羟乙基纤维素的添加方式及添加量对乳胶漆体系性能的影响

羟乙基纤维素的添加方式及添加量对乳胶漆体系性能的影响

纤维素类增稠剂一直是乳胶漆最重要的流变助剂之一，其中以羟乙基纤维素（HEC）使用最为广泛。很多文献报道，纤维素类增稠剂具有如下诸多优点：增稠效率高、相容性好、高贮存稳定性以及优异的抗流挂性等等。羟乙基纤维素在乳胶漆生产中的添加方式是灵活多变的，比较常见的添加方式有以下两种：

①在制浆时加入，提高浆料黏度，从而有助于提高分散效率；

②制备成黏稠的膏体在调漆时加入以达到增稠的目的。

到目前为止，还没有报道研究羟乙基纤维素的添加方式对乳胶漆体系的影响。戈麦斯化工通过研究发现，羟乙基纤维素在乳胶漆体系中的添加方式不同，制备的乳胶漆性能有非常明显的差别，在加入量相同的情况下，添加方式不同，制备的乳胶漆的黏度相差甚大；另外，羟乙基纤维素的添加方式对乳胶漆的贮存稳定性也有非常明显的影响。戈麦斯化工通过对羟乙基纤维素增稠机理的分析，结合试验现象解释了引起这些现象的原因。

1.试验部分

1.1原材料及设备仪器

苯丙乳液XG-2000，衡水新光化工；分散剂5040、消泡剂NXZ和SN-1340，诺普科；羟乙基纤维素MAISI-30000mpa.s，戈麦斯化工；润湿剂PE-100，科宁；pH调节剂AMP-95，陶氏安格斯；成膜助剂TEXANOL，伊士曼；杀菌剂LXE，陶氏；增稠剂D105，HANKUCKLATICES。QSJ型高速分散机：天津市中环试验仪器；STM-Ⅳ型斯托默黏度计：上海普申化工机械；NDJ-1旋转黏度计：天津永利达材料试验机有限公司。

1.2乳胶漆的制备

依次向容器中加入水、丙二醇、分散剂、润湿剂、消泡剂和羟乙基纤维素，将羟乙基纤维素分散至无粉团，加入pH调节剂，然后加入各种粉料，将分散机调至高速开始分散，半小时后调低转速加入成膜助剂、乳液和消泡剂，然后用增稠剂增稠。羟乙基纤维素以两种方式添加到体系中：一是在分散阶段加入；二是配置成2.5%的水溶液（膏体）在调漆阶段加入。2.5%羟乙基纤维素水溶液配置方法：将羟乙基纤维素加入水中分散至无粉团，然后加入适量的pH调节剂调节pH值，搅拌使其完全溶解最终成膏状，待用。表1为基础配方。

表1基础配方

1.3试验设计

试验设计A：将配方体系中羟乙基纤维素HEC的总含量固定为0.3%，然后以上面介绍的添加方式搭配调制乳胶漆，分别测试其低剪切和中剪切黏度，进行对比，并对比热贮存稳定性（贮存条件：50℃贮存30d）。试验设计B：与A组试验对应（A2-A5），不改变分散阶段羟乙基纤维素HEC的加入量，调整调漆阶段羟乙基纤维素HEC的加入量，将乳胶漆的中剪黏度调至相同，对比热贮存稳定性（贮存条件：50℃贮存30d）。

2.结果与讨论

2.1羟乙基纤维素添加方式不同对乳胶漆体系产生的影响

表2为A组试验详情，试验中配方其他组分不变的情况下，将3g羟乙基纤维素HEC 调整搭配比例进行了5组试验。

表2A组试验详情（HEC加入量比例和黏度及热贮存稳定性测试结果）

由表2可以明显看出，随着调漆阶段膏体形式添加的羟乙基纤维素HEC量增加，体系低剪黏度和中剪黏度持续升高，羟乙基纤维素HEC完全后期加入比完全在制浆过程中加入低剪黏度增加了7000mPa·s，同时，中剪黏度也增加了近16KU，说明调漆时加入的羟乙基纤维素HEC增稠效率要高。对比了A组试验热贮存稳定性可以发现A1严重分水，A2轻度分水，A3～A5无分水现象，开罐效果良好。可以看出随着调漆阶段加入的羟乙基纤维素HEC 增加，乳胶漆的贮存稳定性也越来越好。表3为B组试验结果，与A2～A4试验对应，分散阶段加入羟乙基纤维素HEC量不变的基础上，调整调漆阶段HEC的加入量，将中剪黏度调节在92～95KU左右。可以发现随着分散阶段加入HEC量减少，达到相同KU黏度所需HEC总量减少。达到相同黏度，HEC完全调漆阶段加入比完全制浆阶段加入节省了1g/1000g；其次，对比A1和B组所有试验的贮存稳定性发现，虽然中、低剪黏度接近，但是贮存稳定性却相差很大，A1和B2分水严重，B3轻度分水，B4和B5无分水现象，开罐效果良好，这也说明了调漆阶段加入羟乙基纤维素HEC有利于保持体系的贮存稳定性。

表3B组试验详情（HEC加入量和黏度及贮存稳定性测试结果）

综上所述，羟乙基纤维素HEC添加方式不同对乳胶漆体系产生的影响总结如下：一是HEC添加方式不同，其增稠效率不同，调漆阶段加入的HEC增稠效率更高；二是HEC添加方式不同，导致体系最终的贮存稳定性不同，调漆阶段加入的HEC更有利于保持贮存稳定性了。

图1羟乙基纤维素在水中的增稠机理

2.2羟乙基纤维素添加方式不同对乳胶漆体系产生影响的原因分析

羟乙基纤维素的增稠机理是其通过分子间的和分子内氢键的形成，以及水合作用和分子链的链缠绕，实现黏度的提高。因此，可以将羟乙基纤维素增稠方式分为两个方面（如图1所示）：一是分子间和分子内氢键的作用，疏水主链与周围水分子通过氢键缔合，如图

1（左）所示，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，从而提高了体系黏度；二是通过分子链的缠绕搭接，使纤维素链在整个体系中呈一种立体的网络结构，从而实现黏度的提高，如图1（右）所示。再看纤维素对体系贮存稳定性是如何起作用的：第一，氢键的作用限制了自由水的流动，起到了保水作用，对防止分水做出贡献；第二，纤维素链的相互搭接缠绕，在颜填料和乳液颗粒之间形成一个交联的网状结构或独立的区域，起到了防止沉降的作用。正是上面两种作用方式的结合使得羟乙基纤维素具有了非常好的提高贮存稳定性的能力。在乳胶漆生产中，打浆分散时加入的HEC随着外力的增加，剪切速度梯度的增大，分子平行于流动方向作有序的排列，分子链之间的搭接缠绕体系被破坏，易于相互滑动，表现为体系黏度下降。由于体系中含有大量的其他组分（颜填料、乳液），这种有序排列即使在调漆完毕长时间放置也无法恢复交联搭接的缠绕状态，这种情况下HEC只是依靠氢键的作用保水增稠，从而使得HEC的增稠效率降低，这种分散状态对于体系的贮存稳定性的贡献也相应减小。然而，调漆时已溶解的HEC在较低的搅拌速度下均匀地分散在体系中，HEC链交联搭成的网络结构破坏程度较小。从而表现出较高的增稠效率和贮存稳定性。显而易见，两种增稠方式同时作用是纤维素高效增稠，并且保证贮存稳定性的前提。换句话说，纤维素在水中的溶解分散状态会严重影响其增稠效果以及对贮存稳定性的贡献。

2.3羟乙基纤维素添加方式的选择

从前面的分析可以看出，HEC在调漆阶段以膏体形式加入，增稠效率和贮存稳定性都比较好。但是考虑到其他方面的影响，HEC的添加方式和添加量还是要根据具体配方去确定。在这里，戈麦斯化工给出两点建议以作参考：(1)HEC虽然在分散阶段加入会降低它的增稠效率，但是却可以提高浆料黏度从而提高分散效率，适量添加也是一种好的选择。(2)HEC 主要用于提高低剪黏度，除此之外，HEC耐水性不好，用量大也会影响耐擦洗性。因此，HEC 后期调漆阶段的加入量只要能发挥保持贮存稳定性效果即可，然后搭配用于提高中剪和高剪黏度的增稠剂使用，可以得到理想的增稠效果。

3.结语

羟乙基纤维素在乳胶漆涂料中的添加方式决定了它在涂料中的分散状态，而分散存在状态是其发挥增稠效果的关键之一。通过研究发现分散阶段加入羟乙基纤维素由于在高剪切的作用下有序排列，易于相互滑动，相互搭接缠绕的空间网络结构被破坏，从而降低了增稠效率。调漆阶段加入的膏状HEC由于低速搅拌过程中空间网络结构破坏程度非常小，其增稠效果得到了充分的体现，并且这种网络结构对于保证乳胶漆的贮存稳定性也非常有利。综上所述，羟乙基纤维素HEC在乳胶漆调漆阶段加入更有利于其实现高增稠效率和高贮存稳定性这些优点。