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探讨聚醋酸乙烯酯乳液涂料黏度与助剂的关联性

2020-09-15 446 上传者：管理员

摘要：用聚醋酸乙烯酯(PVAc)乳液作为涂料的主要成膜物质,选用不同变量的增稠剂(纤维素)、成膜剂(丙二醇)、分散剂(聚丙烯酸钠盐)、聚结剂(十二碳醇酯)来研究各助剂对涂料黏度的影响。结果表明:随着聚结剂十二碳酯醇、成膜剂丙二醇的质量增加,PVAc涂料的黏度会先增加后降低;随着增稠剂纤维素的质量增加,PVAc涂料的黏度会越来越大;当分散剂聚丙烯酸钠盐的质量增加到5g时PVAc涂料黏度最低。

关键词：
分散剂
化学工业
十二碳酯醇
增稠剂
聚结剂
聚醋酸乙烯酯乳液
黏度
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近年来,在建筑涂饰中,水性涂料获得了迅速的发展,其中聚醋酸乙烯酯乳液涂料具有安全无毒,没有火灾危险,方便施工等优点。但黏度作为影响涂装性能的主要因素,一直是聚醋酸乙烯酯乳液涂料的研究热点,黏度对于涂料的储存稳定性,施工性能和成膜性能有很大影响[1]。涂料助剂被认为是涂料产品的一类重要组成材料,它可以改进生产工艺、改善产品性能,提高涂料施工性能、减少对环境的污染,开发新型涂料特殊功能,水性涂料以水作为分散介质,黏度通常比较低,常需要加入一定量的助剂来达到理想黏度状态[2]。

1、实验

1.1药品及仪器

去离子水;纤维素;丙烯酸钠盐;液体石蜡;O-P10;AMP95有机胺;钛白粉;滑石粉;钛酸钙;丙二醇;十二碳醇酯;聚醋酸乙烯酯乳液。

SFJ-400砂磨分散搅拌多用机(具备砂磨、分散和搅拌的功能,工作过程中分散和均质两个过程。);STM-V斯托默黏度机(用于测定油漆和其他用KU值表示涂料粘度的测试仪器);C84-11反射率测定仪(测量各种涂层、油脂、薄膜、塑料制品、有机制品表面的反射率)。

1.2实验步骤

启动搅拌机,在搅拌状态下,在多用机中加入去离子水后,依次加入纤维素(3万)、丙烯酸钠盐、液体石蜡、润湿剂OP-10,用AMP95有机胺调节pH至7～8之间,再缓慢加入钛白粉、滑石粉和碳酸钙,继续高速搅拌半小时。

分散一段时间后,检测混合溶液细度<70微米,搅拌状态下依次加入少许去离子水、丙二醇、十二碳醇酯;降低搅拌速度后加入聚醋酸乙烯酯乳液,继续补充加入少量液体石蜡后,搅拌一段时间,直至搅匀为止,即得白色涂料。

用STM-V斯托默黏度计检测涂料的黏度。

为研究不同变量下各助剂对聚醋酸乙烯酯(PVAc)乳液涂料黏度的影响,对多个变量进行了比较,结果如下。

2、结果与讨论

2.1增稠剂纤维素对PVAc黏度的影响

实验以纤维素为分散剂,通过改变纤维素的用量来测量其对PVAc黏度的影响,如图1所示结果。

图1纤维素对PVAc黏度影响

由图1可以看出,随着纤维素变量的增加,PVAc的黏度也随之增加,纤维素作为一种增稠剂,其作用主要是由于纤维素含有羟基的大分子链,不仅能与水发生较强的水合作用,而且能在分子链之间产生缠绕,从而增加了水相的黏度。因此,要控制纤维素的用量得出最佳黏度效果的PVAc涂料[3]。因此把纤维素的用量控制在1.5～2.5g较为合适。

2.2分散剂聚丙烯酸钠盐对PVAc黏度的影响

实验通过改变聚丙烯酸钠盐的用量,测定了聚丙烯酸钠盐对PVAc黏度的影响,结果见图2。

众所周知,涂料在高速搅拌和强剪切力的作用下,可分散成微小的颗粒,而当机械力消失时,这些微小颗粒又有相互吸引、凝聚的趋势,为了提高分散系统的稳定性,一般要加分散剂,以降低颗粒间的粘合力,防止聚凝和附聚[4]。聚丙烯酸钠盐在聚合体系中的阴离子乳化剂产生的电离形成较强的双电子层,由于同性相斥的原理,使得整个乳液聚合体更为稳定。如图可知聚丙烯酸钠盐用量在5g时粘度最低,本文建议聚丙烯酸钠盐7g左右既能稳定乳液聚合体,乳液粘度又适当。

图2聚丙烯酸钠盐对PVAc黏度影响

2.3聚结剂十二碳醇酯对PVAc黏度的影响

实验以十二碳醇酯作为聚结剂,通过控制其加入量,得出对PVAc涂料黏度的影响,如图3所示。

图3十二碳醇酯对PVAc黏度的影响

在涂料融合的过程中,随着水分的进一步挥发,吸附在聚合物微粒表面的保护层被破坏,暴露在外的微粒相互接触,导致形成越来越小的间隙,使聚合物微粒变形,最终凝聚和融合形成连续的薄膜。这个过程是非常关键的,如果乳液聚合物的玻璃化温度高,在较低的环境温度下很难变形,这会阻碍融合过程,导致形成薄膜的失败,这时就需要用聚结剂十二碳醇酯协助成膜。十二碳醇酯可以使乳胶粒子溶胀变软,从而使他们能够顺利的融合在一起形成连续的膜。所以,十二碳醇酯的加入量,决定了涂料成膜时聚合的效果[5]。因聚结剂十二碳醇酯可以协助涂料成膜,量在5g左右时涂料粘度适合。

2.4成膜助剂丙二醇质量对PVAc黏度的影响

实验以丙二醇作为成膜剂,其对PVAc涂料黏度的影响,见图4。

图4丙二醇对PVAc黏度影响

乳液聚合物通常具有高于室温的玻璃化转变温度Tg。为了使乳液颗粒顺利地融合成均匀的漆膜,必须使用成膜剂来降低最小成膜温度(MFFT)。乳液的最低成膜温度(MFFT)对涂膜的硬度、玻璃化温度和低温涂装性能有重要的影响。最低成膜温度越高,涂膜的硬度和光泽随之变高,但不能在较低温度下涂装;最低成膜温度太低,低温涂装性能虽好,但涂层玻璃化转变温度低,高温软化回粘,耐污染性差。丙二醇的基本作用是降低乳液和乳胶漆的最低成膜温度,使水性涂料在低温下可涂装[6]。但是丙二醇用量过多会使涂料粘度降低,把用量控制在20g作用涂料粘度比较好。

3、结论

通过本课题的研究,作为水性涂料中的一类乳胶漆,聚醋酸乙烯酯乳胶漆的黏度受一些助剂的影响较明显,该涂料的黏度主要取决于增稠剂(纤维素)用量。增稠剂(纤维素)、分散剂(聚丙烯酸钠盐)的变量增加,PVAc涂料的黏度会越来越大;成膜助剂(丙二醇)的变量增加,PVAc涂料的黏度会越来越小;当加入3g聚结剂(十二碳醇酯)时,PVAc涂料的黏度最大。

参考文献：

[1]陈敏竹.水性涂料的优势及面临的问题[J].建筑技术开发,2015,42(2):66-68.

[2]刘和平.涂料助剂的现状及发展趋势[J].广东化工,2007(7):70-73.

[3]周新华,廖列文,宋光泉,等.水性涂料中增稠剂的选择及其应用[J].广东化工,2006(8):54-57.

[4]曲荣昌,王龙闯,尹进华.水性聚氨酯涂料的制备及性能研究[J].山东化工,2019(14):73-77.

[5]王建军.聚醋酸乙烯酯乳液的改性研究[J].粘接,1999,20(3):16-19.

[6]黄伟,邱祖民,陶馨晗,等.水性涂料的应用现状及研究进展[J].化工新型材料,2015,43(8):210-212.

周肖,徐翠香,齐西冲,霍高冉.助剂对聚醋酸乙烯酯乳液涂料黏度的影响[J].广州化工,2020,48(17):53-54.