流变助剂对高极性溶剂型涂料性能影响研究

流变助剂对高极性溶剂型涂料性能影响研究
流变助剂对高极性溶剂型涂料性能影响研究
时间:2017-04-06 08:33来源:中远关西涂料化工有限公司作者:赵蓉旭，赵举
0 前言
在涂料工业中，液体的流变性能被应用于从原料选择、涂料制造、成品贮存直至应用施工、转化成膜等各个阶段，是一个必须考虑的重要因素。

在涂料配方中添加流变助剂是改变其流变性的一个重要途径。

流变助剂在涂料体系中具有独特的稳定结构，能保护涂料中已分散的颜料颗粒，形成有触变性的厚浆涂料。

有助于流挂控制，保持优良的流平性，防止颜料沉降和提供足够的干膜厚度。

涂料的触变性是指涂料的黏度随剪切力作用变化而改变的性质，通常希望在高剪切力作用下(如搅拌、涂装)涂料会呈现较低的黏度，而在低剪切力作用下(如流平)呈现较高的黏度。

为了使涂料具有一定的触变性，通常会在涂料中加入流变助剂，如膨润土、气相二氧化硅、蜡等，使其具有一定的流动性而又有快速保持一定形态的性能，使涂料内部形成一个连续的网络。

触变指数(Thixotropic Index，简称TI值)也叫触变系数、摇变指数，它能反映流体在剪切力的作用下结构被破坏后恢复原有结构的能力的大小。

TI值是在6r/min下测得的黏度数值与在60 r/min下测试得黏度数值的比值。

涂料的TI值越高，涂料恢复原有结构的能力越强；反之，则涂料恢复原有结构的能力越弱。

涂料的黏度对于涂料的贮存稳定性、施工性能及涂膜厚度等都产生重要影响。

大部分溶剂型涂料的技术指标中都明确地把黏度作为一项重要的常规检测参数[4]。

影响溶剂型涂料黏度的因素很多，如涂料用颜料及涂料中溶剂体系的选择和用量等。

而流变增稠剂不仅会影响涂料的表观黏度，对涂料的触变性也会产生极大的影响。

除了对涂料的触变性能产生影响以外，流变助剂往往还会对涂料的表面状态、光泽等产生不良影响，尤其在高极性涂料方面体现得影响更为突出，因此有必要就各种流变助剂对涂料
相关性能的影响进行研究。

1 仪器与试剂
1.1 仪器
斯托默黏度仪、布鲁克菲尔德黏度(TI值)仪，见图1。

1.2 试剂
本课题选择特定的环氧涂料和聚氨酯涂料体系作为研究对象，这两类体系主要使用醇、酮、酯类溶剂(见表1)，体系极性较高。

目前市场上流变助剂的种类很多，主要有氢化蓖麻油、有机膨润土、聚酰胺蜡和气相二氧化硅等。

各种流变助剂都有自己的优缺点，在配制涂料时，应根据他们的特点及产品指标、成本等实际要求来选择合适的流变助剂。

本课题选用了8类流变助剂，其各自的特性见表2。

2 实验部分
2.1 实验步骤
本课题通过测试涂料的以下5项性能检测流变助剂对涂料体系性能的影响：(1)黏度(斯托默黏度、布鲁克菲尔德黏度)；(2)TI值；(3)流挂界限膜厚；(4)光泽(20 d/60 d)；(5)贮存稳定性(23 ℃，1个月)。

研究步骤：分别制备环氧和聚氨酯样漆。

必要时将流变助剂制成预凝胶，备用。

在200 g涂料中加入配方量的流变剂或其预凝胶，分散均匀。

将上述添加了流变增稠剂的涂料和空白样放置24 h后，进行实验数据的测试。

使用图1右侧仪器测量斯托默黏度，使用图1左侧仪器测量布鲁克菲尔德黏度。

制膜器制膜后测量干膜厚度。

使用图2中所示的玻璃罐将涂料兑稀100%溶剂(10 g/10 g)后，在标准环境下贮存1 h，观察涂料沉降情况。

在玻璃板上制备涂膜，并测量涂料光泽度。

2.2 实验结果
各流变助剂应用于某种特定类型溶剂的环氧树脂涂料体系及另一
特定溶剂类型的聚氨酯涂料体系后，测定了涂料的黏度、TI值、流挂界限干膜厚度、光泽及沉降性能，分别列于表3和表4。

3 结果讨论
3.1 环氧涂料体系
各种流变助剂在溶剂型环氧涂料中的表现与预期基本相符，具体如下。

在环氧涂料体系中，加入各流变助剂后涂料的斯托默黏度测试结果如图3所示，添加不同流变助剂后体系的斯托默黏度有20 KU左右的差距，相对有机膨润土1等，加入聚酰胺蜡2作为流变助剂的涂料配方的斯托默黏度达120 KU以上，对增加涂料表观黏度影响最显著。

同时，布鲁克菲尔德黏度计的测量结果显示，在适量加入各流变助剂的条件下，粉状聚酰胺蜡2的加入能显著改善涂料TI值，测量的TI值高达65左右(见图4)。

如图5所示，加入膨润土3、活性钙1和乙烯蜡1助剂的环氧涂料的流挂界限干膜厚度在180 μm左右，说明这些助剂的抗流挂性能较好。

由图6可知，表面改性的碳酸钙对涂料防沉性贡献较少。

3.2 聚氨酯涂料体系
各流变助剂应用于聚氨酯涂料体系后，对涂料的黏度TI值、流挂界限干膜厚度及沉降性能进行了测试。

图7显示，对于溶剂型聚氨酯体系，加入有机膨润土流变助剂最能增加体系黏度。

由图8可以看出，聚酰胺蜡和改性脲对溶剂型聚氨酯涂料的TI值贡献较大，测试的TI值为10以上。

图9显示，对于聚氨酯涂料体系，加入聚酰胺蜡和改性脲以后，涂料的抗流挂性能最好。

从图10以看出，大部分流变助剂的加入都能使涂料的防沉性有所改善，而相对来说，有机膨润土对防沉性的贡献较小。

另外，对添加各种流变助剂的样品在贮存20 d和60 d后，分别测定了其涂膜光泽，图11结果显示，大部分助剂对聚氨酯涂料的光泽影响不大，但是，表面改性碳酸钙和气相二氧化硅会降低涂膜的光泽。

4 结语
一般来说，在溶剂型涂料中加入流变助剂可以使涂料在贮存期间具有较高的黏度，从而防止涂料的沉降和分离，提高贮存稳定性，并呈现良好的容器中状态。

在涂料的施工过程中，涂料具有合适的黏度，能保证涂膜具有良好的丰满度和流动性，从而改善涂料的施工性；在涂料涂装后，涂料的触变性较大时，能使涂料在保证涂膜流平性的同时又能防止流挂，提高施工效果。

在环氧涂料体系中，流变助剂有机膨润土、粉末聚酰胺蜡、聚乙烯蜡和活性钙对涂料的黏度、抗流挂性、防沉性和触变性都具有较好的作用。

在聚氨酯体系中，流变助剂有机膨润土、聚酰胺蜡、改性脲溶液对涂料的黏度、抗流挂性都具有较好的作用；有机膨润土对防沉性的贡献较小；表面改性碳酸钙和气相二氧化硅会降低涂膜的光泽；各种防流挂剂对聚氨酯体系的触变性均影响不大。