Architectural coatings

水包水多彩涂料中羥乙基纖維素的重要作用
 2020-06-22 山東阜盈生物科技有限公司

水包水多彩涂料中羥乙基纖維素是添加劑,水包水多彩漆作為外墻涂料能代替花崗巖等石材,減少對天然石材的開采,對環境起到保護作用,同時避免了因天然石材的脫落而帶來的危險,以“高雅、節能”的特點滿足了發展的需求。另外,水包水多彩涂料完全水性化,VOC含量低,并且可以根據人們的需求配置不同顏色和大小的彩粒,噴涂可得到不同大理石的花紋圖案效果。

水包水多彩涂料有多種體系,目前使用廣泛的體系是羥乙基纖維素特質粘度體系。羥乙基纖維素醚作為這種體系的重要組分,對多彩涂料的色粒,儲存等性能有著重要的影響。本文從羥乙基纖維素醚(HEC)的用量、羥乙基纖維素醚(HEC)的分子量高低以及使用不同分子量疏水改性的纖維素醚(HMHEC)等因素對色粒形態、大小、滲色以及多彩涂料的后增稠影響進行研究。

水包水多彩漆的基本原理
多彩水性涂料的技術關鍵是理想的色粒子形成以及懸浮在連續相中的穩定性。羥乙基纖維素醚通過與保護膠發生交聯作用,在色粒內部可以使色點疏水化,在色粒表面形成較致密的疏水膜,既能阻止膜內外組分的物質相互擴散,又能阻止彩色粒子之間相互聚集、凝結。

羥乙基纖維素醚(HEC)的主鏈是由脫水葡萄糖基通過β-1,4?糖苷鍵鏈接而成,每個基團含有三個羥基,可以通過化學反應被羥乙氧基取代而生成羥乙基纖維素醚。?羥乙基纖維素醚的化學結構式保護膠保護膠是化學合成的鋰皂石,呈直徑30nm、厚度1nm的圓狀納米顆粒,片層表面帶有負電荷,邊緣帶正電。理想的晶體結構為6個八面體的鎂離子夾在兩層4個四面體的硅原子間。

羥乙基纖維素醚HEC與保護膠在水性體系發生交聯。
纖維素醚與保護膠交聯的機理可能一方面是纖維素醚中的羥基與保護膠顆粒表面六角空穴中的羥基形成氫鍵;另一方面由于保護膠表面帶有負電,會與羥基基團形成偶相互作用。羥乙基纖維素醚與保護膠交聯機理。

羥乙基纖維素醚用量對滲色和后增稠的影響

纖維素醚是制備多彩涂料的關鍵材料,主要為體系提供兩個作用:1)?提供基礎漆粘度,方便造粒;2)?和保護膠進行物理交聯,使多彩粒子疏水化。不同Natrosol?250HBR?的用量對多彩粒子成粒效果、體系滲色以及后增稠的影響

隨著250BR用量的增加,滲色逐漸,當250HBR的含量高于1.1%時,基本無滲色現象出現。這是因為當基礎漆中250HBR 含量較低時,羥基大部分與基礎漆的保護膠發生物理交聯,在造粒的過程中,因剩余的自由羥基較少,連續相中的保護膠在色粒表面發生的交聯吸附也就相對較少,因此在表面不能形成致密的疏水膜,膜內的組分容易向分散介質中擴散造成滲色。隨著250HBR 含量的增加,基礎中的未發生交聯的自由羥基較多,在造粒時可在彩粒表面提供較多保護膠吸附點,形成致密的膜。(黃色的圓點表示連續相中的保護膠)。圖5 羥乙基纖維素醚的添加量對色粒表面膜形成的影響

不同種類的纖維素醚對色粒形態及滲色的影響

選取六種不同維素醚制作多彩基礎漆,?其中Natrosol?250MBR,Natrosol250HBR?和羥乙基纖維素醚,Natrosol?Pluss330,Natrosol?HE3KB,Natrosol?HE10K?是疏水改性的羥乙基纖維素醚,他們的1%?水溶液粘度如表4?所示。

用這六種纖維素醚調制粘度相當的基礎漆,在相同條件下造粒,色粒形態和大小及滲色如表所示。
從色粒形態上來講,用羥乙基纖維素醚增稠的多彩色粒呈片狀,而用疏水改性的羥乙基纖維素醚(HMHEC)增稠的多彩色粒主要呈圓粒狀,這是因為疏水改性的羥乙基纖維素醚在基礎漆中除了其結構中的羥基和保護膠

有交聯作用外,它本身含有的疏水基團能和乳液粒子有較強的締合作用,在受到外力剪切時,色粒斷裂前發生形變程度較小,所以色點主要是圓粒狀。而羥乙基纖維素醚增稠的基礎漆,在受到外力剪切時,基礎漆在造粒過程中易受力形變較大,形成片狀色點。

對于羥乙基纖維素醚,隨著纖維素醚分子量的增大,在相同造粒條件下,色粒逐漸變長、變厚。一方面是因為高分子量的纖維素醚分子量較長,在相同的造粒條件下,色點受力后不容易斷裂形成小色點,色點更容易拉長。另一方面,在相對低分子量的纖維素醚,由于高分子量的纖維素醚分子量容易蜷縮在空間里,保護膠 在此有限空間交聯更易形成“卡屋”結構,受力時程度上起到骨架作用,所以形成色點相對較厚;低分子量的纖維素醚分子鏈可自由的分布在基礎漆中,大色點受力后更容易形成小色點,同時由于分子鏈較為分散,在保護膠 與其交聯后,保護膠 之間不容易形成“卡屋”結構,色點較薄。

從色情況來看,分子量低的羥乙基纖維素醚增稠的色粒沒有色現象,造粒后保護膠溶液清澈,隨著分子量的增加,色情況逐漸變差,250HHBR出現輕微滲色,造粒后的保護膠溶液變得渾濁。這可能是由于一方面在基礎漆相同的粘度情況下,低分子量的纖維素醚添加量較多,相對應的羥基也就較多,可在色粒表明提供更多的保護膠的交聯點,形成較致密的疏水膜,阻止色點內組分想外滲透;另一方面,分子量低的纖維素醚在基礎漆中的自由度相對較大,在基礎漆中沒有和保護膠 反應的羥基可相對較為自由的移動,與保護膠 交聯形成較為致密的疏水膜。

而在基礎漆粘度相同的情況下,分子量高的纖維素醚添加量較少,羥基的含量也相應的較少,并且自由移動度相對較差,因此在色點表面不能形成致密的膜,有滲色現象。

不同的纖維素醚用量對多彩涂料后增稠的影響
在基礎漆中添Natrosol?250HBR?的量分別為0.7%、0.9%、1.1%、1.3%、在制作成多彩涂料后,每隔24?小時測試漆粘度,5天中的粘度變化。乙基纖維素醚的用量對多彩涂料后增稠的影響

基礎漆中250HBR?的含量越高,多彩成品漆的起始粘度越高,在基礎含量為1.3%?的成

漆的起始粘度比基礎漆為0.7%?的成品漆粘度高大約7KU,這可能是由于造粒的過程中,

由于物理外力的作用,基礎漆中的一小部分纖維素醚易滲到保護膠?溶液中并與其發生物理

交聯反應,起到增稠作用,基礎中的羥乙基纖維素醚越多,滲出相對就越多,因此成

品多彩漆的起始粘度就越高。常溫下放置一周,基礎漆中纖維素醚為0.7%?和0.9%的成

品多彩涂料的粘度增加平緩,5?天后粘度趨于平穩。而基礎漆中纖維素為1.1%?和1.3%?的

成品多彩涂料粘度變化曲線較陡,5?天后增稠較為嚴重。這是可能是因為在造粒后的儲存過

程中,250HBR?含量較多的基礎中沒有和保護膠?反應的自由羥乙基纖維素醚分子鏈較多,

平衡后更容易緩慢的滲到連續相中,引起較為嚴重的后增稠。

不同種類的纖維素醚對多彩涂料后增稠的影響

羥乙基纖維素醚相比,用疏水改性羥乙基纖維素醚增稠的多彩涂料起始粘度較低,且粘度增加較為平緩,4?天后,多彩涂料的粘度基本穩定。這是因為,一方面疏水改性的纖維素醚除了和基礎漆中的保護膠發生物理交聯外,它和能和乳液粒子發生締合作用,相對羥乙基纖維素醚,其分子鏈在基礎漆中的自由移動度較低,不論是在造粒還是在儲存過程中,疏水改性纖維素醚分子鏈滲出到連續線中的量較少;另一方面,由于疏水基團的存在,疏水改性纖維素醚與保護膠?發生交聯的程度沒有羥乙基纖維素醚和Laponit交聯的程度高。

對于羥乙基纖維素醚,其分子量越低,多彩涂料的起始粘度越高,且粘度的后增稠情況越明顯。這是因為在基礎漆粘度相當的條件下,分子量低的羥乙基纖維素醚添加量較大,相對性的分子鏈較多;同時,分子量低的羥乙基纖維素醚分子鏈短,相對分子鏈長的羥乙基纖維素醚更容易自由的移動,所以不論是在造粒過程中還是在存儲過程中,低分子量的纖維素醚更容易滲出到連續相中,造成較高的起始粘度和明顯的后增稠現象。而對于疏水改性的羥乙基纖維素醚,HE10K和Pluss330符合羥乙基纖維素醚的規律,但其增稠的多彩涂料起始和后期粘度比HE10K低,這是由于雖然HE10K比HE3KB的分子量高,但HE3KB所含的疏水基團的比重比HE10K高,與乳液粒子的締合作用更強,分子鏈從基礎漆中更難從色粒中滲到連續

羥乙基纖維素醚/特質粘度的水包水多彩涂料是目前使用體系,羥乙基纖維素醚、乳液和特質粘土是這個體系中重要的三個成分,對多彩涂料的生產、儲存穩定、施工性能及效果可起到決定性影響。
當這個體系中乳液和特質粘土的種類和用量確定后,可以改變纖維素醚的種類和用量來調整多彩涂料的一些性能,如色粒的形態及大小、滲色及后增稠等。本文通過改變纖維素醚的種類和用量,根據實驗數據,從理論上分析了纖維素醚對多彩性能的影響。在實際生產中,可以根據不同的要求,使用不同的纖維素醚搭配來達到其效果,既可以達到理想的滲色效果和色粒形態,又能把后增稠控制范圍。

資料來源:山東阜盈生物科技有限公司生產羥丙基甲基纖維素研發、生產、銷售、售后服務一體化

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