涂料的流变及流变剂

BMA004 · 发表于 2008-3-21 19:02:53

能够改善涂料流变性能的助剂称为流变改性剂，也称为流变剂。一般的说，流变剂能够改善涂料的稳定性和涂
装性，提高涂膜质量。如：防止涂料贮存过程中颜、填料的沉淀，避免涂装过程中涂料的溅落、流挂，改善涂
膜的流平性能等。
从流变学的观点来看，流变剂还分成触变性流变剂和假塑性流变剂，二者之间的差别在于外加剪切力撤除
后体系结构恢复的速度。这一特性是涂料流动和流平的主要影响因素。假塑性流变剂由于具有极快的结构恢复
速度，在外加剪切力去除后几乎立即恢复结构粘度，因而有利于涂料的防沉降和防流挂，但用量高时会对流动
和流平产生不利的影响，并进而影响涂膜质量，如刷痕过重、喷涂时雾化不良等。典型的假塑性流变剂是气相
二氧化硅、可溶性蓖麻油和聚烯烃浆等。
触变型流变剂在外加剪切力去除后能够显示实时相关的结构恢复速度，用之于涂料中即能得到满意的抗流
挂性，又不会损失流动和流平性，在涂料中的应用效果优于假塑性流变剂。这类流变剂主要有有机粘土和氢化
蓖麻油基有机蜡等。触变性与填料的形状有关，粒子纵横比(aspectratio)越大，尺寸越小，触变性效果就越高。
一、气相二氧化硅。气相二氧化硅是较早使用的流变剂，但现在使用的该产品在性能上有了较大提高。气
相二氧化硅为固体粉末，是球形微粒的集合体，其分子上含有羟基基团，能够吸附水分子和极性液体。球形颗
粒表面有硅醇基。当气相二氧化硅分散于基料溶液中时，相邻球形颗粒之间的硅醇基团因氢键结合而产生疏松
的晶格，形成三维网络结构，产生凝胶作用和很高的结构黏度。在受到剪切力作用时，因氢键结合力很弱，网
络结构破坏，凝胶作用消失，黏度下降。剪切力去除后又能恢复原来静止时的形状。
气相二氧化硅在涂料中的用量视最终粘度要求和不加气相二氧化硅前涂料的粘度情况而定，一般为涂料总量的
0.5%～3.0%(质量分数)。
气相二氧化硅在使用时易受涂料溶剂的影响，在非极性溶剂中的效果最好。在极性溶剂中液体的分子和二
氧化硅颗粒间吸引力增大，很难形成疏松的网络结构。为此。国外有专门用于极性溶剂的气相二氧化硅，如德
国Degussa 公司的Aerosil 系列产品。
在涂料中气相二氧化硅可用于防锈涂料，厚浆涂料和装饰涂料等，以提高粘度，防止颜料沉降，改善涂膜流挂。
气相二氧化硅的缺点是在涂料贮存中粘度和触变性有下降趋势。
二、有机膨润土。有机膨润土流变剂外观为粉状物质，微观上是附聚的黏土薄片堆，如图5—1a 所示。黏
土薄片两面都附聚有大量的有机长链化合物，经分散并活化后，相邻薄片边缘上的羟基靠水分子连结，从而形
成触变性的网络结构，外观则成凝胶状态。如果没有水分子，则不能形成凝胶结构。
有机膨润土在使用时最好先制成凝胶，在涂料的生产过程中在颜料投料阶段将凝胶投入。有机膨润土的预
凝胶原理如所示。即先在剪切力的作用下使溶剂或树脂溶液进入毛细孔隙中而将附聚的薄片堆润湿，使附聚的
薄片堆解聚，这时体系的粘度显著增大。在剪切条件下加入活化剂，使薄片间的距离加大。继续剪切把薄片充
分分散，即得到活化的触变结构，即膨润土凝胶。
最常用的活化剂是相对分子量低的醇类，例如甲醇和乙醇。相对分子量低的酮，尤其是丙酮，也可以用作
活化剂，但其气味较大，闪点较低，限制了其在工业涂料中的应用。
目前国内有机膨润土生产技术也比较成熟，有许多型号的产品。天津有机陶土厂生产的TN064，TF4065
和浙江临安助剂厂生产的S01，在国内应用较广。这些产品的使用性能与美国NL 公司的BENT0NE34 相当。
制成预凝胶的使用效果高于干粉直接添加的效果。
三、氢化蓖麻油。氢化蓖麻油是由蓖麻油加氢制得的一种蜡状固体，经过处理，便可作为涂料的触变剂使
用，主要用于增稠、防沉和防流挂。它是12—羟基硬酯酸三甘油酯，在脂肪酸链上有羟基，因此显示出了某种
程度的极性。在非极性溶剂中能够溶胀凝胶化，溶胀粒子间因氢化蓖麻油分子中的极性基团而产生微弱的氢键
结合，形成有触变性的网络结构，改善颜料悬浮性，控制流挂而不牺牲流动和流平性，通常不与涂料其它组成
起反应，对涂料耐久性无不良影响，在配方中不泛黄，并赋予贮存稳定性和重现性。
氢化蓖麻油在使用时也需要活化处理。活化过程及机理如图5—2 所示。在活化的第1 阶段，先用基料溶
液将氢化蓖麻油流变剂粉末分散，活化第2 阶段是在搅拌状况下，将基料溶液-氢化蓖麻油粉末混合物升温至
43～53℃，该过程需持续20～30min，使颗粒溶胀充分。然后在搅拌的情况下冷却至常温，得到具有触变性能
稳定的流变结构。
在活化的过程中，温度的控制是主要的。如果超过最高活化温度，在冷却时搅拌不够，则氢化蓖麻油就不
能形成触变性的凝胶网络而会析出“晶粒”。同样，活化温度低且活化持续时间不够，也会出现这种情况。遇
到活化不好起“晶粒”时，可以按正确的活化方法进行重新活化。