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水性无机涂料流变助剂

发布日期:2020-05-13 浏览次数:1997


  相比溶剂型涂料,水性涂料配方体系更加复杂。在配方设计时,不仅要关注水性树脂的类型和性能,还需要合理选择各类功能助剂并关注它们之间的相互影响。流变助剂是涂料配方中的关键组成,水性涂料的流变特性是种较复杂的黏度与剪切力之间的相互关系,其决定着涂料的生产、贮存以及施工性能。水性涂料常用的流变助剂按其化学性质可以分为有机和无机两大类,今天我们主要来看一看无机流变助剂吧!

 

  在涂料行业,以硅酸盐为主要成分的一类特殊黏:土通常被作为无机流变改性剂使用。这类物质大多是以粉末的形式供货,将它们较好地分散于涂料中,能够起到悬浮剂或胶凝剂的作用。无机流变改性剂往往拥有较高的屈服值,并具有触变特征,用于改善涂料的抗流挂、抗沉降、抗脱水收缩以及抗飞溅特性。常见的黏土类流变改性剂主要有蒙脱石、海泡石及凹凸棒石,其扫描电镜照片及基本结构。

 

1.蒙脱石

  蒙脱石是由颗粒极细的含水铝硅酸盐构成的层状矿物,中间为铝氧八面体,上下为硅氧四面体,组成三层片状结构。膨润土则是一种典型的以蒙脱石为主要成分的黏土矿。在蒙脱石晶体的层间含有水及阳离子,有较高的离子交换容量,因而具有较强的吸水膨胀能力。在水性介质中,蒙脱石的层间阳离子发生溶剂化作用而膨胀使得粒子分开。同时,随着硅氧及铝氧键的断裂使其边缘及表面带电,并发生表面与边缘不同的静电缔合,形成“卡屋”状互穿网状结构。这种独特的三维结构能够将水和颜填料包裹于其中,使体系得到增稠并具有良好的贮存稳定性。当体系受到较强剪切作用时,网络结构解离,表现出明显的剪切变稀性能,使涂料具有较好的流平性。而剪切力旦消失,在氢键的作用下网状结构得以恢复, 起到良好的抗流挂性能。

  在涂料静态贮存状态下,这类膨润土的柱状颗粒分散在片状微粒之间,起到支撑的作用。受到剪切力作用时,氢键被打破,柱状颗粒按流动方向定向排列。剪切力消失后,这种柱状颗粒能很快地重新排列。因此这种新型膨润土的引入使得涂料具有更好的贮存稳定性及触变性。

2.海泡石

  海泡石是一种纤维状的含水硅酸镁黏土矿物,具有巨大的比表面和独特的孔结构。微观结构上,海泡石的颗粒呈现不等轴的针束状。海泡石的结构单元中含有连续的硅氧四面体层,每个硅氧四面体共用3个角顶与相邻的3个四面体相连,形成了大小固定并平行于链的开口通道。

  在水性体系中,海泡石颗粒发生解散形成无规则的纤维网状结构,将水包含在其中,形成高黏度的悬浮液而使得体系增稠。当受到剪切力作用时,网络结构解离,黏度下降。旦剪切作用消失,则又恢复网络结构,黏度上升。这种流变性能受浓度、剪切速度及pH值的影响。海泡石由于具有较大的孔道结构,使其能够容纳更多的水分子,因此触变性非常高,对于涂料应用而言具有理想的罐内防沉效果和厚涂抗流挂效果。海泡石作为流变增稠剂在水性建筑涂料中的应用,结果表明,海泡石的引入不仅可以有效调节涂料的黏度与流平性,而且能够一定程度 上提高对比率及耐擦洗性能。

  3.凹凸棒石

  凹凸棒石为-种晶质水合镁铝硅酸盐矿物,如图2(c)所示,具有独特的纳米棒状结构特征。在结晶学上,凹凸棒石与海泡石晶体均属于单斜晶系,但单元层之间的孔道宽度不同。在水介质中分散后,凹凸棒石晶体发生化学键断裂而进行水化反应,导致带有少量的表面电荷。解离后的棒状晶体之间通过静电力、范德华力、水合力等一系列作用力相互缠结在- ,彼此搭接形成杂乱的三维网状结构,使得水的流动受到束缚。并且,由于棒状晶体直径很小而具有很强的吸附能力, 能够将乳液粒子及颜填料粒子吸附在棒状晶体边缘或端点构成适度的空间网络,各种粒子充填在凹凸棒石晶体空隙中,使体系黏度增大,起到增稠作用。

  研究发现,凹凸棒石的粒径越小,其晶束越短,交叉缠结能力越弱,因而形成的网状结构强度越小,导致流变性能越低。此外,由于凹凸棒石表面电荷很低,因此受电解质及pH值影响并不明显。部分推荐在无机涂料中使用)研究发现凹凸棒石与膨润土、气硅协同作用时,可以有效地提高水性环氧富锌底漆的抗流挂性能。

 

                                                         选自:中国涂料在线