(三升化工貿(mào)易有限公司)
  摘要：通過研究發(fā)現(xiàn)羥乙基纖維素（HEC）在乳膠漆生產(chǎn)中添加方式不同（即在分散研磨階段添加還是在調(diào)漆階段添加），對乳膠漆最終黏度、貯存穩(wěn)定性等方面都有比較明顯的影響。結(jié)合纖維素增稠機理分析認為這些方面的影響主要是由于纖維素在乳膠漆中的分散狀態(tài)引起的，而乳膠漆中纖維素的分散狀態(tài)取決于它的添加方式。
  關(guān)鍵詞：羥乙基纖維素；乳膠漆；添加方式；分散存在狀態(tài)

  0、前言
  纖維素類增稠劑一直是乳膠漆最重要的流變助劑之一，其中以羥乙基纖維素（HEC）使用最為廣泛[1-2]。很多文獻報道，纖維素類增稠劑具有如下諸多優(yōu)點：增稠效率高、相容性好、高貯存穩(wěn)定性以及優(yōu)異的抗流掛性等等。羥乙基纖維素在乳膠漆生產(chǎn)中的添加方式是靈活多變的，比較常見的添加方式[3]有以下兩種：①在制漿時加入，提高漿料黏度，從而有助于提高分散效率；②制備成黏稠的膏體在調(diào)漆時加入以達到增稠的目的。到目前為止，還沒有報道研究羥乙基纖維素的添加方式對乳膠漆體系的影響。本文通過研究發(fā)現(xiàn)，羥乙基纖維素在乳膠漆體系中的添加方式不同，制備的乳膠漆性能有非常明顯的差別，在加入量相同的情況下，添加方式不同，制備的乳膠漆的黏度相差甚大；另外，羥乙基纖維素的添加方式對乳膠漆的貯存穩(wěn)定性也有非常明顯的影響。本研究通過對羥乙基纖維素增稠機理的分析，結(jié)合試驗現(xiàn)象解釋了引起這些現(xiàn)象的原因。

  1、試驗部分

  1.1、原材料及設備儀器

  苯丙乳液XG-2000，衡水新光化工；分散劑5040、消泡劑NXZ和SN-1340，諾普科；纖維素HS30000YP2，科萊恩；潤濕劑PE-100，科寧；pH調(diào)節(jié)劑AMP-95，陶氏安格斯；成膜助劑TEXANOL，伊士曼；殺菌劑LXE，陶氏；增稠劑D105，HANKUCKLATICES。QSJ型高速分散機：天津市中環(huán)試驗儀器；STM-Ⅳ型斯托默黏度計：上海普申化工機械；NDJ-1旋轉(zhuǎn)黏度計：天津永利達材料試驗機有限公司.

  1.2、乳膠漆的制備

  依次向容器中加入水、丙二醇、分散劑、潤濕劑、消泡劑和纖維素，將纖維素分散至無粉團，加入pH調(diào)節(jié)劑，然后加入各種粉料，將分散機調(diào)至高速開始分散，半小時后調(diào)低轉(zhuǎn)速加入成膜助劑、乳液和消泡劑，然后用增稠劑增稠。纖維素以兩種方式添加到體系中：一是在分散階段加入；二是配置成2.5%的水溶液（膏體）在調(diào)漆階段加入。2.5%纖維素水溶液配置方法：將纖維素加入水中分散至無粉團，然后加入適量的pH調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)pH值，攪拌使其完全溶解最終成膏狀，待用。表1為基礎配方。

  表1基礎配方


  1.3、試驗設計

  試驗設計A：將配方體系中HEC的總含量固定為0.3%，然后以上面介紹的添加方式搭配調(diào)制乳膠漆，分別測試其低剪切和中剪切黏度，進行對比，并對比熱貯存穩(wěn)定性（貯存條件：50℃貯存30d）。試驗設計B：與A組試驗對應（A2-A5），不改變分散階段HEC的加入量，調(diào)整調(diào)漆階段HEC的加入量，將乳膠漆的中剪黏度調(diào)至相同，對比熱貯存穩(wěn)定性（貯存條件：50℃貯存30d）。

  2、結(jié)果與討論

  2.1、羥乙基纖維素添加方式不同對乳膠漆體系產(chǎn)生的影響

  表2為A組試驗詳情，試驗中配方其他組分不變的情況下，將3gHEC調(diào)整搭配比例進行了5組試驗。

  表2A組試驗詳情（HEC加入量比例和黏度及熱貯存穩(wěn)定性測試結(jié)果）

  由表2可以明顯看出，隨著調(diào)漆階段膏體形式添加的HEC量增加，體系低剪黏度和中剪黏度持續(xù)升高，HEC完全后期加入比完全在制漿過程中加入低剪黏度增加了7000mPa·s，同時，中剪黏度也增加了近16KU，說明調(diào)漆時加入的HEC增稠效率要高。對比了A組試驗熱貯存穩(wěn)定性可以發(fā)現(xiàn)A1嚴重分水，A2輕度分水，A3～A5無分水現(xiàn)象，開罐效果良好。可以看出隨著調(diào)漆階段加入的HEC增加，乳膠漆的貯存穩(wěn)定性也越來越好。表3為B組試驗結(jié)果，與A2～A4試驗對應，分散階段加入HEC量不變的基礎上，調(diào)整調(diào)漆階段HEC的加入量，將中剪黏度調(diào)節(jié)在92～95KU左右。可以發(fā)現(xiàn)隨著分散階段加入HEC量減少，達到相同KU黏度所需HEC總量減少。達到相同黏度，HEC完全調(diào)漆階段加入比完全制漿階段加入節(jié)省了1g/1000g；其次，對比A1和B組所有試驗的貯存穩(wěn)定性發(fā)現(xiàn)，雖然中、低剪黏度接近，但是貯存穩(wěn)定性卻相差很大，A1和B2分水嚴重，B3輕度分水，B4和B5無分水現(xiàn)象，開罐效果良好，這也說明了調(diào)漆階段加入HEC有利于保持體系的貯存穩(wěn)定性。

  表3B組試驗詳情（HEC加入量和黏度及貯存穩(wěn)定性測試結(jié)果）

  綜上所述，HEC添加方式不同對乳膠漆體系產(chǎn)生的影響總結(jié)如下：一是HEC添加方式不同，其增稠效率不同，調(diào)漆階段加入的HEC增稠效率更高；二是HEC添加方式不同，導致體系最終的貯存穩(wěn)定性不同，調(diào)漆階段加入的HEC更有利于保持貯存穩(wěn)定性了。

  圖1羥乙基纖維素在水中的增稠機理

  2.2、羥乙基纖維素添加方式不同對乳膠漆體系產(chǎn)生影響的原因分析

  羥乙基纖維素的增稠機理[4]是其通過分子間的和分子內(nèi)氫鍵的形成，以及水合作用和分子鏈的鏈纏繞，實現(xiàn)黏度的提高。因此，可以將羥乙基纖維素增稠方式分為兩個方面（如圖1所示）：一是分子間和分子內(nèi)氫鍵的作用，疏水主鏈與周圍水分子通過氫鍵締合，如圖1（左）所示，提高了聚合物本身的流體體積，減少了顆粒自由活動的空間，從而提高了體系黏度；二是通過分子鏈的纏繞搭接，使纖維素鏈在整個體系中呈一種立體的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)黏度的提高，如圖1（右）所示。再看纖維素對體系貯存穩(wěn)定性是如何起作用的：第一，氫鍵的作用限制了自由水的流動，起到了保水作用，對防止分水做出貢獻；第二，纖維素鏈的相互搭接纏繞，在顏填料和乳液顆粒之間形成一個交聯(lián)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)或獨立的區(qū)域，起到了防止沉降的作用。正是上面兩種作用方式的結(jié)合使得羥乙基纖維素具有了非常好的提高貯存穩(wěn)定性的能力。在乳膠漆生產(chǎn)中，打漿分散時加入的HEC隨著外力的增加，剪切速度梯度的增大，分子平行于流動方向作有序的排列，分子鏈之間的搭接纏繞體系被破壞，易于相互滑動，表現(xiàn)為體系黏度下降。由于體系中含有大量的其他組分（顏填料、乳液），這種有序排列即使在調(diào)漆完畢長時間放置也無法恢復交聯(lián)搭接的纏繞狀態(tài)，這種情況下HEC只是依靠氫鍵的作用保水增稠，從而使得HEC的增稠效率降低，這種分散狀態(tài)對于體系的貯存穩(wěn)定性的貢獻也相應減小。然而，調(diào)漆時已溶解的HEC在較低的攪拌速度下均勻地分散在體系中，HEC鏈交聯(lián)搭成的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)破壞程度較小。從而表現(xiàn)出較高的增稠效率和貯存穩(wěn)定性。顯而易見，兩種增稠方式同時作用是纖維素高效增稠，并且保證貯存穩(wěn)定性的前提。換句話說，纖維素在水中的溶解分散狀態(tài)會嚴重影響其增稠效果以及對貯存穩(wěn)定性的貢獻。

  2.3、羥乙基纖維素添加方式的選擇

  從前面的分析可以看出，HEC在調(diào)漆階段以膏體形式加入，增稠效率和貯存穩(wěn)定性都比較好。但是考慮到其他方面的影響，HEC的添加方式和添加量還是要根據(jù)具體配方去確定。在這里，給出兩點建議以作參考：(1)HEC雖然在分散階段加入會降低它的增稠效率，但是卻可以提高漿料黏度從而提高分散效率，適量添加也是一種好的選擇。(2)HEC主要用于提高低剪黏度，除此之外，HEC耐水性不好，用量大也會影響耐擦洗性。因此，HEC后期調(diào)漆階段的加入量只要能發(fā)揮保持貯存穩(wěn)定性效果即可，然后搭配用于提高中剪和高剪黏度的增稠劑使用，可以得到理想的增稠效果。

  3、結(jié)語

  羥乙基纖維素在涂料中的添加方式?jīng)Q定了它在涂料中的分散狀態(tài)，而分散存在狀態(tài)是其發(fā)揮增稠效果的關(guān)鍵之一。通過研究發(fā)現(xiàn)分散階段加入羥乙基纖維素由于在高剪切的作用下有序排列，易于相互滑動，相互搭接纏繞的空間網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)被破壞，從而降低了增稠效率。調(diào)漆階段加入的膏狀HEC由于低速攪拌過程中空間網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)破壞程度非常小，其增稠效果得到了充分的體現(xiàn)，并且這種網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)對于保證乳膠漆的貯存穩(wěn)定性也非常有利。綜上所述，HEC在調(diào)漆階段加入更有利于其實現(xiàn)高增稠效率和高貯存穩(wěn)定性這些優(yōu)點。

  乳膠漆中羥乙基纖維素添加方法的研究 http://www.fssansheng.com

2011年12月19日08:30 涂料涂裝資訊網(wǎng)
  吳軍楊永強