流变学原理和增稠剂选择

罗门哈斯公司版权所有涂料中的流变学基本原理增稠剂的类型和选择罗门哈斯公司版权所有流变学：描述物体在外力作用下产生流动和形变规律的学科基本概念剪切应力：物体单位面积切线方向的力剪切速率粘度：流体阻碍流动的程度罗门哈斯公司版权所有剪切应力剪切应力面积剪切力罗门哈斯公司版权所有剪切速率剪切速率V罗门哈斯公司版权所有剪切速率剪切速率湿膜厚度250mm/0.25s罗门哈斯公司版权所有牛顿认为要维持这种速度上差异的力与垂直于流体的速度差异（即速度梯度）成正比，用下式来表示：粘度=剪切应力/剪切速率粘度的SI单位为帕斯卡·秒，涂料行业通用单位泊（厘泊）1Pa.s=10Poise=1000CP粘度罗门哈斯公司版权所有牛顿流体剪切应力和剪切速率的关系为一条直线在给定温度下粘度与剪切速率无关包括简单的流体:如水、有机溶剂和矿物油牛顿流体剪切应力剪切速率粘度剪切速率罗门哈斯公司版权所有非牛顿型流体：液体粘度随着剪切速率的变化而变化假塑性/塑性:粘度随着剪切速率的增加而降低(剪切变稀)膨胀性:粘度随着剪切速率的增加而降低（剪切变稠）触变性：剪切变稀，且粘度取决于剪切时间震凝性：剪切变稠，且粘度取决于剪切时间罗门哈斯公司版权所有剪切速率塑性假塑性剪切应力剪切速率假塑性塑性粘度剪切速率剪切速率膨胀性膨胀性粘度剪切应力罗门哈斯公司版权所有粘度剪切速率/时间剪切速率/时间粘度触变性震凝性罗门哈斯公司版权所有各类非牛顿型流动特点剪切条件粘度变化下降上升剪切速率上升假塑性（剪切变稀）膨胀型（剪切变稠）剪切时间增加（剪切速率恒定）触变性震凝性罗门哈斯公司版权所有涂料与流变学的关系罗门哈斯公司版权所有剪切速率(s-1)涂料和流变学的关系施工刷涂、辊涂、喷涂0.0010.010.111010010001000010000Veryslowflow/流动很慢DryPaintVeryrapidflow/流动很快制备研磨或高速分散沉降（贮存过程）涂料振荡器涂装给料蘸涂料流挂/流平罗门哈斯公司版权所有0.11101001,00010,000Brookfield粘度计KU斯托默粘度计ICI锥板粘度计流变仪剪切速率(s-1)涂装过程10-210-1100101102103104105流挂流平浸涂泵送混合分散喷涂滚涂刷涂涂料和流变学的关系罗门哈斯公司版权所有漆膜的光学性能（遮盖、光泽）主要取决于颜填料分散的质量涂料制备：分散高研磨粘度低研磨粘度涂料和流变学的关系罗门哈斯公司版权所有沉降就是颜料、填料和其他固体物质在重力作用下一直下沉到容器的底部颜料沉降是一个低剪切速率的现象：所涉及的剪切速率小于10-2s-1，所以涂料在这种剪切速率下的粘度对防止颜料的沉淀至关重要克服沉降的常用方法平衡颜料/填料的粒径分布（采用小粒径填料代替部分粒径较大的填料）尽量降低溶剂和表面活性剂的用量，它们会降低低剪切速率下的粘度通过选择增稠剂调高低剪切下的粘度（如将RM-2020NPR替换为RM-2020NPR/RM-8W混合物加入少量（0.5-2g/L）HEC来增加低剪切粘度。但会影响流动和流平性以及抗飞溅性能涂料贮存：沉降涂料和流变学的关系罗门哈斯公司版权所有涂料施工：蘸漆蘸漆是在中等剪切速率(10-100sec-1)条件下的操作涂料非常粘稠并且在罐内静置时就结构化，通常的一个感觉就是这种涂料很难涂装涂料在罐中非常稀会导致涂料在涂刷转移过程滴落、施工时在垂直表面严重的流挂以及辊涂操作时飞溅控制涂料在这个剪切速率范围的粘度会影响这些中等剪切下的性能（罐内外观、蘸刷、搅拌）。涂料和流变学的关系罗门哈斯公司版权所有刷涂、辊涂和喷涂操作取决于高剪切速率（103sec-1）下的粘度高剪切速率下的粘度越高，施工过程中涂料分布所受到的阻力越大，因而一次施工能获得较厚的漆膜。反之，高剪切速率下粘度低意味着涂料分布时受到的阻力较低，涂料容易铺展在基材表面相应漆膜较薄，导致遮盖力降低涂料施工：漆膜丰满度涂料和流变学的关系罗门哈斯公司版权所有涂料A涂料B涂料C涂料施工：流平流挂涂料和流变学的关系罗门哈斯公司版权所有影响流平流挂影响因素漆膜厚度干燥速度粘度（低剪切条件下）最大的流平性和最小的流挂的目标相互矛盾低剪切速率下的粘度降低有助于流平性，但同时增加了流挂而增加漆膜厚度会加速流平，同时也增加了流挂涂料施工：流平流挂涂料和流变学的关系罗门哈斯公司版权所有涂料生产、储存和涂装操作中所需最佳流动特性粘度剪切速率s-1漆膜丰满度高高沉降高很低0.001分散高5×105-1012涂刷性低20000流平性很低低0.01-0.1抗流挂性高低0.001-0.1涂料和流变学的关系罗门哈斯公司版权所有1.增稠剂的分类2.常见增稠剂的分子结构3.增稠剂的增稠机理4.增稠剂的增稠效果5.增稠效率影响因素6.增稠剂选择增稠剂的类型和选择罗门哈斯公司版权所有1.增稠剂分类增稠剂/流变助剂非缔合型疏水改性碱溶性丙烯酸乳液非离子型聚氨酯纤维素醚类-HEC•Natrosol250HBR碱溶性丙烯酸乳液-ASE•ASE-60疏水改性纤维素醚类-HMHEC•NatrosolPlus330-HASETT-935-HEUR•RM-2020NPR缔合型罗门哈斯公司版权所有2.增稠剂的分子结构罗门哈斯公司版权所有纤维素醚类增稠剂纤维素衍生物,通过取代到纤维素主链上的烷基不同得到不同产品OOHOHCH2OHOOOCH2OR'OHOROOOHOHCH2OHO其中R和R”是：a)CH3b)CH2COONac)CH2CH3d)CH2CH2OHe)CH2CH2CH(OH)CH3f)CH2CH(OH)CH3生产羧甲基纤维素钠（SCMC)（b）羧甲基2-羧乙基纤维素钠（b+d）羟乙基纤维素(HEC)（d）Natrosol250HBR甲基纤维素（MC）-(a)2-羟丙基甲基纤维素(HPMC)（a+f）2-羟乙基甲基纤维素(HEMC)(a+d)2-羟丁基甲基纤维素(a+e)2-羟乙基乙基纤维素(HEMC)(c+d)2-羟丙基纤维素(HPC)(f)分子量:10万–100万(环状分子)刚性增稠剂的分子结构罗门哈斯公司版权所有非离子型聚氨酯增稠剂(HEUR)(HydrophobicallymodifiedEthyleneoxideURethane)线型类支链类疏水基团亲水主链聚氨酯链接分子量:5万–10万(分子)柔性增稠剂的分子结构罗门哈斯公司版权所有疏水改性碱溶性乳液(HASE)(HydrophobicallymodifiedAlkaliSolubleEmulsion)COOH羧酸主链EO链段疏水基团CH2CRCOOHCH2CCOOC2H5HXY(R=CH3orH)分子量:几万–几十万(分子)刚性相对较弱COOH增稠剂的分子结构罗门哈斯公司版权所有3.增稠剂的增稠机理罗门哈斯公司版权所有羟乙基纤维素HEC增稠机理HHOHHOHHOHHOHHOHHO◇增稠水相(氢键)◇粘度取决于分子量和极性基团的水合能力增稠剂机理罗门哈斯公司版权所有聚氨酯缔合型HEUR增稠剂增稠机理(如:RM-2020NPR)非离子表面活性剂疏水基团亲水端线型类支链类疏水基团亲水主链聚氨酯链接聚氨酯增稠剂(分子量:几百–几千)增稠剂机理(分子量:5万–10万）罗门哈斯公司版权所有表面活性剂与乳液的缔合水溶液中表面活性剂胶束表面活性剂在乳胶颗粒表面的吸附乳胶颗粒疏水基团亲水端罗门哈斯公司版权所有水相中结构与乳胶颗粒作用胶束结构乳胶颗粒增稠剂机理聚氨酯缔合型HEUR增稠剂增稠机理增稠乳液相罗门哈斯公司版权所有HASE类缔合型增稠剂增稠机理(如:TT-935,DR系列)碱性环境pH~3-4pH~7-10COO-COO-乳液形态供货粘度上升,体系增稠COOHCOOH增稠剂机理罗门哈斯公司版权所有HASE类缔合型增稠剂增稠机理(如:TT-935,DR系列)乳液乳液乳液-----------------------------增稠剂机理增稠水相及乳液相罗门哈斯公司版权所有HASE类缔合型增稠剂(如:TT-935,DR系列)pH粘度6.27.5罗门哈斯公司版权所有4.增稠剂的增稠效果罗门哈斯公司版权所有导致体积限制絮凝纤维素醚类增稠剂的增稠效果水增稠效果罗门哈斯公司版权所有纤维素醚类增稠剂的增稠效果增稠前增稠后乳液增稠前后的电子显微照片罗门哈斯公司版权所有缔合型增稠剂增稠效果水相中结构与乳胶颗粒作用胶束结构乳胶颗粒增稠效果罗门哈斯公司版权所有缔合型增稠剂的增稠效果增稠前增稠后乳液增稠前后的电子显微照片罗门哈斯公司版权所有纤维素醚类增稠剂优势配方相对简单粘度稳定性好,对pH及配方其它组份敏感性小局限性易受微生物侵蚀施工时抗飞溅性差流平及光泽展现差生产操作不便(干粉、水溶液、溶液浆）增稠效果罗门哈斯公司版权所有滚涂飞溅示意图纤维素增稠剂ACRYSOLTT-935ACRYSOLRM-2020NPR增稠效果罗门哈斯公司版权所有优势生物稳定性好-抗生物降解优异的抗飞溅性类似醇酸漆的流动效果较好的耐水性及涂膜耐久性涂膜丰满度高，涂膜均匀，可获得高光聚氨酯类缔合型HEUR增稠剂(如:RM-2020NPR,RM-8W)增稠效果罗门哈斯公司版权所有局限性增稠效率受乳液、PVC、体积固含量等多种因素影响对表面活性剂/醇类溶剂/分散剂等敏感-着色时粘度降低明显聚氨酯类缔合型HEUR增稠剂增稠效果罗门哈斯公司版权所有优势生物稳定性好-抗生物降解优良的抗飞溅性与纤维素醚类增稠剂及ASE比较，漆膜丰满度和流平性改善液体形式供货，生产操作简单低成本HASE类缔合型增稠剂(如:TT-935,DR系列)增稠效果罗门哈斯公司版权所有局限性使用时需调节pH耐水/耐碱性相对较差与分散剂配合使用不当时可能造成颜料絮凝或光泽下降增稠效率受乳液、PVC、体积固含量等多种因素的影响对表面活性剂/醇类溶剂/分散剂等较敏感HASE类缔合型增稠剂增稠效果罗门哈斯公司版权所有5.影响缔合型增稠剂增稠效率的因素乳液粒径大小乳液的种类与表面活性剂的相互作用与有机溶剂的相互作用颜料体积浓度(PVC)的影响体积固体含量(VS)的影响增稠效率影响因素罗门哈斯公司版权所有乳液粒径大小影响聚氨酯增稠剂浓度增稠剂在乳液上的吸附HEUR50nm90nm140nm340nm600nm增稠效率影响因素罗门哈斯公司版权所有乳液种类影响-亲水性/稳定形式?亲水聚合物表面活性剂乳胶颗粒乳胶颗粒表面活性剂稳定胶体稳定增稠效率影响因素罗门哈斯公司版权所有与表面活性剂的相互作用表面活性剂增稠效率影响因素罗门哈斯公司版权所有与有机溶剂(水溶性)相互作用020040060080010001200140016001800051015202530溶剂用量Wt%Brookfield粘度cps异丙醇乙二醇丙二醇甲基卡必醇丁基卡必醇异丙醇增稠效率影响因素罗门哈斯公司版权所有6.增稠剂选择指南罗门哈斯公司版权所有性质纤维素HASETT-935,DRHEURRM-2020NPR抗飞溅性差很好优流平性差尚好-优优漆膜丰满度低尚好-优优高光泽潜力低尚好-优优粘度稳定性不敏感中度-敏感敏感pH敏感性不敏感中度敏感不敏感耐擦洗性-取决于配方优于纤维素增稠剂耐碱性很好不好-好优于纤维素增稠剂抗腐蚀性低低很好电解质敏感性不敏感中度-敏感不敏感生物稳定性差优优不同增稠剂性能比较罗门哈斯公司版权所有增稠剂流变性能比较(相同KU粘度)高剪切粘度DR-73TT-615TT-935RM-2020NPRRM-8WSCT-275ASE-60DR-1RM-7DR-72HMHECHECRM-12W低剪切粘度RM-5000聚氨酯类增稠剂疏水碱溶性类增稠剂增稠剂选择指南罗门哈斯公司版权所有粘度剪切速率中剪切(Stormer)粘度10-100s-1高剪切(ICI)粘度100-10000s-1低剪切(Brookfield)粘度0.001-10s-1滞刷性,漆膜丰满度蘸漆量搅拌难易流挂,流平沉降抗分水增稠剂选择指南低剪切粘度增稠剂RM-12W,TT-615,D