水性涂料增稠劑和潤(rùn)濕分散劑的作用機(jī)理
水性涂料增稠劑和潤(rùn)濕分散劑的作用機(jī)理
纖維素類增稠劑纖維素類增稠劑的增稠機(jī)理是疏水主鏈與周圍水分子經(jīng)過(guò)氫鍵締合，進(jìn)步了聚合物自身的流體體積，減少了顆粒自在活動(dòng)的空間，然后進(jìn)步了系統(tǒng)黏度。也能夠經(jīng)過(guò)分子鏈的環(huán)繞完成黏度的進(jìn)步，表現(xiàn)為在靜態(tài)和低剪切有高黏度，在高剪切下為低黏度。這是因?yàn)殪o態(tài)或低剪切速度時(shí)，纖維素分子鏈處于無(wú)序狀況而使系統(tǒng)呈現(xiàn)高粘性；而在高剪切速度時(shí)，分子平行于活動(dòng)方向作有序擺放，易于彼此滑動(dòng)，所以系統(tǒng)黏度下降。聚丙烯酸類增稠劑其增稠機(jī)理是增稠劑溶于水中， 經(jīng)過(guò)羧酸根離子的同性靜電斥力，分子鏈由螺旋狀擴(kuò)展為棒狀，然后進(jìn)步了水相的黏度。別的它還經(jīng)過(guò)在乳膠粒與顏料之間架橋構(gòu)成網(wǎng)狀布局，增加了系統(tǒng)的黏度。締合型聚氨酯類增稠劑的分子布局中引進(jìn)了親水基團(tuán)和疏水基團(tuán)，使其呈現(xiàn)出必定的外表活性劑的性質(zhì)。當(dāng)它的水溶液濃度超越某一特定濃度時(shí)，構(gòu)成膠束，膠束和聚合物粒子締合構(gòu)成網(wǎng)狀布局，使系統(tǒng)黏度增加。另一方面一個(gè)分子帶幾個(gè)膠束， 下降了水分子的遷移性，使水相黏度也提高。這類增稠劑不只對(duì)涂料的流變性發(fā)生影響， 而且與相鄰的乳膠粒子間存在彼此效果，若是這個(gè)效果太強(qiáng)會(huì)導(dǎo)致乳膠分層。無(wú)機(jī)增稠劑膨潤(rùn)土是一種層狀硅酸鹽， 吸水后脹大構(gòu)成絮狀物質(zhì)，具有杰出的懸浮性和分散性，與恰當(dāng)?shù)乃?lián)系成膠狀體，在水中能釋放出帶電微粒，增加系統(tǒng)黏度。
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潤(rùn)濕實(shí)際上是一個(gè)表面置換過(guò)程，潤(rùn)濕劑分子將顏填料表面的空氣置換移去,從而降低液/固之間的界面張力, 增強(qiáng)顏填料親液性達(dá)到提高分散效率和分散穩(wěn)定性目的。實(shí)際上顏填料的潤(rùn)濕分散和穩(wěn)定是三個(gè)不可分離的過(guò)程; 潤(rùn)濕主要目的是降低物質(zhì)的界面張力, 很多的粉體顏填料如果不經(jīng)潤(rùn)濕降低其表面張力會(huì)導(dǎo)致它們的分散時(shí)間長(zhǎng)甚至分散不佳; 分散是粉體顏填料多聚體在外力作用下分離的過(guò)程; 而穩(wěn)定是粉體顏填料經(jīng)分散后不再發(fā)生絮凝的過(guò)程。顏填料團(tuán)塊的機(jī)械分散可通過(guò)高速分散機(jī)、砂磨機(jī)及三輥研磨機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn); 緊密粘連的粒子將被壓碎從而得到一定細(xì)度的顏填料, 其中決定性的一步是通過(guò)加入分散劑將分散開(kāi)的粒子穩(wěn)定下來(lái)。為了使顏填料在涂料體系中充分分散并形成穩(wěn)定的體系,需滿足以下基本條件：
一是先顏填料能被介質(zhì)很好地潤(rùn)濕；
二是由于初級(jí)顏填料粒子粘連而產(chǎn)生的多聚體須被分散開(kāi)；
三是得到的良好分散體系須是穩(wěn)定的,即二次結(jié)塊須被壓制,要使顏填料分散體達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的前提條件是潤(rùn)濕分散劑須牢牢吸附在顏填料顆粒表面上構(gòu)成電荷作用或空間位阻效應(yīng),使分散體處于穩(wěn)定狀態(tài)。
表面活性劑都由親水基及親油基組成, 當(dāng)與固體表面接觸時(shí),親油基附著于固體表面,親水基向外伸向液體中,使液體在固體表面形成連續(xù)相,這就是潤(rùn)濕作用的基本原理。潤(rùn)濕劑是結(jié)構(gòu)中帶有親水基、親油基兩個(gè)基團(tuán)的表面活性劑, 它可降低液體和固體表面之間的界面張力, 使固體表面易于為液體所濕潤(rùn),使膠乳與顏料表面得以充分接觸。分散劑是實(shí)現(xiàn)被潤(rùn)濕的顏料粒子的充分、穩(wěn)定的分散,提高固體粒子在液體中的懸浮性能。常用的分散劑分為無(wú)機(jī)分散劑和有機(jī)分散劑兩大類。無(wú)機(jī)分散劑包括磷酸鹽、硅酸鹽等,使用多的是六偏磷酸鈉;有機(jī)分散劑包括聚丙烯酸鹽類、聚異丁烯順丁烯二酸鹽類等。通常有機(jī)、無(wú)機(jī)兩類分散劑復(fù)合的效果較佳。分散劑是一種在分子內(nèi)同時(shí)具有親油性和親水性兩種相反性質(zhì)的界面活性劑。可均一分散那些難于溶解于液體的無(wú)機(jī)、有機(jī)顏料的固體顆粒,同時(shí)也能防止固體顆粒的沉降和凝聚,形成安定懸浮液所需的藥劑。分散劑作用機(jī)理：吸附于固體顆粒的表面,使凝聚的固體顆粒表面易于濕潤(rùn)。高分子型的分散劑,在固體顆粒的表面形成吸附層,使固體顆粒表面的電荷增加，提高形成立體阻礙的顆粒間的反作用力。使固體粒子表面形成雙分子層結(jié)構(gòu), 外層分散劑水有較強(qiáng)親合力,增加了固體粒子被水潤(rùn)濕的程度，固體顆粒之間因靜電斥力而遠(yuǎn)離；使體系均勻，懸浮性能增加，不沉淀，使整個(gè)體系物化性質(zhì)一樣,使用分散劑能安定地分散液體中的固體顆粒。水性涂料使用的分散劑須水溶， 它們被選擇地吸附到粉體與水的界面上。目前常用的是陰離子型，它們?cè)谒须婋x形成陰離子，并具有一定的表面活性，被粉體表面吸附。粉狀粒子表面吸附分散劑后形成雙電層,陰離子被粒子表面緊密吸附，被稱為表面離子。在介質(zhì)中帶相反電荷的離子稱為反離子。它們被表面離子通過(guò)靜電吸附， 反離子中的一部分與粒子及表面離子結(jié)合的比較緊密，它們稱束縛反離子。它們?cè)诮橘|(zhì)成為運(yùn)動(dòng)整體，帶有負(fù)電荷，另一部分反離子則包圍在周圍，它們稱為自由反離子,形成擴(kuò)散層。這樣在表面離子和反離子之間就形成雙電層。微粒所帶負(fù)電與擴(kuò)散層所帶正電形成雙電層，稱動(dòng)電電位。所有陰離子與陽(yáng)離子之間形成的雙電層，相應(yīng)的電位。
起分散作用的是動(dòng)電電位而不是熱力電位，動(dòng)電電位電荷不均衡,有電荷排斥現(xiàn)象,而熱力電位屬于電荷平衡現(xiàn)象。如果介質(zhì)中反離子的濃度，而擴(kuò)散層中的自由反離子會(huì)由于靜電斥力被迫進(jìn)入束縛反離子層，這樣雙電層被壓縮，動(dòng)電電位下降，當(dāng)全部自由反離子變?yōu)槭`反離子后，動(dòng)電電位為零，稱之為等電點(diǎn)。一個(gè)穩(wěn)定分散體系的形成，除了利用靜電排斥，即吸附于粒子表面的負(fù)電荷互相排斥，以阻止粒子與粒子之間的吸附/聚集而形成大顆粒而分層/沉降之外， 還要利用空間位阻效應(yīng)的理論，即在已吸附負(fù)電荷的粒子互相接近時(shí)，使它們互相滑動(dòng)錯(cuò)開(kāi)， 這類起空間位阻作用的表面活性劑一般是非離子表面活性劑。靈活運(yùn)用靜電排斥配合空間位阻的理論， 既可以構(gòu)成一個(gè)高度穩(wěn)定的分散體系。高分子吸附層有一定的厚度,可以有效地阻擋粒子的相互吸附,主要是依靠高分子的溶劑化層，當(dāng)粉體表面吸附層達(dá)8～9nm時(shí)，它們之間的排斥力可以保護(hù)粒子不致絮凝。所以高分子分散劑比普通表面活性劑好。
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