylene spacer lengths[J].Macromolecules, 1993, 26:5149-5156.

[9]Sadeghy K, James D F.Elasticity of associative polymer solutions and slip at high shear stress[J].Journal of NonNewtonian Fluid Mechanics, 2000, 90:127-158.

[10]Beshah K, Izmitli A, Van Dyk A K, et al.Diffusionweighted PFGNMR study of molecular level interactions of loops and direct bridges of HEURs on latex particles[J].Macromolecules, 2013, 46:2216-2227.

[11]Lin Y L, Zhou Y, Xu C X, et al.Study on synthesis and thickening property of hyperbranched waterborne polyurethane[J].Progress in Organic Coatings, 2013, 76:1302-1307.

增稠方法篇6

凝固型酸奶的制备工艺

凝固型酸奶的制备工艺流程为:原料乳→标准化→配料→过滤→预热→均质→杀菌→冷却→接种→灌装→发酵→冷却→冷藏后熟→成品。配置了13%的脱脂奶粉溶液,在大试管中灭菌冷却到35℃,然后在恒温培养箱进行40℃、4小时的培养[1]。对脱脂乳进行制备,用三角瓶进行盛装。在灭菌冷却之后,对4%活化菌种培养物进行了接种,在培养箱中进行了40℃、3小时的培养。在250ml三角瓶中装入了100新鲜牛乳,进行了95℃、15min的灭菌,然后冷却到45℃,并加入4%的母发酵剂,均匀搅拌后,在42℃培养箱中进行3小时的培养,凝固之后保存在4℃的冰箱当中。在制备凝固性酸奶的过程中,检验原料乳,进行计量过滤,然后加入增稠剂和糖,进行3min均质,15min杀菌,然后冷却到40℃到45℃,按4%的量对发酵剂进行接种[2]。进行3小时发酵,并冷藏12小时。最后对酸乳的粘度、酸度,利用数显粘度计、酸度滴定法进行测量。

增稠剂的添加及对凝固型酸奶品质的影响

根据相关的研究,在制备凝固型酸奶的过程中,主要采用了羧甲基纤维素钠、马铃薯淀粉、马铃薯变性淀粉,以及蔗糖、脱脂奶粉、嗜热链球菌、保加利亚乳杆菌等试剂与材料。根据相应的研究结果能够得知,分别添加0.5%、1%、2%的羧甲基纤维素钠,对粘度和酸度会产生不同的影响。结果表明,酸奶的乳清析出最少、质地最佳、口感最好的为0.5%的羧甲基纤维素钠添加量。对马铃薯变性淀粉进行添加,结果表明,在0.2%的马铃薯变性淀粉添加量下,酸奶具有最好的品质。分别将0.3%、0.4%、0.5%的马铃薯淀粉加入酸奶中,根据结果可知,加入的马铃薯淀粉并不会对凝固性酸奶的质地进行改善,对于乳清析出的情况也不能阻止。

变性淀粉作为凝固型酸奶增稠剂的研究必要性

增稠方法篇7

硅酸盐类无机凝胶作为一种高效的矿物质类增稠流变助剂,近年来在建筑涂料领域得到了广泛应用。此类物质由大量的硅酸盐片晶组成,而硅酸盐片晶的晶体结构独特,其分子的理想结构可分为3层:2层二氧化硅(硅氧四面体)中间嵌入1层金属氧化物(八面体)。其金属氧化物中间层可以主要由Al3+组成,部分被Mg2+所取代,由于阳离子电荷不足而使层间带负电荷,为了平衡这些负电荷,层间吸附Ca2+、Mg2+、K+、Na+等阳离子,这种无机凝胶被称为硅酸镁铝无机凝胶;另外金属氧化物层也可以主要由Mg2+组成,部分被Li+所取代,同样由于阳离子电荷不足而使层间带负电荷,需要吸附阳离子来平衡,由此形成硅酸镁锂无机凝胶。

本文选用国内外生产的不同类型的硅酸盐类无机凝胶,应用于建筑涂料及相关产品中,考察评价了不同类型硅酸盐类无机凝胶的增稠效果、流变性,以及对相关产品施工性和贮存稳定性的影响。

1 无机凝胶的增稠机理

无机凝胶的粉状形态中包含大量有规则的片状结构聚集体,一旦将其加入水中并搅拌,片状结构层间吸附的阳离子电荷会被静电引力拖至晶片表面,此时大量水渗透至层间溶胀造成片状结构解聚,晶片之间开始建立新的平衡,最终晶片之间互相搭接,形成一种立体的三维网络结构,也称“卡片屋”结构[1,2],此时宏观上看是无机凝胶在水中溶解成一种高触变性的凝胶,该增稠过程见图1[3]。

无机凝胶的增稠机理赋予其独特的流变性能,使其在涂料行业中有以下几种用途[4,5,6]:

(1)无机增稠剂:无机凝胶在水中能吸附数倍于自身质量的水并形成凝胶状物质,产生相当高的黏度,在涂料中能够增加中剪切黏度,并可与其它增稠剂一起发挥协同增稠作用。

(2)悬浮稳定剂:无机凝胶能够将体系中的固体颗粒固定在三维的网络结构中,支撑和阻止其下沉,而不是单纯地靠黏度来稳定,从而提高颗粒的悬浮稳定性能。

(3)触变剂:无机凝胶的网络结构在一定剪切力的作用下会被破坏,产生触变性流动,将其掺入涂料中可以使涂料具有极好的触变性。近年来建筑涂料领域中厚质涂料产品很多,如弹性拉毛涂料、浮雕涂料、仿石漆、内外墙抹灰腻子以及外保温系统用抹面砂浆、保温腻子等,该类产品需要厚涂施工,要求产品具有较好的触变性[7],无机凝胶非常适用于这类涂料产品领域。

(4)改善施工滑爽性:无机凝胶用于腻子产品中,其片状结构可以降低砂粒与水泥粒子之间的摩擦力,更易于刮涂施工。

目前市场上无机凝胶类产品分天然和人工合成2大类。其中天然无机凝胶系优选天然无机硅酸盐矿,经筛选、提纯、改性精制而成,如浙江仁恒化工公司的W系列无机凝胶、杭州余杭加诚非金属矿业有限公司的SM系列无机凝胶、美国海名斯公司Bentone系列锂蒙脱石黏土产品和范德比尔特公司的Veegum系列产品等,均属于天然产品。人工合成无机凝胶是由Na+、Mg2+、Al3+、Si O42-等经合成反应后,过滤、干燥、研磨而制得,其中晶片尺寸以纳米计,溶胀能力更大,其水溶液呈无色透明,代表产品为美国洛克伍德公司的Laponite系列以及南京威普高分子材料有限公司的无机凝胶产品等。

2 试验

2.1 原料

选取3种天然硅酸盐类无机凝胶样品和1种合成硅酸盐类无机凝胶样品,编号依次为a、b、c、d(见表1)。

2.2 黏度测试

在搅拌机转速为1000 r/min、搅拌时间10 min的相同工艺条件下,将各样品分别配制成5%的水浆液,静置于23℃恒温箱中,按GB/T 2794—1995《胶粘剂黏度的测定》测试不同静置时间时各浆液的旋转黏度,结果见表2。

注:(1)60R为转子转速为60 r/min时所测黏度;(2)6R为转子转速为6 r/min时所测黏度。

由表2可知,上述硅酸盐类无机凝胶样品分散于水中,7d后黏度基本稳定,表明已得到充分水化。同时也可以看出,硅酸盐类无机凝胶的增稠作用明显,具有较大的触变性。但不同水浆液的黏度差别较大,即所表现的增稠效果相差较大。

3 应用试验结果及评价

3.1 在建筑内外墙腻子中的应用及评价

3.1.1 在单组分膏状腻子中的应用

将23份水、9份苯丙乳液(固含量50%)、50份重钙、17份滑石粉以及各类助剂搅拌均匀,然后在搅拌状态下缓慢加入1份无机凝胶增稠剂,高速搅拌混合30 min,考察评价其相关性能。分别采用4种不同无机凝胶增稠剂制备的腻子性能评价结果见表3。

由表3可知,硅酸盐类无机凝胶可以替代纤维素醚用于腻子中,起到增稠保水作用,改善施工性,但不同种类的无机凝胶呈现的效果不同,上述无机凝胶样品中,a与d无机凝胶效果良好,可满足腻子制备的性能要求。

3.1.2 在干粉腻子中的应用

根据上述试验结果,以干粉腻子为例,分别以硅酸盐类无机凝胶和纤维素醚作为增稠保水剂,比较3种不同增稠保水剂的效果。试验中干粉腻子由30份白水泥、3份乳胶粉及67份重钙(200目)搅拌混合均匀,分别加入3种不同的增稠保水剂,结果见表4。

由表4可见,在腻子中引入硅酸盐类无机凝胶可以提高腻子的触变性,改善施工滑爽性。由于无机凝胶的保水性突出,可延缓腻子表层的干燥速度,延长可刮涂施工时间。在腻子制备中,若采用无机凝胶和纤维素合用,可充分发挥两者的协同效应,较明显地改善腻子的施工性。

3.2 在拉毛弹性中层涂料中的应用试验及评价

拉毛弹性涂料是近年来应用较多的一种外墙涂料,该涂料要求具有良好的施工触变性,即在施工剪切力的作用下黏度减小而具有一定的流动性,便于滚涂施工。一旦施工剪切力消失,则黏度迅速恢复,以维持良好的拉毛花形效果,且厚涂不流挂。本试验选用前述4种不同的硅酸盐类无机凝胶作为拉毛弹性涂料的流变增稠剂,用量为3%,考察其应用效果,结果见表5。

由表5可知,在相同用量下,采用a、c和d无机凝胶增稠的拉毛弹性中层涂料施工性好,获得了满意的拉毛效果,且涂料贮存稳定。样品b因增稠效果差,3%用量不能获得满意的拉毛效果。由此可见,选用合适的硅酸盐类无机凝胶应用于拉毛弹性涂料中,可以获得满意的拉毛效果,即无机凝胶适合应用在该体系中。

3.3 在水性颜料浆中的应用试验及评价

水性颜料浆产品对贮存稳定性的要求较高,希望稳定贮存2年以上而不发生沉底絮凝,这对于无机颜料水性色浆的制备难度较大。无机颜料如钛白粉、氧化铁等,由于自身密度大,制备成颜料浆后容易在静置过程中分层沉底,破坏了悬浮稳定的分散状态。硅酸盐类无机凝胶增稠剂因其特殊的网络增稠结构,可将颜料浆中的固体颗粒固定在体系中,提高其悬浮稳定性。本试验制备60%颜料份的氧化铁黄色浆,将水、颜料、各类助剂混合后研磨至细度小于50μm后出料。对采用3种不同增稠方式制备的水性色浆进行对比,结果见表6。

由表6可知,无机凝胶用于水性颜料浆中,增稠效果显著,而且具有较大的触变性,能有效提高颜料颗粒的悬浮稳定性,大大改善无机颜料类水性色浆的贮存稳定性。

3.4 在厚质建筑内外墙涂料中的应用建议

目前,建筑内外墙涂料中,厚涂型厚浆类涂料的应用日益广泛,该类涂料要求体系具有比较高的触变指数,常规的增稠剂如纤维素类、碱溶胀型以及聚氨酯类增稠剂不能满足涂料高触变性的要求。硅酸盐类无机凝胶,由于其具有优异的触变性,能形成独特的网络结构,非常适用于厚质涂料的制备,满足高黏度、高触变性厚浆涂料易于施工和厚涂不流挂的性能要求。

采用硅酸盐类无机凝胶增稠剂制备内外墙厚质涂料应特别注意其添加方式。由于无机凝胶需要通过吸收一定量的自由水,经水合作用使体积膨胀形成网络结构后才能发挥增稠作用。如果采用后添加方式,在配制涂料最后阶段将硅酸盐类无机凝胶粉体直接加入到涂料中增稠,此时体系中没有足够的自由水供其溶解吸收,在低速搅拌下无法在短时间内充分水合形成网络结构。因此增稠速度非常缓慢,不但后增稠现象严重,而且部分溶解不充分成凝胶状,影响涂料的配制、施工及贮存。建议将配方中一部分的水和无机凝胶混合并充分溶解配制成预凝胶,以预凝胶形式加入到涂料中搅拌均匀,这样增稠速度快、效果好。或者将大部分无机凝胶增稠剂在配制研磨浆料过程中直接以粉体形式加入,然后在涂料配制的最后阶段加入余下的无机凝胶水凝胶液调整至合适黏度。

采用无机凝胶和其它类型的增稠剂搭配使用,发挥两者的协同作用,不但可以减少增稠剂的总用量,而且可以改善涂料的施工性和贮存稳定性。

4 结语

(1)硅酸盐类无机凝胶可用于建筑内外墙各类腻子的制备,起到良好的增稠、保水作用,提高施工滑爽性,并改善贮存稳定性。

(2)硅酸盐类无机凝胶可应用于弹性拉毛涂料体系中,具有花形平滑突出、拉毛施工效果好,且涂料贮存稳定等优点。

(3)硅酸盐类无机凝胶可应用于水性颜料浆、水性油墨等体系中,提高颜料的悬浮稳定性,改善产品贮存稳定性。

(4)硅酸盐类无机凝胶适用于高触变性水性涂料的制备,对改善涂料的施工性和稳定性有帮助,但应注意其添加方式。

(5)国产的一些硅酸盐类无机凝胶产品水分散性好,水合增稠作用快,增稠效率高,稳定性好,和国外同类产品相比,性能相当,可应用于建筑涂料领域中。

参考文献

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