减少挥发性有机化合物(VOCs)的立法和法规不断增加,继续推动涂料市场转向替代技术,并扩大水性配方的使用,以帮助确保合规性。2022世界杯八强水位分析然而,制定水性涂料,以产生所需的美学和所需的性能提出了自己独特的挑战。特别是,水性涂料的流动行为很难建立和保持。在这篇文章中,我们回顾了在水性体系中开发最佳流变性的挑战,以及如何使用非离子合成结合增稠剂(NISATs)来解决这些问题。我们还解决了NISATs出现的特定限制(色调粘度保留),以及我们的下一代色调粘度稳定剂如何帮助缓解这一问题。

涂层的流变性对其制造、稳定性、外观和功能性能的整体成功至关重要。在传统的溶剂剂型中,较高的树脂分子量有助于控制最终剂型的流动行为,特别是中间剪切粘度和应用粘度。然而,在水性涂料中,粘结剂是乳化乳胶,具有像水一样的整体流动行为,缺乏所需的流变性。图1显示了剪切速率增加时水性涂料所需的流变特征(浅蓝色线)和应用后相应的恢复(深蓝色线)。当与涂料配方中使用的典型乳胶的粘度分布进行比较时,很明显,正确的流变改性剂的使用对于确保我们获得所需的特性和性能更为重要。

乳胶系统固有地产生较差的应用性能。结合增稠剂是提高乳胶体系应用性能的关键。
图1:乳胶系统固有地产生较差的应用性能。结合增稠剂是提高乳胶体系应用性能的关键。

虽然有几种可用于水性涂料的流变改性剂,包括结合型和非结合型,但结合型增稠剂,特别是NISATs,通常是首选,因为其整体流变特性可以改善应用和成膜,同时还可以平衡涂料的抗下沉性和流平性。此外,非离子型在固化膜中提供了最佳的耐水性,从而获得更好的耐久性,更少的污垢吸附,并改善了抗污渍和防霉性。NISATs是一种水溶性聚合物,通常端封有不溶于水的疏水基团。顾名思义,这些增稠剂通过疏水结合起作用。聚合物的疏水部分将相互结合,并与乳胶颗粒的表面和系统中存在的其他疏水材料相结合。开发了一个可逆连接的憎水相互作用的三维网络,它将单个乳胶颗粒连接在一起,并增加了固定性和粘度。

然而,缔合增稠剂的一个主要缺点是,当溶剂或表面活性剂引入到体系中时,它们的增稠效率可能会降低(图2)。增稠剂分子上疏水性基团的缔合是非特异性的,表面活性剂的存在可能会破坏与乳胶颗粒的预期网络。使用通用着色剂的着色,特别是深底和中性底,在配方中添加了大量这些成分,使其难以保持性能。当涉及到与乳胶颗粒的结合时,缔合增稠剂的疏水基与表面活性剂的疏水基之间存在竞争。由于缔合增稠剂疏水基的解吸和溶剂化以及胶束形成的破坏,产生了较弱的缔合网络。

两亲性组分如助溶剂、表面活性剂等的流入可导致溶剂化、解吸或缔合增稠剂疏水结构的破坏。
图2:两亲性组分如助溶剂、表面活性剂等的流入可导致溶剂化、解吸或缔合增稠剂疏水结构的破坏。

在过去,人们采用了各种方法来解决粘度损失问题,要么使用非缔合增稠剂,如HEC(羟基乙基纤维素)或ASE(碱膨胀性乳剂),要么显著增加基础漆的粘度,以保持着色粘度。然而,这些方法也有其缺点,包括调平效果差,成本较高,泵送和填充困难,水敏感性增加,随着着色颜色的变化,着色粘度范围很广。

nisat通常以水溶性聚乙二醇(PEG)为基础,含有大量重复的环氧乙烷单元。然而,它们需要进一步的反应才能在聚合物上添加疏水基团以与乳胶颗粒缔合。

NISAT最常见的类型是HEUR或聚氨酯增稠剂,通常这类增稠剂在着色时粘度稳定性差。化学反应包括聚乙二醇与二异氰酸酯的反应和端盖与疏水基团。由于异氰酸酯是双官能团,倾向于开发具有疏水端盖的线性聚合物。这种线性结构限制了分支的数量和可纳入聚合物的疏水单元的数量,不太适合设计颜色粘度稳定剂(TVS)。

第一代色彩粘度稳定剂

因此,第一代TVS是基于新开发的热化学(图3)而创建的。它使用氨基质体交联剂而不是异氰酸酯。氨基质体提供了更多的功能,使我们能够为结合添加更多的疏水位点,并增加生产更多分支聚合物结构的可用性。

使用HEAT(疏水乙氧基化氨基质体技术)缔合增稠剂,疏水分子不一定位于聚合物的末端。对于大多数HEUR(疏水乙氧基聚氨酯)缔合增稠剂,疏水分子位于聚合物的末端,通常是线性的。
图3:使用HEAT(疏水乙氧基化氨基质体技术)缔合增稠剂,疏水分子不一定位于聚合物的末端。对于大多数HEUR(疏水乙氧基聚氨酯)缔合增稠剂,疏水分子位于聚合物的末端,通常是线性的。

我们认为分支结构和疏水浓度的增加通过两种机制帮助支持颜色粘度的保持。首先,疏水基团的强度和数量使得表面活性剂不太可能从乳胶表面吸附增稠剂或中断胶束形成。其次,疏水性基团的独特结构和分布产生了分子内吸引或自结合,限制了其最初的贡献,但当添加着色膏时,分子内吸引被破坏时,这种吸引就完全实现了。这也有一个额外的好处,即限制了基底的初始流变贡献,并允许添加更多的NISAT,而不会显著增加基底粘度。分支、增加的疏水单元和基底的潜在增厚的组合都在着色时减少粘度损失方面发挥作用。

尽管它能有效地保持着色后的粘度,但热化学有两个缺点——第一个是监管方面的问题。这种化学反应确实会产生少量的甲醛,约为百万分之数十,但仍足以引起零容忍配方师的关注。其次,与使用典型HEUR的公式相比,牺牲了一些水平。我们所需要的是不考虑调节因素的HEAT化学的粘度保留,以及通常在聚氨酯化学中看到的垂度和流量之间的改善平衡。

下一代色调粘度稳定剂

为了解决这些限制,我们的下一代色调粘度稳定剂具有基于HEUR化学的增强分子结构,但保留了像第一代HEAT聚合物中提供的高度疏水位点(图4)。这些独特的疏水单元被创建为与乳胶表面有多个接触点,这使得在添加着色剂时,这种结合保持完整。通过这种工程疏水基来平衡分支结构和更疏水的结构,我们可以防止粘度损失,并创建更平衡的流变性剖面。此外,与HEAT技术相比,改进了材料处理。下一代TVS不受高功能交联剂的限制,因此可以提供更高的活性水平,并且更容易与水性涂料结合。

与典型的HEUR聚合物相比,有更多的疏水位点,允许更大的粘度保持。
图4:与典型的HEUR聚合物相比,有更多的疏水位点,允许更大的粘度保持。

虽然这两种技术都能很好地保持2022世界杯八强水位分析着色后的粘度稳定性,但下一代技术解决了热化学固有的局限性。不含VOC, APEO和锡。这种第二代流变改性剂在多种涂料行业常见乳胶类型的多个深基体系中进行了评估,性能结果是一致的——强粘度保持力,相当的抗凹陷性,以及流动性和流平性的改善。下面我们重点介绍两种体系:100%丙烯酸乳液和中等油醇酸乳液。每个系统都用12盎司的灯黑、酞蓝和红色氧化铁着色。在采用传统HEUR的丙烯酸系统中,Stormer粘度降平均为30克雷布斯单位(KU),而两代电视的平均粘度降均低于10 KU。当比较两代人的垂阻和水平时,我们发现垂阻结果(柱)相当,水平(弹)略好。在水性醇酸中,与典型的HEUR相比(损失35 KU vs 7 KU),具有显著的着色粘度保护作用,并且新化学物质改善了流动/凹陷平衡(图5)。

第二代色粘稳定剂(TVS)在深基丙烯酸和水性醇酸中的效果。 第二代色粘稳定剂(TVS)在深基丙烯酸和水性醇酸中的效果。
图5:第二代色粘稳定剂(TVS)在深基丙烯酸和水性醇酸中的效果。

水性涂料中最佳的整体流变性平衡是由非离子缔合增稠剂实现的。这些产品也最不敏感的水分和提供最好的耐久性。着色-特别是在深碱性和中性碱性-会破坏联想网络,产生低粘度和性能差的涂层。然而,使用着色粘度稳定剂可以显著提高性能,而不会出现使用变通方法时出现的任何缺点。BYK使用两种化学物质来生产粘性保持聚合物,帮助保持色调粘度。第一代热化学和基于HEUR专利技术的新化学。这种新型化学物质不仅可以防止粘度下降,还可以减少调节,改善操作,提高活性,增强凹陷/流平平衡,提高颜色接受度和稳定性。