1、涂料中的流變學(xué)基本原理 增稠劑的類型和選擇,流變學(xué)： 描述物體在外力作用下產(chǎn)生流動(dòng) 和形變規(guī)律的學(xué)科 基本概念 剪切應(yīng)力：物體單位面積切線方向的力 剪切速率 粘度：流體阻礙流動(dòng)的程度,剪切應(yīng)力,剪切應(yīng)力,面積,剪切力,剪切速率,剪切速率,V,剪切速率,剪切速率,濕膜厚度,250mm/0.25s,牛頓認(rèn)為要維持這種速度上差異的力與垂直于流體的速度差異（即速度梯度）成正比，用下式來表示： 粘度 = 剪切應(yīng)力/剪切速率 粘度的SI單位為帕斯卡秒， 涂料行業(yè)通用單位泊（厘泊） 1 Pa.s = 10 Poise =1000CP,粘度,牛頓流體 剪切應(yīng)力和剪切速率的關(guān)系為一條直線 在給定溫度下粘度與剪切

2、速率無關(guān) 包括簡(jiǎn)單的流體:如水、有機(jī)溶劑和礦物油,牛頓流體,剪切應(yīng)力,剪切速率,粘度,剪切速率,非牛頓型流體：液體粘度隨著剪切速率的變化而變化 假塑性/塑性:粘度隨著剪切速率的增加而降低(剪切變稀) 膨脹性: 粘度隨著剪切速率的增加而降低（剪切變稠） 觸變性：剪切變稀，且粘度取決于剪切時(shí)間 震凝性：剪切變稠，且粘度取決于剪切時(shí)間,剪切速率,塑性,假塑性,剪切應(yīng)力,剪切速率,假塑性,塑性,粘度,剪切速率,剪切速率,膨脹性,膨脹性,粘度,剪切應(yīng)力,粘度,剪切速率/時(shí)間,剪切速率/時(shí)間,粘度,觸變性,震凝性,各類非牛頓型流動(dòng)特點(diǎn),涂料與流變學(xué)的關(guān)系,剪切速率 (s-1 ),涂料和流變學(xué)的關(guān)系,0.1

3、,1,10,100,1,000,10,000,Brookfield粘度計(jì),KU 斯托默粘度計(jì),ICI 錐板粘度計(jì),流變儀,剪切速率 (s-1 ),涂裝過程10-210-1100101102103104 105 流掛 流平 浸涂 泵送 混合 分散 噴涂 滾涂 刷涂,涂料和流變學(xué)的關(guān)系,漆膜的光學(xué)性能（遮蓋、光澤）主要取決于顏填料分散的質(zhì)量,涂料制備：分散,高研磨粘度,低研磨粘度,涂料和流變學(xué)的關(guān)系,沉降就是顏料、填料和其他固體物質(zhì)在重力作用下一直下沉到容器的底部 顏料沉降是一個(gè)低剪切速率的現(xiàn)象：所涉及的剪切速率小于10-2 s-1 ，所以涂料在這種剪切速率下的粘度對(duì)防止顏料的沉淀至關(guān)重要 克服沉

4、降的常用方法 平衡顏料/填料的粒徑分布（采用小粒徑填料代替部分粒徑較大的填料） 盡量降低溶劑和表面活性劑的用量，它們會(huì)降低低剪切速率下的粘度 通過選擇增稠劑調(diào)高低剪切下的粘度（如將RM-2020NPR 替換為RM-2020NPR/RM-8W 混合物 加入少量（ 0.5-2 g/L ） HEC來增加低剪切粘度。但會(huì)影響流動(dòng)和流平性以及抗飛濺性能,涂料貯存：沉降,涂料和流變學(xué)的關(guān)系,涂料施工：蘸漆,蘸漆是在中等剪切速率(10-100sec-1)條件下的操作 涂料非常粘稠并且在罐內(nèi)靜置時(shí)就結(jié)構(gòu)化，通常的一個(gè)感覺就是這種涂料很難涂裝 涂料在罐中非常稀會(huì)導(dǎo)致涂料在涂刷轉(zhuǎn)移過程滴落、施工時(shí)在垂直表面嚴(yán)重的

5、流掛以及輥涂操作時(shí)飛濺 控制涂料在這個(gè)剪切速率范圍的粘度會(huì)影響這些中等剪切下的性能（罐內(nèi)外觀、蘸刷、攪拌）。,涂料和流變學(xué)的關(guān)系,刷涂、輥涂和噴涂操作取決于高剪切速率（ 103sec-1）下的粘度 高剪切速率下的粘度越高，施工過程中涂料分布所受到的阻力越大，因而一次施工能獲得較厚的漆膜。反之，高剪切速率下粘度低意味著涂料分布時(shí)受到的阻力較低，涂料容易鋪展在基材表面相應(yīng)漆膜較薄，導(dǎo)致遮蓋力降低,涂料施工：漆膜豐滿度,涂料和流變學(xué)的關(guān)系,涂料 A,涂料 B,涂料C,涂料施工：流平流掛,涂料和流變學(xué)的關(guān)系,影響流平流掛影響因素 漆膜厚度 干燥速度 粘度（低剪切條件下） 最大的流平性和最小的流掛的目標(biāo)

6、相互矛盾 低剪切速率下的粘度降低有助于流平性，但同時(shí)增加了流掛 而增加漆膜厚度會(huì)加速流平，同時(shí)也增加了流掛,涂料施工：流平流掛,涂料和流變學(xué)的關(guān)系,涂料生產(chǎn)、儲(chǔ)存和涂裝操作中所需最佳流動(dòng)特性,涂料和流變學(xué)的關(guān)系,1. 增稠劑的分類 2. 常見增稠劑的分子結(jié)構(gòu) 3. 增稠劑的增稠機(jī)理 4. 增稠劑的增稠效果5. 增稠效率影響因素 6.增稠劑選擇,增稠劑的類型和選擇,1. 增稠劑分類,增稠劑/流變助劑,非締合型,疏水改性 堿溶性丙烯酸乳液,非離子型 聚氨酯,纖維素 醚類,- HEC Natrosol 250 HBR,堿溶性 丙烯酸乳液,疏水改性 纖維素醚類,-HASE TT-935,-HEUR R

7、M-2020NPR,締合型,2. 增稠劑的分子結(jié)構(gòu),纖維素醚類增稠劑,纖維素衍生物, 通過取代到纖維素主鏈上的烷基不同得到不同產(chǎn)品,其中R和R” 是： a) CH3 b) CH2COONa c) CH2CH3 d) CH2CH2OH e) CH2CH2CH(OH)CH3 f) CH2CH(OH)CH3,生產(chǎn),羧甲基纖維素鈉（SCMC) （b） 羧甲基2-羧乙基纖維素鈉（b+d） 羥乙基纖維素(HEC) （d） Natrosol 250 HBR 甲基纖維素（MC） - (a) 2-羥丙基甲基纖維素(HPMC) （a+f） 2-羥乙基甲基纖維素(HEMC) (a+d) 2-羥丁基甲基纖維素(a+e

8、) 2-羥乙基乙基纖維素(HEMC) (c+d) 2-羥丙基纖維素(HPC) (f),分子量: 10萬(wàn) 100萬(wàn) (環(huán)狀分子)剛性,增稠劑的分子結(jié)構(gòu),非離子型聚氨酯增稠劑(HEUR) (Hydrophobically modified Ethylene oxide URethane),線型類,支鏈類,疏水基團(tuán),親水主鏈,聚氨酯鏈接,分子量: 5萬(wàn) 10萬(wàn) (分子)柔性,增稠劑的分子結(jié)構(gòu),疏水改性堿溶性乳液(HASE) (Hydrophobically modified Alkali Soluble Emulsion),COOH,羧酸主鏈,EO鏈段,疏水基團(tuán),( R = CH3 or H ),分

9、子量: 幾萬(wàn) 幾十萬(wàn) (分子)剛性相對(duì)較弱,COOH,增稠劑的分子結(jié)構(gòu),3.增稠劑的增稠機(jī)理,羥乙基纖維素HEC增稠機(jī)理, 增稠水相 (氫鍵) 粘度取決于分子量和極性基團(tuán)的水合能力,增稠劑機(jī)理,聚氨酯締合型HEUR增稠劑增稠機(jī)理(如:RM-2020NPR),非離子表面活性劑,疏水基團(tuán),親水端,線型類,支鏈類,疏水基團(tuán),親水主鏈,聚氨酯鏈接,聚氨酯增稠劑,(分子量: 幾百 幾千),增稠劑機(jī)理,(分子量: 5萬(wàn) 10萬(wàn)）,表面活性劑與乳液的締合,水溶液中表面活性劑膠束,表面活性劑在乳膠顆粒表面的吸附,乳膠顆粒,疏水基團(tuán),親水端,增稠劑機(jī)理,聚氨酯締合型HEUR增稠劑增稠機(jī)理,增稠乳液相,HASE類

10、締合型增稠劑增稠機(jī)理(如:TT-935, DR系列),堿性環(huán)境,pH 3-4,pH 7-10,COO-,COO-,乳液形態(tài)供貨,粘度上升, 體系增稠,COOH,COOH,增稠劑機(jī)理,HASE類締合型增稠劑增稠機(jī)理 (如:TT-935, DR系列),增稠劑機(jī)理,增稠水相及乳液相,HASE類締合型增稠劑(如:TT-935, DR系列),4. 增稠劑的增稠效果,導(dǎo)致體積限制絮凝,纖維素醚類增稠劑的增稠效果,增稠效果,纖維素醚類增稠劑的增稠效果,增稠前,增稠后,乳液增稠前后的電子顯微照片,締合型增稠劑增稠效果,增稠效果,締合型增稠劑的增稠效果,增稠前,增稠后,乳液增稠前后的電子顯微照片,纖維素醚類增稠

11、劑,優(yōu)勢(shì) 配方相對(duì)簡(jiǎn)單 粘度穩(wěn)定性好,對(duì) pH 及配方其它組份敏感性小 局限性 易受微生物侵蝕 施工時(shí)抗飛濺性差 流平及光澤展現(xiàn)差 生產(chǎn)操作不便(干粉、水溶液、溶液漿）,增稠效果,滾涂飛濺示意圖,纖維素增稠劑,ACRYSOL TT-935,ACRYSOL RM-2020 NPR,增稠效果,優(yōu)勢(shì) 生物穩(wěn)定性好-抗生物降解 優(yōu)異的抗飛濺性 類似醇酸漆的流動(dòng)效果 較好的耐水性及涂膜耐久性 涂膜豐滿度高，涂膜均勻，可獲得高光,聚氨酯類締合型HEUR增稠劑(如:RM-2020NPR, RM-8W),增稠效果,局限性 增稠效率受乳液、PVC、體積固含量 等多種因素影響 對(duì)表面活性劑/醇類溶劑/分散劑等敏感

12、 -著色時(shí)粘度降低明顯,聚氨酯類締合型HEUR增稠劑,增稠效果,優(yōu)勢(shì) 生物穩(wěn)定性好-抗生物降解 優(yōu)良的抗飛濺性 與纖維素醚類增稠劑及ASE比較，漆膜豐滿度和流平性改善 液體形式供貨，生產(chǎn)操作簡(jiǎn)單 低成本,HASE類締合型增稠劑(如:TT-935, DR 系列),增稠效果,局限性 使用時(shí)需調(diào)節(jié)pH 耐水/耐堿性相對(duì)較差 與分散劑配合使用不當(dāng)時(shí)可能造成顏料絮凝或光澤下降 增稠效率受乳液、PVC、體積固含量等多種因素的影響 對(duì)表面活性劑/醇類溶劑/分散劑等較敏感,HASE類締合型增稠劑,增稠效果,5.影響締合型增稠劑增稠效率的因素,乳液粒徑大小 乳液的種類 與表面活性劑的相互作用 與有機(jī)溶劑的相互作

13、用 顏料體積濃度(PVC)的影響 體積固體含量(VS)的影響,增稠效率影響因素,乳液粒徑大小影響,聚氨酯增稠劑濃度,增稠劑在乳液上的吸附,HEUR,50 nm,90 nm,140 nm,340 nm,600 nm,增稠效率影響因素,乳液種類影響 - 親水性/穩(wěn)定形式,?,親水聚合物,表面活性劑,乳膠顆粒,乳膠顆粒,表面活性劑穩(wěn)定,膠體穩(wěn)定,增稠效率影響因素,與表面活性劑的相互作用,表面活性劑,增稠效率影響因素,與有機(jī)溶劑(水溶性)相互作用,0,200,400,600,800,1000,1200,1400,1600,1800,0,5,10,15,20,25,30,溶劑用量Wt %,Brookfi

14、eld 粘度 cps,異丙醇,乙二醇,丙二醇,甲基卡必醇,丁基卡必醇,異丙醇,增稠效率影響因素,6. 增稠劑選擇指南,不同增稠劑性能比較,增稠劑流變性能比較 (相同KU粘度),高剪切粘度,DR-73,TT-615,TT-935,RM-2020NPR,RM-8W,SCT-275,ASE-60,DR-1,RM-7,DR-72,HMHEC,HEC,RM-12W,低 剪 切 粘 度,RM-5000,聚氨酯 類增稠劑,疏水堿溶性類增稠劑,增稠劑選擇指南,粘 度,剪 切 速 率,中剪切(Stormer)粘度10-100 s-1,高剪切(ICI)粘度 100-10000 s-1,低剪切(Brookfield

15、)粘度 0.001-10 s-1,滯刷性,漆膜豐滿度,蘸漆量,攪拌難易,流掛,流平,沉降 抗分水,增稠劑選擇指南,低剪切粘度增稠劑 RM-12W, TT-615, DR-72,ASE-60,中剪切粘度增稠劑 RM-8W, SCT-275, DR-1, TT-935,高剪切粘度增稠劑 RM-5000,RM-2020 NPRDR-73,很高低剪粘度,Acrysol TT-935,乳白色液體,30,陰離子,2.1 - 3.5,高低剪粘度,30 (1/60),外觀,固含量 %,化學(xué)類型,pH 值,比重 25 C,流變特性 低剪粘度,粘度 25 C cps (轉(zhuǎn)子/轉(zhuǎn)速),Acrysol TT-615,

16、乳白色液體,30,陰離子,2.5 - 3.5,1.06,20 (1/60),1.05,Acrysol TT-935 KU/ICI 粘度平衡. 最通用推薦用于內(nèi)墻平光，蛋殼光和緞光涂料,Acrysol TT-615 有效建立 KU粘度,需調(diào)節(jié)pH值,與TT-935相比更趨假塑性, 拉毛,Acrysol ASE-60 價(jià)格最低。適用于浮雕拉毛漆和密封材料.,提示:,ACRYSOL 堿溶性增稠劑,增稠劑選擇指南,色漆:建議DR-72 / DR-73匹配使用,ACRYSOL DR增稠劑,Acrysol DR-73 建立較高的高剪切(ICI)粘度, 替代低分子量纖維素增稠劑,Acrysol DR-72 類似于 HEC建立低剪切粘度和抗流掛、抗沉降性能替代高分子量纖維素增稠劑,Acrysol DR-1 有效建立 中剪切粘度,替代中分子量纖維素增稠劑,提示:,增稠劑選擇指南,ACRYSOL HEUR 增稠劑 （不含溶劑）,上述產(chǎn)品可用于內(nèi)外墻涂料獲得很好的流動(dòng)性 RM-8W, RM-12W建議與RM-2020NPR, RM-5000配合使用,提示:,Acrysol RM-8W 高效KU增稠，提供尤其適合粒徑小，高光的乳液。適用于低PVC內(nèi)外墻絲光至高光，低VOC配方。,Acrysol RM-12W 尤其適合噴涂和厚涂, 并保持良好的流動(dòng)性。高效的假塑性, 抗分水.,增稠劑選擇指南,AC