纤维素类增稠剂

用Natrosol® 250H4BR 增稠的 内墙平光涂料
用 Natrosol® Plus 330 增稠的 内墙平光涂料
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Natrosol PLUS 330
Natrosol® Plus 330 和 Natrosol 250 HBR
Ucar 379G 70-PVC 醋丙平光涂料
增稠效率 Natrosol 产品 HBR 磅/ ICI, 重量%100 加仑 Poise 0.48 5.4 0.6 抗飞溅性 抗流挂, 耐擦洗 流平* mils 3 24 213
28
羟乙基纤维素的加入方法
HEC在颜料分散阶段加入
1. 在加入水、乙二醇类溶剂和 成膜助剂后，加入HEC 。
颜填料
打浆水以 及助剂
2. HEC 应在表面活性剂、分散 剂、有机胺/氨水以及颜料前 加入。
分散缸
泵往调漆缸
29
羟乙基纤维素的加入方法
HEC在调漆阶段以预分散浆形式 加入
1. HEC可以在以下两种设备中进行 预分散: 颜料分散缸 专门的HEC预分散缸 2. HEC预分散浆在纤维素水合作用 开始前泵送到调漆缸中,搅拌均匀
抗酶菌作用
酶菌 阻止酶菌作用于纤维素上
12
Natrosol® B HEC
抗酶菌作用
抗酶菌作用的大小取决于纤维素取代度的大小以及取代 基团分布的均匀性 Natrosol® B HEC分子具有高度均匀的取代，可以有效阻 止酶菌对纤维素分子链的破坏
Natrosol® B HEC不含生物杀灭剂
不推荐在涂料配方中降低防腐剂的正常用量
140 120
相对效率 , %
充分分散的HEC 在pH值为碱性的条件下迅速溶解
HEC溶解 前必须分散均匀
21
水延迟性的处理
分散性不佳的HEC在水中的分散过程
没有完全分散的HEC在溶解过程中 外面形成一凝胶层,减慢溶解速度,造成结块.
HEC溶解 前必须分散均匀
22
水延迟性的处理
水合时间：HEC加入水中到溶液粘度开始上升所需的时间
41
Natrosol PLUS 330
【抗飞溅性】的增稠劑
滚筒的起点 飞溅
高弹性系 数产生的 液体小纤 维, G´
小纤维破裂 产生飞溅
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Natrosol PLUS 330
高 G 涂料 (H4BR) 低 G 涂料(Plus 330)
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Natrosol PLUS 330
Natrosol Plus的抗飞溅性
这是因为静态或低剪切速度时，纤维素分子链处于无序状态而使体系 呈现高粘性；而在高剪切速度时，分子平行于流动方向作有序排列，易于 相互滑动，所以体系粘度下降。
17
纤维素增稠剂导致的絮凝作用
乳胶溶液中加入纤维素后，由于纤维素自身 靠溶胀增稠，它将挤压乳胶粒子不断相互接 近，当纤维素用量达到一定浓度，将引起乳 液的絮凝。同样的原理是用于乳胶漆中。
• 水延迟性处理(Retardant )
• 抗酶性处理(Biostable)
7
抗酶性的处理 (B)
Natrosol® 生物稳定型羟乙基纤维素的化学结构式
OH CH2 CH2 O CH2 CH2 H O OH H H O H O O OH CH2 CH2 O CH2 O H O CH2 CH2 OH H O H OH H O OH H H CH2 O CH2 CH2 O CH2 CH2 OH H O H O CH2 CH2 OH H OH OH CH2 CH2 O CH2 CH2 O
產品名： Natrosol PLUS 330
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Natrosol PLUS 330
聚合物主链 疏水集团
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Natrosol PLUS 330
Natrosol 250 HBR 增稠机理(兩種方式)
氢键的连接网络
链的交缠
疏水基团的相互作用
Natrosol Plus 330 增稠机理 (三種方式)
39
26
羟乙基纤维素的溶解
pH值和温度对Natrosol® R HEC水合时间的影响
1,000 500
5° C 15° C 25° C 35° C
200
水合时间,min
100 50 20 10 5
:
2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
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pH
羟乙基纤维素的加入方法
涂料生产过程中HEC的加入点
1. 在打浆阶段加入 直接在颜填料前加入 2. 在调漆阶段加入 a. 以预分散浆形式加入,可用于分散的载体有: 水 二醇类溶剂 成膜助剂 b. 以预溶浆形式加入,预溶浆包括: i. HEC ii. 防腐剂 c. 喷射加入
13
Natrosol® B HEC
酶菌作用下涂料粘度下降情况比较
100
Natrosol® B
90
Stormer KU
80
70
60
Non-B Natrosol®
50 0 3 6 9 12 15 18 21
Time, Days
14
Natrosol 250 HBR 的增稠原理
15
纤维素增稠剂的增稠原理
Natrosol PLUS 330
优点 提高涂刷粘度(ICI) 极好的抗飞溅性 提高流平
提高罐內流動性
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Natrosol PLUS 330
分子量
OH OH
结构
OH OH OH
HMHEC
30萬
OH
OH OH OH OH OH
HMHEC -- Hydrophobically Modified HydroxyEthylCellulose
pH 7.0
pH 6.0
0
10
20
30
40
50
60
70
时间, 分钟
24
羟乙基纤维素的溶解
HEC溶解的影响因素
1.温度
2. pH
3.搅拌速度
4.添加方式
25
羟乙基纤维素的溶解
HEC最佳溶解方法
1. 在搅拌的情况下将HEC加入到pH 7.5的 水中
2. 搅拌均匀,完全分散
3. 将溶液pH提高至8.5,充分搅拌,溶解均匀
2
Plus 330
0.63
7.2
0.9
9
3
18
223
* 对其他乳液如苯丙等在流平性上都有明显提高.
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Natrosol PLUS 330與表面活性剂的相互作用
涂料中网络结构的增强和破坏
增强剂


低-HLB潤濕剂 親油分散剂
破坏剂

高-HLB潤濕剂 親水分散剂
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Natrosol PLUS 330
可以想象，涂料在成膜后，由于其不均匀性，将有孔道形成，防水性能将受到影响。
显微片
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水延迟性的处理 (R)
Glyoxal Surface Treatment (乙二醛表面處理)
H+
OH-
HEC 主鏈
HEC 主鏈 Natrosol 250R
20
水延迟性的处理
易分散Natrosol® HEC在水中的分散过程
其中R和R” 是： a) CH3 生产 羧甲基纤维素钠（SCMC) （b） 羧甲基2-羧乙基纤维素钠（b+d） 羟乙基纤维素(HEC) （d） Natrosol 250 HBR 甲基纤维素（MC） - (a) 2-羟丙基甲基纤维素(HPMC) （a+f） 2-羟乙基甲基纤维素(HEMC) (a+d) 2-羟丁基甲基纤维素(a+e) 2-羟乙基乙基纤维素(HEMC) (c+d) 2-羟丙基纤维素(HPC) (f)
包装
32
羟乙基纤维素的加入方法
喷射装置 水
喷射添加
1. HEC 加入喷射装置的漏斗中 2. 通过水流产生的负压将HEC带入水流中, 并在水中分散均匀. 3. HEC的分散体喷射到调漆缸中,搅拌均匀.
33
疏水改性的 HEC
Natrosol PLUS 330
34
Natrosol PLUS 330
两种方法： 疏水改性试剂与侧基反应（下图示意） 疏水基团单体共聚
Natrosol PLUS 330
40
Natrosol PLUS 330
内用无光墙漆
Natrosol Plus 330 和 Natrosol 250 HBR
105
粘度, cps
104
103
0.63% Plus 330 0.48% 250 HBR
1 101 102 103 104
剪切速率, sec-1
3
纤维素的化学结构
H OH CH2OH O H OH CH2OH O O H H H OH H O O H H OH H H O
纤维素
O H
OH H
H O
H OH
O CH2OH
H
OH
CH2OH
H
OH
环氧乙烷
H2C
CH2 O O
羟乙基纤维素 (HEC) 乙基羟乙基纤维素 (EHEC)
氯化乙烷
O
4
羟乙基纤维素的结构
b) CH2COONa
c) CH2CH3 d) CH2CH2OH e) CH2CH2CH(OH)CH3 f) CH2CH(OH)CH3
2
纤维素增稠剂
50年来，纤维素增稠剂是一种最重要的水性涂料流 变助剂。尽管纤维素不溶于水，但通过化学反应，它可以 溶于水。最有名的纤维素增稠剂包括：
羟乙基纤维素： 羟丙基甲基纤维素： 羧甲基纤维素： 乙基羟乙基纤维素： HEC HPMC CMC EHEC
H
OH
CH2 O O H H
CH2
O CH2 CH2 O CH2 CH2 O CH2
CH2
OH
8
抗酶性的处理 (B)
生物降解与抗酶菌作用
酶菌
酶菌 细菌
9
Natrosol® B HEC
生物降解 纤维素
酶菌作用于纤维素上 酶菌
10
Natrosol® B HEC
生物降解
纤维素分子链断裂
11
Natrosol® B HEC
纤维素类增稠剂的疏水主链 与周围水分子通过氢键缔合，提 高了聚合物本身的流体体积，减 少了颗粒自由活动的空间，从而 提高了体系粘度。
H H O H H O H O H H O H
O
H O H
H
16
H
纤维素增稠剂的增稠原理
通过分子链的缠绕实现粘度的提 高，分子相互交织形成的立体网状 结构，介质于溶质被包围在网眼中 间，不能自由流动，实现增稠效果。 变现为在静态和低剪切有高粘度， 在高剪切下位低粘度。
OH CH2 CH2 O CH2 CH2 H O H OH H O CH2 O CH2 CH2 O CH2 CH2 OH OH H OH O H H OH H CH2OH O O H H OH H O CH2OH H O CH2 CH2 H O H OH H H H OH O CH2 O O O CH2 CH2
C H 2O C H 2C H 2O H O HO OH C H 2O C H 2C H 2O H O OH O
O
O H + N aO H
+
RX
n

C H 2O C H 2C H 2O H O HO OH O
OH
O
O
OH + N a
+
+
X
-
+
n
C H 2O C H 2C H 2O R '
H 2O
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Depletion flocculation
乳胶粒子
Depletion layers
如右图所示，即使一个乳胶漆 还没达到絮凝的状态，实际的 乳胶粒子在体系中分散已不均匀
溶胀的纤维素分子
18
这里是两张实际的显微镜照片。左图所示是没有纤维素的条件下， 干燥的乳胶粒子均匀的分散。 右图所示，由于纤维素的加入，干燥以后的乳胶粒子不再均匀分散， 其中没有粒子的地方是由于纤维素溶胀所至。
分散或浆料缸
调漆缸
包装
30
羟乙基纤维素的加入方法
HEC在调漆阶段以预溶浆形式加 入
分散缸
1. HEC在调漆缸中进行预分散.
2. 在纤维素水合作用开始后，将 颜料浆及乳液泵送至调漆缸中, 搅拌均匀.
乳液 调漆缸
包装
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羟乙基纤维素的加入方法
调漆缸
后添加调整涂料粘度
1. 将HEC在专门的预分散缸中进行预分散. 2. 在纤维素水合作用开始前将HEC预分散浆投 入或泵送到调漆缸中,搅拌均匀.
延迟水合：就是延迟溶液粘度升高的时间,这样可以使颗粒在溶解之前
完全分散,避免结块. Natrosol® R HEC是通过表面处理达到延迟水合作用时间
23
水延迟性的处理
PH值 对 Natrosol® R 的水合时间和溶解时间的影响
25°C
水合时间 溶解时间 @ pH 7.0 @ pH 7.0
pH 8.0
纤维素类增稠剂的优点
稳定性 通用性 经济性 相容性 非离子 保水性 ……
1
纤维素增稠剂的化学结构
CH 2 OH O O O OH OH O OH CH 2 OR' OH O OH OR" CH 2 OH O O
分子量: 10万 – 100万 (环状分子)刚性
纤维素衍生物, 通过取代到纤维素主链上的烷基不同得到不同产品
羟乙基
OH CH2 CH2
O
5
Natrosol® HEC性能
通用性 – 可应用于从无光到高光的各种涂料配方中 优异的色浆、颜料相容性 非离子聚合物- pH稳定性 延迟水合作用，不产生结块 赋予涂料 好的丰满度 良好的调色稳定性 良好的贮存稳定性
良好的保水性
6
HEC羟乙基纤ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ素增稠剂特別處理