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        水性無機涂料流變助劑

        發布日期:2020-05-13 瀏覽次數:2435


          相比溶劑型涂料,水性涂料配方體系更加復雜。在配方設計時,不僅要關注水性樹脂的類型和性能,還需要合理選擇各類功能助劑并關注它們之間的相互影響。流變助劑是涂料配方中的關鍵組成,水性涂料的流變特性是種較復雜的黏度與剪切力之間的相互關系,其決定著涂料的生產、貯存以及施工性能。水性涂料常用的流變助劑按其化學性質可以分為有機和無機兩大類,今天我們主要來看一看無機流變助劑吧!

         

          在涂料行業,以硅酸鹽為主要成分的一類特殊黏:土通常被作為無機流變改性劑使用。這類物質大多是以粉末的形式供貨,將它們較好地分散于涂料中,能夠起到懸浮劑或膠凝劑的作用。無機流變改性劑往往擁有較高的屈服值,并具有觸變特征,用于改善涂料的抗流掛、抗沉降、抗脫水收縮以及抗飛濺特性。常見的黏土類流變改性劑主要有蒙脫石、海泡石及凹凸棒石,其掃描電鏡照片及基本結構。

         

        1.蒙脫石

          蒙脫石是由顆粒極細的含水鋁硅酸鹽構成的層狀礦物,中間為鋁氧八面體,上下為硅氧四面體,組成三層片狀結構。膨潤土則是一種典型的以蒙脫石為主要成分的黏土礦。在蒙脫石晶體的層間含有水及陽離子,有較高的離子交換容量,因而具有較強的吸水膨脹能力。在水性介質中,蒙脫石的層間陽離子發生溶劑化作用而膨脹使得粒子分開。同時,隨著硅氧及鋁氧鍵的斷裂使其邊緣及表面帶電,并發生表面與邊緣不同的靜電締合,形成“卡屋”狀互穿網狀結構。這種獨特的三維結構能夠將水和顏填料包裹于其中,使體系得到增稠并具有良好的貯存穩定性。當體系受到較強剪切作用時,網絡結構解離,表現出明顯的剪切變稀性能,使涂料具有較好的流平性。而剪切力旦消失,在氫鍵的作用下網狀結構得以恢復, 起到良好的抗流掛性能。

          在涂料靜態貯存狀態下,這類膨潤土的柱狀顆粒分散在片狀微粒之間,起到支撐的作用。受到剪切力作用時,氫鍵被打破,柱狀顆粒按流動方向定向排列。剪切力消失后,這種柱狀顆粒能很快地重新排列。因此這種新型膨潤土的引入使得涂料具有更好的貯存穩定性及觸變性。

        2.海泡石

          海泡石是一種纖維狀的含水硅酸鎂黏土礦物,具有巨大的比表面和獨特的孔結構。微觀結構上,海泡石的顆粒呈現不等軸的針束狀。海泡石的結構單元中含有連續的硅氧四面體層,每個硅氧四面體共用3個角頂與相鄰的3個四面體相連,形成了大小固定并平行于鏈的開口通道。

          在水性體系中,海泡石顆粒發生解散形成無規則的纖維網狀結構,將水包含在其中,形成高黏度的懸浮液而使得體系增稠。當受到剪切力作用時,網絡結構解離,黏度下降。旦剪切作用消失,則又恢復網絡結構,黏度上升。這種流變性能受濃度、剪切速度及pH值的影響。海泡石由于具有較大的孔道結構,使其能夠容納更多的水分子,因此觸變性非常高,對于涂料應用而言具有理想的罐內防沉效果和厚涂抗流掛效果。海泡石作為流變增稠劑在水性建筑涂料中的應用,結果表明,海泡石的引入不僅可以有效調節涂料的黏度與流平性,而且能夠一定程度 上提高對比率及耐擦洗性能。

          3.凹凸棒石

          凹凸棒石為-種晶質水合鎂鋁硅酸鹽礦物,如圖2(c)所示,具有獨特的納米棒狀結構特征。在結晶學上,凹凸棒石與海泡石晶體均屬于單斜晶系,但單元層之間的孔道寬度不同。在水介質中分散后,凹凸棒石晶體發生化學鍵斷裂而進行水化反應,導致帶有少量的表面電荷。解離后的棒狀晶體之間通過靜電力、范德華力、水合力等一系列作用力相互纏結在- ,彼此搭接形成雜亂的三維網狀結構,使得水的流動受到束縛。并且,由于棒狀晶體直徑很小而具有很強的吸附能力, 能夠將乳液粒子及顏填料粒子吸附在棒狀晶體邊緣或端點構成適度的空間網絡,各種粒子充填在凹凸棒石晶體空隙中,使體系黏度增大,起到增稠作用。

          研究發現,凹凸棒石的粒徑越小,其晶束越短,交叉纏結能力越弱,因而形成的網狀結構強度越小,導致流變性能越低。此外,由于凹凸棒石表面電荷很低,因此受電解質及pH值影響并不明顯。部分推薦在無機涂料中使用)研究發現凹凸棒石與膨潤土、氣硅協同作用時,可以有效地提高水性環氧富鋅底漆的抗流掛性能。

         

                                                                 選自:中國涂料在線

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