新材速递:毕克化学推出新一代基于聚酰胺技术的水性增稠剂 -内参

新材速递:毕克化学推出新一代基于聚酰胺技术的水性增稠剂

来源:专家库 作者: 叶丹 2021-11-18 17:00

在几乎所有的涂料细分市场,水性涂料一直是一个热点话题。随着水性技术的发展,原先的一些以溶剂型或无溶剂作为主导的市场,也越来越多地被水性替代。调整水性体系的流变特性,对水性涂料能否成功应用起到至关重要的作用,因为只有适合实际应用的水性涂料,才能在市场上获得成功。

目前市场上已经有很多用于水性体系的流变助剂,然而很多现有的解决方案都有缺陷,譬如:添加困难、相容性问题、增稠效果受pH值影响、或者起效慢,产品起效需要较长的活化时间。不同类型的流变助剂,在使用时,添加的时间和需要的工艺都有所不同。在表1中列出了不同的类别增稠剂,在使用中的一些区别。

表1:不同类别的增稠剂在使用上的区别

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:建议使用 

o:可以有限使用

–:不建议使用

(1):需要预先稀释,对系统的总组成有很大影响。

(2):加入到磨料中时,存在被研磨料中的颜料提前吸附,可能会使得流变作用严重变差。

近几年来,在溶剂型体系中,基于聚酰胺技术的液态流变添加剂已经在市场中广泛应用。这些助剂具有强烈的假塑性流变特性,同时易于操作,也能做到后加添。(请不要将基于聚酰胺的液态流变添加剂,与长期以来市场上,作为粉末状或膏状增稠剂的二酰胺混淆。基于聚酰胺技术的流变添加剂为嵌段结构聚合物链的均质、稀薄溶液。)

迄今为止,该类产品作为溶剂型、高固体和无溶剂系统的液态流变添加剂已得到广泛认可,然而其并不能用于水性配方。不久前开发出了一款新型的基于聚酰胺的液态添加剂,可以成功用于水性系统的流变控制。这种聚合物流变添加剂的特征在于一种经过结构化处理的分子构造(图1),其聚酰胺链段不仅有在水性涂料中调整相容性的作用,同时还有一个或多个用于优化流变特性的流变增强基团。通过改变相应分子链段设计出适合不同体系不同要求的添加剂。

下文将展示一些相应使用领域的示例。

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图1 // 新型流变助剂的结构

粘度控制及更多

这种新型流变添加剂适用于不同的树脂系统,例如现在应用越来越广泛的水性环氧树脂涂料中。特别在防腐领域,对环保型涂料的需求日益增加,水性涂料是其中非常重要的解决方案。

在这些体系中,除了一般的配方粘度调整之外,配方中含有比重较重的颜料和填料颗粒,流变助剂必须具有良好的颜填料抗沉降的性能,同时在施工应用中,又能起到很好的抗流挂效果,这两点至关重要。根据以往的经验,可以使用不同类别的流变添加剂来实现对水性环氧树脂系统的增稠,例如缔合型增稠剂丙烯酸酯增稠剂、纤维素或者层状硅酸盐等。

这些添加剂在水性环氧体系中都一定的局限性, 有的在加入时无法达到所需的流变特性,有的在环氧树脂组分中储存稳定性不佳,另外还有很多产品,在加入固化剂的时候容易丧失体系原有的流变特性。这种显著的敏感性归因于增稠剂与固化剂组分本身或者其中所含配方成分(例如表面活性剂)的相互作用。这种新型的液态聚酰胺流变添加剂的特征在于剪切变稀效应很强,并且在加入环氧固化剂后,仍然能保持固有的流变特性, 如图2中所示,如果使用缔合型增稠剂,加入固化剂后体系粘度会显著下降;而如果使用新型聚酰胺基流变添加剂,粘度在加入固化剂后,所受的影响非常小。因此,缔合型增稠剂在体系中虽然能起到抗沉的作用,但是无法在喷涂时使涂层有良好的抗流挂性。而这种新型聚酰胺添加剂则能够同时满足这两种要求,因此它是一种全面的系统解决方案。

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图2 // 水性双组分环氧配方的粘度,固化剂加入到配方之前和之后的粘度对比

对于重防腐涂料,往往需要较高的膜厚来起到防腐的作用,因此这种基于聚酰胺技术的新型流变添加剂特别适合于此类用途。为了达到高层厚,除了实际的粘度外,流变特性和粘弹性特点有紧密联系。快速结构恢复和高弹性模量对涂料的抗流挂性具有积极作用。缔合型增稠剂主要作用于粘性流变特性,而这种基于聚酰胺技术的新型流变添加剂可以有效提高涂料的弹性特点。因此,在图3中可以看出,与缔合型增稠剂相比,显著改善了抗流挂性(这里以苯丙乳液清漆为例)。

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图3 // 在苯丙乳液清漆中,使用不同类型的流变助剂,抗流挂性能的对比

防沉降和抗流挂效果

流变助剂对水性清漆粘弹特性的影响,也可借助振荡测量法来判别。为了能同时评估防沉性和抗流挂效果,可以用流变仪进行“三段式的测试” Three-Interval-Time-Test (3 ITT)。

在第一个时间段内,借助振荡首先评估静止的结构,然后在第二段,通过高速剪切,破坏结构,接着在第三个时间段内,重新借助振荡,评估结构恢复的情况(图4)。我们将市场上常见的一种缔合型增稠剂和这种新型聚酰胺类增稠剂做对比,发现缔合型增稠剂在水性环氧树脂体系中,在两个振荡阶段显现出:粘性模量(G’’) > 弹性模量 (G’) 。与此对比,使用新型聚酰胺添加剂3的涂料,在两个振荡阶段显现出:弹性模量 (G’) > 粘性模量(G’’)。就是说弹性特性占优势 – 并且这是在总粘度与缔合型增稠剂类似的条件下的状况。未破坏的结构(静态)中占优势的弹性部分,以及结构恢复阶段迅速出现的弹性部分,表明使用这种基于聚酰胺技术的新型流变添加剂,可以有效改善颜填料的防沉降,同时提高体系的抗流挂效果。

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图 4 // 用于评估颜料防沉性和抗流挂的三段式的粘度测试 (3 ITT)。

防沉性和效应颜料定向

基于此类的模块化结构,这种新型聚酰胺类流变添加剂可以优化和调整与涂料配方中的特殊成分的相互作用,亦可将此类产品应用在环氧以外的体系,比如双组分聚氨酯等诸多其他体系中。

这种新型聚酰胺类流变添加剂也因其粘弹性特性,表现出在颜料定向方面的优越性能。铝粉底涂漆就是其中一例:一种良好的流变添加剂,不仅要有效的防止铝粉沉降,同时在涂布时也应提供铝粉最佳的定向效果。粘弹性也就是粘性和弹性模量对于水性底涂漆配方中效应颜料定向的重要性已在过去的文献中有说明 。

图5表明,在水性双组分聚氨酯体系中,这种新型聚酰胺类流变添加剂能明显改善的铝粉颜料的防沉性。图6中,采用同一种涂装方式,图片中的随角异色值,显示了效应颜料定向的结果。与市面上常见的丙烯酸酯增稠剂相比,使用这种新型聚酰胺类流变添加剂,显著提高了漆膜的随角异色值;通过与合成层状硅酸盐组合使用,还能优化该效应。

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图 5 // 不含(左侧)和含有(右侧)新型聚酰胺类流变添加剂的水性双组分聚氨酯铝粉底涂漆的防沉性(铝粉颜料:ECKART Hydrolan IL 2154)。

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图 6 // 双组分聚氨酯体系,有气喷涂的随角异色值。


结论

使用基于聚酰胺技术的新型流变添加剂来控制水性体系流变特性现已具可能。与传统的增稠剂相比,这类助剂不需要温度活化,低粘度故很容易添加,不需要制作预凝胶,并且可以通过调整这类添加剂的分子模块结构,设计出适合不同体系和用途的流变助剂。现在已有商业化的现成的产品,特别适合水性环氧树脂漆中使用,同时也能应用于其他水性树脂体系中,用于控制体系的流变特性。


结果概述

新型流变添加剂调整优化了用于溶剂体系的已知聚酰胺技术,使之可在水性系统中使用。

新型添加剂呈液态,易于操作,不需要温度活化和制作预凝胶。

此新型添加剂在很多水性树脂系统中都表现出良好的效果。

此新型添加剂在水性环氧树脂配方中,尤其对固化剂有良好的耐受性,也就是说加入固化剂后,不会发生粘度扰动。

这些添加剂不仅能提高粘度,而且也能控制涂料配方的粘弹性特性,因此能将其用来改善效应颜料定向等。


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