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流變劑的應(yīng)用原理總結(jié)
1、 流變劑的作用
流變劑是油漆涂料和油墨涂料的關(guān)鍵成分,它可以控制流體產(chǎn)品的精密特性和特征，沒(méi)有這些介質(zhì)就會(huì)像水一樣“流來(lái)流去”. 油漆在涂布過(guò)程中就會(huì)四處飛濺，覆蓋能力變小，而且保存期限也會(huì)縮短，可采用流變助劑調(diào)整油漆的流動(dòng)性，減少在輥涂或刷涂過(guò)程中發(fā)生的滴落和飛濺，油漆粘度快速且受控地增加，從而改善了抗流掛性，在涂料運(yùn)輸或儲(chǔ)存過(guò)程中，流變助劑可防止配方中顏料沉降，確保了終產(chǎn)品的一致性，耐久性和良好的涂布特性之間達(dá)到理性的平衡。
2．流變術(shù)語(yǔ)和定義
如果某種物質(zhì)的粘度可在不同的剪切速率下保持不變，我們稱之為表現(xiàn)出理想粘度或“牛頓粘度”牛頓流體一般僅出現(xiàn)在低分子量的液體中，例如水、溶劑和礦物油。
較為復(fù)雜的體系通常具有依賴于剪切速率的流動(dòng)特性。如果粘度隨著剪切速率的增加而減小，這種流動(dòng)特性稱為剪切稀釋或假塑性。大多數(shù)涂料和聚合物溶液都表現(xiàn)出假塑特性。
觸變性流體在施加剪切力后，表現(xiàn)出時(shí)間依賴性粘度重建。一旦停止施加剪切力，粘度就會(huì)逐漸恢復(fù)。觸變性的程度通常以所謂的滯后面積表示。觸變特性對(duì)于涂布到垂直表面上的油漆是有利的，因?yàn)樵诖怪北砻嫔?，在刷子或輥筒的剪切下粘度下降，?shí)現(xiàn)了流平，然后再逐漸恢復(fù)以防止流掛。如果材料的粘度隨著剪切速率的增大而上升，則為脹流型（剪切增稠）。例如，固含量或聚合物濃度較高的粘合劑體系會(huì)表現(xiàn)出脹流特性。在工業(yè)實(shí)踐中，脹流特性通常是不可取的，因?yàn)樗赡軙?huì)在涉及泵送或攪拌的工藝中造成一些問(wèn)題。在油漆或涂料的整個(gè)生命周期（例如生產(chǎn)、攪拌、填裝、儲(chǔ)存、涂布、刷涂、噴涂）中，可能涉及不同的剪切速率和流變需求,如下圖：
粘度—尤其是非牛頓粘度特征—是一種重要的材料特征，它構(gòu)成了流體的性能。由于油漆被賦予了假塑性，因此其在儲(chǔ)存過(guò)程中表現(xiàn)出高穩(wěn)定性。他還可以在低剪切速率下進(jìn)行。油漆或涂料通常在相對(duì)較高的剪切條件（刷涂，噴涂）下被涂布。此時(shí)粘度比較有利，圖例：
通常，油漆在涂布后需要進(jìn)行一定程度的流平，因此粘度恢復(fù)過(guò)快是不可取的。但如果恢復(fù)過(guò)慢則會(huì)導(dǎo)致流掛和滴落。而部分體系又可能需要較為快速地恢復(fù)粘度。在這種情況下，全面了解不同流變助劑可賦予的流動(dòng)特性有助于針對(duì)所需的應(yīng)用選擇適合的產(chǎn)品。
3．流變助劑的種類(lèi)
在涂料技術(shù)中，流變改性劑主要用來(lái)提供假塑或觸變特性。流變特性由涂料配方中成分的組成和濃度決定，涂料配方由粘合劑（聚合物、低聚物、活性稀釋劑）、溶劑（有機(jī)、水）、顏料（有機(jī)、無(wú)機(jī)）、填充劑和助劑（穩(wěn)定劑、引發(fā)劑、催化劑等）構(gòu)成。因此，并不存在適合所有涂料的通用解決方案，而是有很多種不同的技術(shù)和產(chǎn)品，它們有著或多或少明確的應(yīng)用限制。突出的一點(diǎn)是，從生產(chǎn)工藝到運(yùn)輸、儲(chǔ)存，以及終的（工業(yè)）應(yīng)用過(guò)程，涂料配方在其使用周期中的流變特性可能千差萬(wàn)別，現(xiàn)有的所有流變改性劑可以劃分為無(wú)機(jī)和有機(jī)化學(xué)品兩大類(lèi)，如圖：
1）無(wú)機(jī)流變助劑—常見(jiàn)的改性和未改性無(wú)機(jī)流變改性劑包括綠坡縷石粘土、膨潤(rùn)土、有機(jī)粘土以及經(jīng)處理和未處理的合成二氧化硅。大多數(shù)無(wú)機(jī)增稠劑和流變改性劑都以粉末形式提供。如果將它們適當(dāng)?shù)胤稚⒂谕苛现?，通常能夠起到懸浮劑或膠凝劑的作用，部分還有顏料增量劑等次要用途。無(wú)機(jī)流變改性劑往往擁有較高的塑變值，并具有觸變膠特征，有時(shí)會(huì)被作為次要增稠劑添加到水性配方中，用于改善涂料的抗流掛、抗沉降、抗脫水收縮和抗飛濺特性。
2）有機(jī)流變改性劑的類(lèi)型比無(wú)機(jī)流變改性劑更加豐富多樣。它們可以細(xì)分為基于天然原材料的產(chǎn)品，如纖維素或黃原膠，以及基于合成有機(jī)化學(xué)物質(zhì)的產(chǎn)品，如聚丙烯酸酯或聚氨酯。此外，合成產(chǎn)品可以進(jìn)一步細(xì)分為締合型和非締合型流變改性劑：
非締合型流變助劑，通過(guò)可溶性、高分子量聚合物鏈的纏結(jié)而發(fā)揮作用（“流體動(dòng)力學(xué)增稠”）。非締合型增稠劑的功效主要受聚合物的分子量控制；以非締合方式增稠的配方具有假塑性流變能力和高彈性。即使在用于厚漿型涂料時(shí)，這種配方也能產(chǎn)生良好的抗沉降穩(wěn)定性和低流掛性，非締合型增稠體系通常表現(xiàn)出有限的流動(dòng)性。聚合物的高分子量有時(shí)可引起兼容性問(wèn)題，例如絮凝。
締合型流變助劑，締合型流變改性劑通過(guò)增稠劑分子的疏水性端基與自身和涂料成分之間的非特異性相互作用增稠，可形成一種所謂的“物理狀物”，在恒定的剪切條件下，配方的粘度通常隨著時(shí)間的推移而下降，這是因?yàn)樗哪z結(jié)構(gòu)會(huì)被分解。如果移除剪切作用，涂料將會(huì)逐漸恢復(fù)至其初始粘度。特定等級(jí)或礦物質(zhì)類(lèi)型對(duì)于增稠水性體系十分有效，其他類(lèi)型則適合于溶劑基涂料。在一種介質(zhì)或其他介質(zhì)中的應(yīng)用主要取決于增稠劑的顆粒表面，該顆粒表面可經(jīng)過(guò)有機(jī)改性而使增稠劑具有疏水性，以適用于溶劑基涂料。
4．水基體系和溶劑基體系不同流變助劑應(yīng)用
水基介質(zhì)
5．常用流變助劑分類(lèi)及特性
·堿性可膨脹乳液(ASE) —適用于水基油漆和涂料的堿性可膨脹乳液
·疏水改性堿性可膨脹乳液(HASE) —適用于水基油漆和涂料的疏水改性堿性可膨脹乳液；
·疏水改性聚氨酯(HEUR) —適用于水基油漆和涂料的基于疏水改性聚氨酯衍生物的非離子締合性增稠劑；
·疏水改性聚醚（HMPE) —適用于水基油漆和涂料的基于疏水改性聚醚衍生物的非離子締合性增稠劑；
·綠坡縷石（無(wú)機(jī)流變改性劑）、基于蓖麻油的觸變膠—由經(jīng)特殊加工的綠坡縷石（一種水合硅酸鋁鎂）制成的無(wú)機(jī)增稠劑和懸浮劑。
1) 非離子締合型流變助劑（聚氨酯、聚醚）
對(duì)于配方來(lái)說(shuō)主要優(yōu)點(diǎn)：廣泛的流變特性、在多種樹(shù)脂體系中非常有效、非PH依賴性、改善耐擦洗性、對(duì)吸水量和耐水白影響較小、出色的流平性、減少飛濺；
局限性：其他成分（表面活性劑、溶劑、聚合物分散體、顏料、）可能會(huì)影響增稠性能。
與其他常用增稠劑相比，聚氨酯和聚醚締合型流變改性劑具有一系列優(yōu)點(diǎn)。
· 可形成多種流變特性；在多種樹(shù)脂類(lèi)型中有效；
· 易于輥涂和噴涂；
· 改善了涂布特性；
· 優(yōu)化了流動(dòng)性、流平性和抗流掛性；
2) 丙烯酸流變助劑
對(duì)于配方來(lái)說(shuō)的主要優(yōu)點(diǎn)： 較強(qiáng)的剪切稀釋作用（假塑性）、 抗沉降和抗流掛、杰出的噴涂特性、良好的著色后粘度穩(wěn)定性、易于操作；低粘度；
局限性：pH 敏感性、Ca++ 離子敏感性、有限的防水性和耐擦洗性、易水白；
堿性可膨脹乳液的中和導(dǎo)致聚合物顆粒堿性可膨脹乳液的中和導(dǎo)致聚合物顆粒膨脹和粘度增加（“流體動(dòng)力學(xué)增稠”）
疏水改性堿性可膨脹乳液增稠劑與堿性可膨脹乳液增稠劑類(lèi)似，以聚電解質(zhì)主鏈為基礎(chǔ)，但其具有額 外的支鏈；疏水性基團(tuán)。
3) 綠坡縷石—水合硅酸鋁鎂
綠坡縷石流變改性劑可在多種液體體系中提供廣泛的性能優(yōu)勢(shì)，采用特殊加工的綠坡縷石（一種水合硅酸鋁鎂）和粘土礦物漂白土系列的主要產(chǎn)品制成，擁有以下理想配方：3MgO – 1.l2O3 – 8SiO2 -9H2O，是一種超細(xì)的礦物質(zhì)，含有亞微米顆粒束。當(dāng)亞微米顆粒束均勻分散到液體體系中時(shí)，膠體顆粒相互作用形成狀物，可捕獲液體和更小的顆粒，并使較大的顆粒懸浮，是一種極其有效的可在廣泛的液體體系中提供一致的性能。制造商用它來(lái)*或部分替代較為昂貴的流變劑，以期在產(chǎn)品的生命周期中獲得它所帶膠凝劑、觸變膠和懸浮劑來(lái)的各種優(yōu)勢(shì)。
相比其他常用增稠劑和懸浮劑，綠坡縷石流變改性劑產(chǎn)品具有明顯的優(yōu)勢(shì)：
· 在配制過(guò)程中，Attagel 膠體粘土易于分散在水基和溶劑基體系中；
· 在配制中提供了廣泛的寬容度，因?yàn)樗鼈儽举|(zhì)上具有惰性，而且與大多數(shù)助劑兼容，可耐受大多數(shù)物理和化學(xué)環(huán)境；
· 無(wú)需特殊溶劑、活化劑或改性劑，除了在建議使用表面活性劑的溶劑基體中；
· 在終應(yīng)用中，可輔助脫水收縮控制、抗流掛、成膜、流平、防飛濺、鋪展性、拉絲、著色強(qiáng)度和覆蓋；
· 儲(chǔ)存期間產(chǎn)品可減少液體分離（脫水收縮），不膨脹，在廣泛的 pH 值和溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定，不溶于有機(jī)液體，并且通常能夠抗沉降；
4) 基于羥化蓖麻油的有機(jī)觸變膠—適用于溶劑體系的流變助劑
為了控制溶劑基涂料的流變能力或增加其粘度，使用了許多不同的有機(jī)和無(wú)機(jī)活性物質(zhì)的氫化蓖麻油可以在不同的涂料體系中提供穩(wěn)定的增稠作用。同時(shí)，這些產(chǎn)品還具有高觸變性，因此可以應(yīng)用較大的膜厚度。垂直表面上厚膜的流掛得以有效預(yù)防，并且還改善了工作和流動(dòng)特性。顏料沉降也大大減少都是經(jīng)過(guò)微粒化的粉末。其用途和工作機(jī)理如下所示：
基于氫化蓖麻油的有機(jī)觸變膠，適用于非水性配方：
·在不同涂料體系中提供穩(wěn)定的增稠作用，還具有高觸變性；
·流掛得以有效預(yù)防，同時(shí)改善了工作和流動(dòng)特性，顏料沉降大大減少；
· 需要足夠的剪切力來(lái)確保 粉末充分分散。優(yōu)選在添加顏料前于高速碾磨機(jī)中制備預(yù)凝膠;
· 必須遵守特定的溫度限制