流變學(xué)原理和增稠劑選擇的技巧

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(lái)

2、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速率無(wú)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

3、(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-

4、1 ),,涂料和流變學(xué)的關(guān)系,,0.1,1,10,100,1,000,10,000,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(guò)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

5、,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)

6、降低低剪切速率下的粘度通過(guò)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(lái)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(jué)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

7、在涂刷轉(zhuǎn)移過(guò)程滴落、施工時(shí)在垂直表面嚴(yán)重的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(guò)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

8、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)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

9、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-93

10、5,,-HEUR RM-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(guò)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) CH3b) CH2COONac) CH2CH3d) CH2CH2OHe) CH2CH2CH(OH)CH3f) 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

11、(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)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 modif

12、ied 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 ),分子量:

13、 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

14、: 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-,,,,

15、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

16、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

17、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 -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

18、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

19、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,,

20、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

21、,5,10,15,20,25,30,溶劑用量Wt %,Brookfield 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

22、,,,,,,,,,,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)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

23、-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 2

24、5 °C cps (轉(zhuǎn)子/轉(zhuǎn)速),Acrysol TT-615,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

25、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

26、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,ACRYSO

27、L HEUR 增稠劑（不含溶劑）,Acrysol RM-5000HEUR系列中對(duì)ICI最有效的增稠劑.特別適用于低味低VOC要求的配方使用，能單獨(dú)或配合使用于平光至高光配方以提供良好的流動(dòng)特性,提示:,Acrysol RM-2020NPR高效ICI增稠，漆膜豐滿，并提供優(yōu)異的流動(dòng)和流平性能。適用于內(nèi)外墻平光至高光配方。,增稠劑選擇指南,ACRYSOL HEUR 增稠劑(含溶劑),Acrysol SCT-275高效增稠，可作為單獨(dú)增