| PCI杂志着色时粘度保持的关联增稠剂

流变学是水性涂料研究的一个重要课题。与溶剂型涂料相比，增稠剂有更大的变化，如纤维素醚、丙烯酸酯、膨润土或缔合增稠剂组。在高质量水性涂料中，相对于其他增稠剂，缔合增稠剂正在发挥重要作用。这是由于其独特的优势，导致更好的水平，更好的刷阻力和减少飞溅在湿应用。它们还赋予干燥漆膜更好的耐水性。这些特性是由于它们的一般化学结构而获得的。

缔合增稠剂是以水溶性聚合物为基础的聚合物。这些可以是丙烯酸酯聚合物，纤维素醚或高质量的非离子型产品，聚乙二醇。它们被不溶于水的疏水基覆盖，比如脂肪醇。在水溶液或乳化液中，这些聚合物形成一个网络，增加粘度。水溶性主链聚合物溶于水。疏水帽吸附在疏水乳液聚合物颗粒上，或与来自其他聚合物的疏水分子形成胶束结构。由于每个缔合增稠剂聚合物包含至少两个疏水帽，结果是乳液内的三维网络。这增加了粘度。主要影响高剪切粘度和中剪切粘度。因此，它比所有其他增稠剂更能改善防飞溅和刷拖。 (Figure 1)

氨基质体结合增稠剂

对于基于聚乙二醇的高级缔合增稠剂，疏水帽在大多数情况下通过与二异氰酸酯反应形成聚氨酯连接到聚乙二醇。因此，该产品是聚氨酯增稠剂，通常称为HEUR(疏水改性乙氧基聚氨酯增稠剂)或仅为pu增稠剂。在我们的例子中，这种连接是通过使用氨基质体而不是二异氰酸酯来完成的。这形成了一类新的和改进的结合增稠剂，具有突出的优点，我们称之为HEAT(疏水改性乙氧基化氨基质体增稠剂)。(图2)

在大多数情况下，氨基质体连接比二氨基甲酸乙酯基团更亲水，更溶于水。这是显而易见的，因为与混浊的pu增稠剂溶液相比，所有的氨基质体聚合物都是透明的溶液。形成聚合物的反应是一个吸热平衡反应和缩合反应。这样可以更好地控制反应，并允许聚合物成分的快速变化。二异氰酸酯反应是一个非平衡放热加成反应。这更难控制。聚合物成分的变化更难处理。因此，聚氨酯化学反应不太灵活。

使用特殊的氨基质体可以很容易地改变疏水帽的数量。使用氨基质体连接分子，它有四个反应基团。这四个官能团并不都立即反应，但其中两个官能团反应相当快。线性聚合物主要由聚乙二醇形成。在更强的反应条件下，第三个官能团可以被迫反应，甚至可能部分是第四个官能团。首先，线性聚合物主要是由两个疏水帽放置在聚合物的两端实现的。在这一点上，与现有的pu增稠剂相比没有太大的区别。但在这种情况下，通过添加更多的疏水醇和调整反应条件，可以迫使聚合物在聚合物主链的末端甚至中间添加更多的疏水部分。因此，可以在不改变聚合物主链组成的情况下，将相当大量的疏水性分子添加到聚合物主链中。添加高水平疏水剂的能力是氨基塑性化学的一种特殊性质，它可以产生结合增稠剂，防止在向油漆中添加乙二醇或表面活性剂时粘度下降，就像在用浓缩着色剂着色时发生的那样。

着色稳定性

结合增稠剂的一个主要缺点是其他成分和涂料添加剂对其增稠能力的强烈影响。人们已经知道，自引入结合增稠剂以来，当乙二醇或表面活性剂等溶剂添加到涂料中时，它们的增稠效率会大大降低。到目前为止，这极大地限制了它们的使用。溶剂或表面活性剂有疏水部分。这些干扰了缔合增稠剂的疏水帽，阻碍它们形成完整的三维网络。疏水分子从乳液颗粒表面解吸的原因是这些分子的疏水部分或胶束结构被削弱。在大多数情况下，涂料配方商并不知道所有添加剂的化学成分，因此，在添加或交换添加剂时，总是有很强的潜在问题来源。一般来说，这种情况总是发生在通过添加着色剂而使基础漆着色时。着色剂是含有大量润湿剂和乙二醇的颜料浓缩物，以保持颜料在体系中的稳定并保持低粘度。乙二醇被用来改善这些着色剂的润湿性，并使它们在各种不同的体系中兼容，甚至在溶剂型体系中也是如此。 (Figure 3)

实验

如上所述，氨质体技术允许在聚合物主链上添加更多的疏水性基团。试验采用不同数量的疏水剂，不改变聚乙二醇和氨基质体连接基团的数量和比例。以4%、6%和8%的疏水性合成聚合物。如果使用相同的聚乙二醇和脂肪醇，而二异氰酸酯是连接基团而不是氨基质体，那么可以连接到聚合物主链上的疏水分子的最大数量将只有大约5.5%。这个水平假设末端异氰酸酯成为疏水性的一部分。为了进行比较，我们使用了竞争性异氰酸酯衍生的缔合增稠剂，我们假设它在分子中具有相当高的疏水性。这是从它们的伪塑性增厚中得出的结论，这是聚合物中大量疏水分子的典型特征。(图4)

测试系统是简单的乳胶测试配方或完整的缎面涂料配方。乳胶试验配方如下:

均匀掺入后4小时，用波林流变仪以100 1/秒的剪切速率测定粘度。所测试的乳液为Acronal 290D(苯乙烯-丙烯酸酯乳液，BASF)。

为了测试溶剂和润湿剂的影响，在乳胶配方中加入了典型的乙二醇，如丙二醇和丁二醇，以检查其对降粘的影响。一种典型的非离子表面活性剂，十二烷氧基醚(6EO)，被添加作为润湿剂。使用的着色剂是市售牌号(Luconyl, BASF)。测试了含乙二醇的标准版本和不含voc的新版本。

结果

添加乙二醇或非离子型表面活性剂得到了预期的结果。对于含有少量疏水剂的氨基质体结合增稠剂和类似的聚氨酯增稠剂，可以观察到粘度的强烈降低。在氨基质体结合增稠剂上添加更多的疏水剂(高达8%)，可获得抗粘度下降性能更好的产品。随着疏水剂含量的增加，粘度下降明显减小。(图5)

这也可以用市售的着色剂重复。结果相似。在所有情况下，添加8%疏水剂的氨基体结合增稠剂对溶剂和表面活性剂的影响更稳定。(图6 - 9)

为了在完整的涂料配方中证实这些发现，制备了一种缎面光泽涂料(见表)，并添加了市售的着色剂。同样在这里，含有8%疏水性的氨基质体结合增稠剂在与着色剂着色时显示出更小的粘度下降。(图10)

讨论

为什么具有高疏水性的氨基质体结合增稠剂在着色时表现出更稳定的粘度?所提出的机制相当简单。首先是使用特殊的强疏水剂，它可以抵抗乳液颗粒和胶束被其他疏水成分解吸。但第二，也是最重要的，是附加的疏水分子，它们被放置在聚合物的主干上。这就产生了分子内的相互作用，阻止了聚合物的完全展开。当添加着色剂时，所含的疏水成分会破坏分子内的相互作用。这使聚合物展开得更彻底，并抵消了由疏水相互作用的破坏引起的正常粘度损失。

总结

当含有着色剂的溶剂或表面活性剂添加到涂料中时，现有的结合增稠剂显示出典型的粘度降低。随着氨基胶基缔合增稠剂的新化学家族的出现，有可能克服这一问题。Optiflo TVS是一种新型的氨基质体化学，可以在增稠聚合物中添加更多的疏水剂。当涂料使用着色剂着色时，这些具有高疏水性含量的新缔合增稠剂聚合物的粘度稳定性显著提高。c

Optiflo TVS可从S¿d-Chemie购买。欲了解更多信息，请联系Klaus Dziwok博士，S¿d-Chemie Ag，网址:klaus.dziwok@sud-chemie.com。

本文在第7届纽伦堡大会上发表，欧洲涂料展，2003年4月，德国纽伦堡。