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膨润土在水性涂料中应用实例分析

2019-10-09

本文以重水为分散相的乳胶漆配方为例,通过不同类型膨润土、增稠剂的复配,分析其在该配方体系的流变粘度影响规律。

    一、概述

    膨润土又称为蒙脱石、硅酸镁铝,是一种片层状的铝镁硅酸盐粘土材料,也是天然二维纳米材料,其单片层厚度仅为0.93~0.96nm。自然界中存在的蒙脱石多数以片层堆叠型式存在。蒙脱石片层天然带有电负性,在蒙脱石片层与片层之间充斥着可交换性阳离子。一般根据蒙脱石片层间可交换离子种类对蒙脱石进行分类,如:钙基蒙脱石、钠基蒙脱石、氢基蒙脱石等等。

    膨润土片层可以在水中悬浮、分散、剥离,形成具有触变性能的凝胶。尤其是钠基蒙脱石,可形成稳定的触变凝胶体。膨润土在水性涂料中的应用,可以起到良好的悬浮、防沉降、触变、增稠性能,尤其是对涂料的储存稳定性有着良好的使用效果。

    膨润土在水中分散,端面和层面间相互连接形成类似“卡片屋”的互穿网状结构,实现其增稠、悬浮和触变性能。水中的电解质含量对膨润土的悬浮、增稠性能影响较明显。

    本文以采用重水为分散相的乳胶漆配方为例,研究膨润土与不同类型的水性增稠剂复配对乳胶漆流变性能的影响规律。

    二、试验部分

    2.1原材料及配方

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表1、乳胶漆配方表

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表2、原料类型及厂家表

    2.2样品制备

    将膨润土与增稠剂按比例称量,并进行干粉共混,得到待测样品。样品标号及对应方案如表3所示。

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表3、测试样品方案表

    2.3乳胶涂料制备方法

    在测试过程中,重钙的加入使得体系的粘度过高,无法用旋转粘度计进行粘度测试,因此在评价过程中,去掉重钙,保持其他组分不变。

    按照配方要求,称取定量膨润土,加入水中搅拌分散15分钟,搅拌机转速1500rpm;然后计入纤维素,1500rpm搅拌15分钟,再加入消泡剂和乳液,1000rpm搅拌15分钟,得到乳胶漆样品。

    2.4评价方法

    采用brookfieldRV2型旋转粘度计,对乳胶漆进行流变粘度测试。

    三、数据分析

    3.1增稠剂种类的影响

    将2#,3#,4#和6#样品按照2.1乳胶漆配方进行计量,按照2.3的方案进行乳胶漆样品制备。然后测试对应乳胶漆样品的在不同储存时间下的流变粘度。结果如图1-3所示。

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图1、SMP-N与增稠剂复配在乳胶漆中的流变粘度变化图(即时粘度)

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图2、SMP-N与增稠剂复配在乳胶漆中的流变粘度变化图(放置2天粘度)

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图3、SMP-N与增稠剂复配在乳胶漆中的流变粘度变化图(放置6天粘度)

    从图中可以看出,添加膨润土或膨润土与增稠剂的复合物后,乳胶漆的粘度明显升高,尤其是低剪切粘度(6rpm)升高明显。2#,3#,4#和6#四个样品中,6#样品流变粘度值*。随着放置时间的延长,乳胶漆均出现不同程度的降黏,但6#样品的粘度值仍是所测试样品中粘度值较高的样品。

    3.2HPMC用量的影响

    将2#,5#,6#、7#和8#样品按照2.1乳胶漆配方进行称量,按照2.3的方案进行乳胶漆样品制备。然后测试对应乳胶漆样品的在不同储存时间下的流变粘度。结果如图4-6所示。

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图4、不同HPMC用量样品在乳胶漆中的流变粘度变化图(即时粘度)

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图5、不同HPMC用量样品在乳胶漆中的流变粘度变化图(放置2天粘度)

图6、不同HPMC用量样品在乳胶漆中的流变粘度变化图(放置6天粘度)

图6、不同HPMC用量样品在乳胶漆中的流变粘度变化图(放置6天粘度)

    从图中可以看出,随着增稠剂HPMC用量的增加,乳胶漆样品粘度呈上升趋势。但随着放置时间的延长,乳胶漆样品的粘度出现波动,放置2天的样品粘度高于即时样品,放置6天后粘度又开始下降。综合分析,5#样品的粘度波动相对较小。

    3.3HPMC与不同膨润土复配的影响

    将5#,9#和10#样品按照2.1乳胶漆配方进行称量,按照2.3的方案进行乳胶漆样品制备。然后测试对应乳胶漆样品的在不同储存时间下的流变粘度。结果如图7-9所示。

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图7、HPMC与不同型号膨润土复配样品在乳胶漆中的流变粘度曲线(即时粘度)

图8、HPMC与不同型号膨润土复配样品在乳胶漆中的流变粘度曲线(放置2天粘度)

图8、HPMC与不同型号膨润土复配样品在乳胶漆中的流变粘度曲线(放置2天粘度)

图9、HPMC与不同型号膨润土复配样品在乳胶漆中的流变粘度曲线(放置6天粘度)

图9、HPMC与不同型号膨润土复配样品在乳胶漆中的流变粘度曲线(放置6天粘度)

    从图中可以看出,三个样品中,5#样品粘度*,但随着放置时间的变化,粘度波动较大,其次是10#样品,粘度随放置时间波动*小。

    将10#样品与1#样品做对比,结果如图10-12所示。

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图10、1#和10#样品在在乳胶漆中的流变粘度曲线(即时粘度)

图11、1#和10#样品在在乳胶漆中的流变粘度曲线(放置2天粘度)

图11、1#和10#样品在在乳胶漆中的流变粘度曲线(放置2天粘度)

    图12、1#和10#样品在在乳胶漆中的流变粘度曲线(放置6天粘度)

    从图中可以看出,1#和10#样品在本文的涂料配方中使用,表现出相似的粘度和流变特性。

    四、结论

    1、在以重水为分散相的乳胶漆配方中,膨润土也可以起到明显的增稠性能,但随着放置时间的延长,其粘度值下降。

    2、在本实验所用的以重水为分散介质的乳胶漆配方中,PAAS、JK1002和HPMC三种增稠剂分别与钠基膨润土复配,其中HPMC与钠基膨润土复配表现出更加优异的增稠性能。

    3、三种钠基膨润土SMP-N,SMF-N和SMY-1按相同比例与HPMC复配,SMY-1表现出的稳定性更加优异;

    4、SMY-1与HPMC复配可达到与bentoneGS相似的增稠流变性能。