从开罐稳定性研究乳胶漆的配方
2022-04-11 11:55 浏览:216
目前，国内乳胶漆存在的主要问题是开罐稳定性能较差，即存在产品的浮水和聚集沉降问题。这是因为随着粉体粒径的减小，团聚力迅速增大，极易产生聚集而形成沉降。研究表明，这种聚集现象是自发进行的，且不因重力而分离，促使粒子发生团聚的动力主要是粒子间的范德华力[1]。因此解决团聚的主要方法是减小粒子间的范德华力。产品的浮水现象是由于体系的稳定性遭到破坏而形成的，因为在乳胶漆体系中增稠剂大分子能够产生静电斥力作用和水化作用，通过在乳胶颗粒与颜填料颗粒之间架桥联络形成网状结构，同时在水相中产生分子的缠绕，包笼大量的水分子，将其均匀分散在网络间隙中，形成一个相对稳定的流动体系。一旦体系的稳定性因素之一遭到破坏，水就容易从网络包笼中渗出形成浮水，因此解决乳胶漆的浮水问题也是从其稳定性入手。
1 实验部分
1.1 试验材料
乳液PD- 9B，山东省青州市宝达化工厂产；分散剂SN-5040、消泡剂122，深圳海川化工公司等产；增稠剂TT- 935、RM- 8W，流变剂RM- 2020，山东省青州市宝达化工厂产；颜、填料，济南月华科技开发有限公司产。
1.2 乳胶漆的制备流程
将适量的水和分散剂、消泡剂、成膜助剂等依次加入不锈钢反应器中，低速搅拌均匀后，缓缓加入填料，再高速搅拌30min 使之充分分散，制成分散液。然后在中速搅拌下，加入一定量的乳液，低速搅拌均匀后，用中和剂AMP- 95 调节pH 值为8～8.5。后用增稠剂、流平剂增稠调整乳胶漆的黏度和流变性，用涂- 4 黏度计测定黏度，搅拌均匀并陈化一定时间，用200 目的丝网过滤后罐装密封保存[2]。乳胶漆的基础配方根据实际产品质量需要可调整，如表1 所示。
1.3 开罐性测试分析
取乳胶漆或分散液100 ml 放入100 ml 的量筒中，测定分层后的透明水层厚度，用水层厚度为5 mm 时的时间标定为浮水稳定时间，进而确定其浮水程度，稳定时间越长，浮水程度越小；或者测试沉降后下层累积层厚度，用累积层厚度为5mm 时的时间作为沉降稳定时间，进而确定其沉降程度，稳定时间越长，沉降程度越小。
2 结果与讨论
2.1 分散剂对乳胶漆开罐稳定性的影响
研究乳胶漆的开罐稳定性，可从其颜填料分散液的稳定性着手，分散剂对乳胶漆分散体系的稳定性有很大的影响，实验通过采用不同的分散剂，研究分散剂对颜填料[m（钛白粉）∶m（轻钙）∶m（硅灰石）=1∶1∶1，下同]分散体系稳定性的影响。
2.1.1 分散剂种类对粉体分散体系稳定性的影响
分别选用聚丙烯酸的钠盐体系（样品1）、聚丙烯酸的钾盐体系（样品2）、聚丙烯酸盐与多聚磷酸盐混合体系（样品3）和多聚磷酸盐体系（样品4）为分散剂，测试粉体分散体系的浮水稳定时间。试验配比为：颜填料25%、分散剂0.6%、消泡剂0.1%，pH 值为8，测试结果见图1。
图1 分散剂种类对分散体系稳定性的影响
由图1 可见，聚丙烯酸盐与多聚磷酸盐混合分散体系的稳定时间接近50 h，而多聚磷酸盐体系的稳定时间不足10 h，聚丙烯酸钾盐体系和聚丙烯酸钠盐体系都在20 h 左右，所以以下实验都采用聚丙烯酸盐与多聚磷酸盐混合分散体系。
2.1.2 分散剂用量对乳胶漆稳定性的影响
分散剂用量过少会产生分散不均匀的现象，造成颜填料因极易团聚而产生聚集沉降；反之，分散剂用量过大，又会因为分散剂高分子的桥联作用而引起颗粒的絮凝，降低体系的稳定性，因此控制分散剂的用量范围使胶体表面产生饱和吸附而不产生絮凝是关键[3- 4]。实验测试了聚丙烯酸盐与多聚磷酸盐混合分散剂用量对乳胶漆稳定性的影响，试验配比为：颜填料35%、乳液25%、增稠剂0.7%，消泡剂0.3%，pH 值为8。试验结果见图2。
图2 分散剂用量对乳胶漆稳定性的影响
由图2 可见，分散剂的用量范围应控制在0.5%～0.9%为佳，这可能与分散剂的CMC 和粉料等多种因素有关。
由式（1）、式（2）、式（3）可见，粒子沉降的速度与体系的黏度成反比，与粒子半径的平方以及粉体材料与分散介质的密度差正比成。所以，增加体系的黏度可防止沉降，有利于体系的稳定性能。
另外，由于施工和贮存的需要，往往将涂料制成触变性的非牛顿流体，其触变指数以TI 值的大小来表示（TI 值为涂料在6 r/min 时的黏度与60 r/min 时黏度的比值）。在乳胶漆的配制中，应将增稠效果不同的增稠剂配合使用，以达到贮存、施工、流平等各方面性能的平衡。因为不同种类增稠剂的增稠机理存在较大差异，碱溶胀丙烯酸类增稠剂在碱性条件下发生中和反应，羧基在静电排斥的作用下使聚合物链伸展开，从而使体系黏度提高，达到增稠效果；缔合型增稠剂在聚合物骨架和支链上有疏水和亲水基团，它们在乳胶漆水相中，象表面活性剂一样形成胶束，即疏水端与乳胶粒子、表面活性剂等的疏水结构吸附在一起，形成立体网状结构，既增强了结构黏度，又改变了涂料的流动特性[6]。
在叔丙乳胶漆中将HASE 类的TT- 935 和HEUR 类RM-8W增稠剂及流变剂RM- 2020 三者的质量比为3∶3∶4 配合使用，试验配比为：颜填料35%、分散剂0.6%、乳液25%、增稠剂0.6%、流变剂0.4%、消泡剂0.3%，pH 值为8。采用旋转黏度计测试其黏度，得到的流变曲线如图3 所示。由此配制的乳胶漆具有较好的流变特性和施工性能，涂料性能优异，贮存稳定性好，开罐稳定性佳。
乳胶漆体系的稳定性受pH 值影响很大，主要从分散剂的分散效果和增稠剂的增稠效果两方面分析。图4 为pH 值对体系分散性的影响，试验配比为：颜填料25%、分散剂0.6%、消泡剂0.1%。
从图4 可见，pH 值为6~8.5 时，聚丙烯酸盐与多聚磷酸钠分散体系的稳定效果好，因为聚丙烯酸盐分散剂在碱性条件下可解离出聚丙烯酸根离子，携带着电荷，且本身又是具有一定长度的高分子链，当吸附在颜填料颗粒的表面时，不仅可起到立体稳定作用，而且可起到静电位阻稳定作用，所以分散体系的稳定时间在24 h 以上，即配制的乳胶漆浆体pH 值控制在6~8.5 之间，可防止发生聚集沉降造成分层。试验发现，增稠剂对乳胶漆pH 值反映很敏感，图5 为pH 值对增稠剂增稠效果，进而对乳胶漆稳定性的影响。试验配比为：颜填料35%、分散剂0.6%、乳液25%、增稠剂0.6%、流变剂0.4%、消泡剂0.3%。
由图5 可见，当乳胶漆的pH 值从近中性提高到8~9 时，乳胶漆稳定性迅速提高；而当pH 值大于10 时乳胶漆的稳定性又迅速降低。这是因为，当乳胶漆的pH 值从中性提高到8~10 时，体系中聚合物增稠剂中的大多数羧基离解，呈溶胀状态，使体系黏度迅速增大；而当pH 值大于11 时增稠剂可完全溶于水而失去增稠作用[4]，体系黏度又迅速下降。因而增稠剂使用时应注意pH 的变化，应控制在8~10.5。结合图4 和图5 的实验结果，共同适应的pH 值为8~8.5。
