增稠剂和分散剂.pdf
增稠剂
增稠剂科技名词定义中文名称：增稠剂英文名称：thickening agent定义：能提高熔体黏度或液体黏度的助剂。
增稠剂是一种流变助剂，不仅可以使涂料增稠，防止施工中出现流挂现象，而且能赋予涂料优异的机械性能和贮存稳定性。
对于黏度较低的水性涂料来说，是非常重要的一类助剂。
有水性和油性之分。
尤其是水相增稠剂应用更为普遍。
增稠剂实质上是一种流变助剂，加入增稠剂后能调节流变性，使胶黏剂和密封剂增稠，防止填料沉淀，赋予良好的物理机械稳定性，控制施工过程的流变性(施胶时不流挂、不滴淌、不飞液)，还能起着降低成本的作用。
特别对于胶黏剂和密封剂的制造、储存、使用都很重要，能够改进和调节黏度，获得稳定、防沉、减渗、防淌、触变等性能。
[1]食品级的增稠剂-素肉粉是一种水相增稠剂，同时它也是一种油相增稠剂，也就是说，它遇水可以大量的吸水，吸水30倍时可以形成凝胶，吸水50=-100倍时，可以成糊状、吸水100-200倍时，可以使水体及含蛋白、油脂的体系形成浓郁感，质感强烈。
素肉粉是由海洋藻类及陆生植物魔芋提取，藻类在生长的过程中会通过光合作用，将海里的二氧化碳吸收，对环境有好处，在食品中添加素肉粉，也是一种爱地球、绿色环保的生存方式。
目前市场上可选用的增稠剂品种很多，主要有无机增稠剂、纤维素类、聚丙烯酸酯和缔合型聚氨酯增稠剂四类。
纤维素类增稠剂的使用历史较长、品种很多，有甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素等，曾是增稠剂的主流，其中最常用的是羟乙基纤维素。
聚丙烯酸酯增稠剂基本上可分为两种：一种是水溶性的聚丙烯酸盐；另一种是丙烯酸、甲基丙烯酸的均聚物或共聚物乳液增稠剂，这种增稠剂本身是酸性的，须用碱或氨水中和至pH8~9才能达到增稠效果，也称为丙烯酸碱溶胀增稠剂。
聚氨酯类增稠剂是近年来新开发的缔合型增稠剂。
无机增稠剂是一类吸水膨胀而形成触变性的凝胶矿物。
主要有膨润土、凹凸棒土、硅酸铝等，其中膨润土最为常用。
水性涂料粘度及增稠剂
水性涂料粘度及增稠剂一、涂料生产、储存和施工中的剪切作用和理想的流变特性二、各种型号粘度计表征的粘度三、增稠剂的种类非缔合型的增稠流变剂主要提供中低剪切粘度和假塑性，而通过缔合型增稠流变剂的选择可提供不同剪切条件下的粘度，尤其是高剪切粘度。
1)纤维素醚及其衍生物羟乙基纤维素(HEC)是大分子纤维素进入连续的水相中，通过分子链上羟乙基和羧基的水合作用及其分子间的缠绕，而增加体系粘度，当体系受到剪切作用，速率逐步增加时，HEC 分子可从无序按剪切力的方向作有序排列，变得易于滑动，粘度下降，当剪切作用力减弱时，又可逐渐回复到原有的结构，表现为触变性。
这种水相增稠的机理与所用乳液、颜料和其它助剂的关联度不大，因而匹配性较好，使用面较广，缺点是流平性差，滚涂易飞溅，生物稳定性较差纤维素分子主要靠在水中的溶胀来增稠，在水中溶胀主要是因为高分子主链与水形成氢键的结果，同时它的粘度与其分子量有很大的关系。
分子量越大，单位质量的增稠能力越大。
2.5%浓度纤维素溶液外观对比之下缔合式增稠剂本身溶液粘度一般很低，然而碱溶胀式产品在中和之后与之相似。
纤维素的分子量对粘度的影响当分子量较低时，较高的高剪切粘度可以实现，但是其用量也很高，所以并不经济。
当分子量较高时，因为增稠效果太好，使用量低。
高剪切粘度不能实现（太低），同时其它性能如流平行性也将随之消失。
在乳胶溶液中加入纤维素后，由于纤维素自身靠溶胀增稠，它将挤压乳胶粒子不断相互接近，当纤维素用量达到一定浓度，将引起乳液的絮凝。
同样的原理是用于乳胶漆中。
这里是两张实际的显微镜照片。
左图所示是没有纤维素的条件下，干燥的乳胶粒子均匀的分散。
这对涂料的性能影响很大。
右图所示，由于纤维素的加入，干燥以后的乳胶粒子不再均匀分散，其中没有粒子的地方是由于纤维素溶胀所至。
纤维素增稠引起的涂料辊涂时的飞溅现象,细小的粒子是涂料在粉刷过程飞溅所致。
纤维素类增稠剂的优缺点2)碱溶膨胀型增稠剂丙烯酸类增稠剂,包括聚丙烯酸盐及碱增稠的丙烯酸酯共聚物两个类型。
分散剂
低分子蜡是以各种聚乙烯（均聚物或共聚物）、聚丙烯、聚苯乙烯或其他高分子改性物为原料，经裂解，氧 化而成的一系列性能各异的低聚物。其主要产品有：均聚物、氧化均聚物、乙烯－丙烯酸共聚物、乙烯－醋酸乙 烯共聚物、低分子离聚物等五大类。其中以聚乙烯蜡最为常见。
常用的聚乙烯蜡平均相对分子质量为1500~4000，其软化点为102℃；其他规格的聚乙烯蜡平均相对分子质量 为10000～20000，其软化点为106℃；氧化聚乙烯蜡的长链分子上带有一定量的酯基或皂基，因而对 PVC、PE、 PP、ABS的内外润滑作用比较平衡，效果较好，其透明性也好。由于分散剂的种类和实际应用的环境很多，所以 选择合适的分散剂很重要。
微晶石蜡：由石油炼制过程中得到，其相对分子质量较大，且有许多异构体，熔点65~90℃，润滑性和热稳 定性好，但分散性较差，用量一般为 0.1%~0.2%，最好与硬脂酸丁酯、高级脂肪酸并用。
高级脂肪酸的金属盐类，称为金属皂，如硬脂酸钡（BaSt）适用于多种塑料，用量为 0.5%左右；硬脂酸锌 （ZnSt）适于聚烯烃、ABS等，用量为0．3%；硬脂酸钙（CaSt）适于通用塑料，外润滑用，用量 0.2%~1.5%； 其他硬脂酸皂如硬脂酸镉（CdSt）、硬脂酸镁（MgSt）、硬脂酸铜（CuSt）。
机理
1.吸附于固体颗粒的表面，降低液-液或固-液之间的界面张力。使凝聚的固体颗粒表面易于湿润。 2.高分子型的分散剂，在固体颗粒的表面形成吸附层,使固体颗粒表面的电荷增加，提高形成立体阻碍的颗 粒间的反作用力。 3.使固体粒子表面形成双分子层结构,外层分散剂极性端与水有较强亲合力,增加了固体粒子被水润湿的程度. 固体颗粒之间因静电斥力而远离。 4.使体系均匀，悬浮性能增加，不沉淀，使整个体系物化性质一样。 以上所述,使用分散剂能安定地分散液体中的固体颗粒。
增稠剂和分散剂的搭配技巧以及常见问题的产生原因和解决方法-1
亲水共聚物
TM
疏水共聚物
TM
快易 Orotan
1124 Orotan
731A
优 中 优 平光 - 半光 中 优
良 良 良 平光 - 高光 良 良
良 优 中 平光 - 高光 优 中
增稠剂和分散剂的 搭配技巧
分散剂与增稠剂的不良搭配
症状 :
絮凝、返粗，粘度不稳定(上升) 分层
流动性变差
遮盖力下降 光泽下降
与聚氨酯增稠剂的搭配
症状：
分水、絮凝、流动性变差、光泽降低
对策：
改用多元酸共聚物如OrotanTM 731A，其低酸 含量可减少不利影响。减少或排除小分子分散剂如 三聚磷酸钠或离子型表面活性剂也十分有益。
分散剂与增稠剂的搭配使用
多元酸均聚物 分散剂 OROTANTM快易 多元酸共聚物 亲水型分散剂 Orotan® OROTANTM1124 1124
增稠剂的加料方式
在研磨阶段颜填料分散后加入
降低搅拌转速，在保持漩涡的情况下加入增稠剂 （对于疏水碱溶性增稠剂应先加入一定量的碱） 增稠剂难于在调漆阶段添加时可采用此方式，例： 较高固含量配方 或 两种增稠剂配合使用但兼容性欠佳的配方体系
增稠剂的加料方式
调漆阶段初期加入水中
聚氨酯增稠剂应与水混合直至均匀 疏水碱溶性增稠剂应加碱中和并混合至溶解 然后在良好的搅拌条件下加入乳液及其他原料 配方中同时使用疏水碱溶性和聚氨酯增稠剂时，应 先将疏水碱溶性增稠剂加入水中并中和，然后再添 加聚氨酯增稠剂
添加表面活性剂和增稠剂用量 使用增稠效率较低的增稠剂
增稠剂与分散剂合理匹配使用
体积限制絮凝和桥式絮凝
体积限制絮凝
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
桥式絮凝
增稠剂讲座
羟乙基纤维素是大分子纤维素进入连续的水相中，通过分子链上羟乙基和羧基的水合作用及其分子间的缠绕，而增加体系粘度，当体系受到剪切作用，速率逐步增加时，HEC 分子可从无序按剪切力的方向作有序排列，变得易于滑动，粘度下降，当剪切作用力减弱时，又可逐渐回复到原有的结构，表现为触变性。
这种水相增稠的机理与所用乳液、颜料和其它助剂的关联度不大，因而匹配性较好，使用面较广，缺点是流平性差，滚涂易飞溅，生物稳当性较差。
膨润土增稠流变剂在层状薄片的膨润土的边缘，由于硅氧和铝氧键的断裂，在中性的介质中，边缘表面存在正双电层。
随着pH 值变化，其电荷强度可能会出现强弱变化。
薄片状的膨润土颗粒在介质中会发生面-面、边-面和边-边三种不同方式缔合，从而形成体积庞大的三维网络结构，形成无数分隔的小室，将水封闭在室内，使体系增稠。
当体系受剪切作用时，网络结构解离，粘度下降。
一旦剪切作用消失，则又恢复网络结构，粘度上升，称为触变效应。
膨润土增稠能力强，尤其在中高颜料体积浓度（PVC）乳胶漆中，比同样用量的常用碱溶胀丙烯酸类和聚氨酯类增稠剂有更高的稠度，且触变指数较大，低剪切条件下粘度高，高剪切条件下粘度低，能达到理想的罐内防沉效果和厚涂抗流挂效果。
丙烯酸类增稠剂,包括聚丙烯酸盐及碱增稠的丙烯酸酯共聚物两个类型。
这类增稠剂在水中溶解后通过羟羧基离子的同性静电斥力，分子链由螺旋状伸长为棒状，因而提高了水相的黏度。
此外，增稠剂还在乳胶粒子与颜料粒子之间形成三维网状结构，增加了触变性，它对生物霉菌的作用稳定，与色浆配合性好。
由于这类增稠剂对pH 值敏感，它只在碱性条件下起作用，并富含亲水性基团，故耐水性不理想。
缔合型丙烯酸类碱溶胀增稠流变剂,传统的碱溶胀丙烯酸增稠剂其支链都是亲水性的，缔合型丙烯酸增稠流变剂的分子支链上已经过了疏水基团的改性，这些支链可在水相中互相缔合形成微胞，更适合与整个涂料配方中的表面活性剂，颜填料，乳胶缔合成微胞，当漆液受到高剪切作用时，如施工时的刷涂滚涂等，这些胞与胞之间的链能提供一定的抵抗力量，因此缔合型丙烯酸增稠流变剂在高剪切力作用下仍具有稳定粘度的特性,施工中能成其理想的湿膜厚度达到很好的一次刷涂遮盖力。
涂料中的流变学基本原理增稠剂的类型和选择
涂料和流变学的关系
涂料 A
涂料施工：流平流挂
涂料 B
涂料C
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涂料和流变学的关系
涂料施工：流平流挂
影响流平流挂影响因素 漆膜厚度 干燥速度 粘度（低剪切条件下）
最大的流平性和最小的流挂的目标相互矛盾 低剪切速率下的粘度降低有助于流平性，但同时增加了流挂 而增加漆膜厚度会加速流平，同时也增加了流挂
生物稳定性
纤维素
差 差 低 低 不敏感 不敏感 很好 低 不敏感
差
HASE TT-935, DR
很好 尚好-优 尚好-优 尚好-优 中度-敏感 中度敏感 取决于配方 不好-好
3.增稠剂的增稠机理
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增稠剂机理
羟乙基纤维素HEC增稠机理
H O
H
H O
H
H O
H
H O
H
H O
H
H O
H
◇ 增稠水相 (氢键) ◇ 粘度取决于分子量和极性基团的水合能力
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增稠剂机理
聚氨酯缔合型HEUR增稠剂增稠机理
(如:RM-2020NPR)
非离子表面活性剂
导致体积限制絮凝
水⇒
⇒
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纤维素醚类增稠剂的增稠效果
增稠前
增稠后
乳液增稠前后的电子显微照片罗门哈斯公司版权所有
增稠效果
缔合型增稠剂增稠效果
胶束结构
乳胶颗粒
水相中结构
与乳胶颗粒作用
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缔合型增稠剂的增稠效果
增稠前
增稠后
乳液增稠前后的电子显微照片
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涂料的后增稠问题和解决方案
胶束结构
乳胶颗粒
水相中结构
与乳胶颗粒作用
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体系稳定性所引起的后增稠-乳液絮凝
缔合型增稠剂的增稠效果
增稠前
增稠后
乳液增稠前后的电子显微照片
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体系稳定性所引起的后增稠-乳液絮凝
HEUR增稠剂的桥式絮凝
体积限制絮凝
HEUR 增稠剂用量
桥式絮凝
桥式絮凝
表面活性剂用量
体积限制絮凝
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体系稳定性所引起的后增稠-乳液絮凝
涂料生产过程中适当提高pH 值 涂料打浆过程中添加 可以考虑纤维素溶液
6
粘度平衡过程导致的后增稠
缔合型增稠剂增稠机理
乳胶颗粒 乳胶颗粒
乳胶颗粒 疏水基团
7
粘度平衡过程导致的后增稠
缔合型增稠剂的粘度平衡过程
粘度平衡过程导致的后增稠
缔合型增稠剂的粘度平衡过程
¾ 通常粘度平衡过程慢于纤维素增稠剂 ¾ 粘度平衡过程依赖于其它组分 ¾ 粘度平衡速度的改善
理想的颜填料分散
粘度（厘泊）
分散剂用量
(基于颜填料重量的百分数)
L型曲线最佳
理想的颜填料分散
最佳分散剂用量的确定
¾最小分散剂用量和最佳分散剂用量 ¾颜填料粒子表面持续的吸附与解吸附作用 ¾一般建议: 最佳分散剂用量 =最小分散剂用量的150%至200%
(准确用量应根据遮盖力、着色力和光泽来确定)
理想的颜填料分散
小分子分散剂
¾胺类 ¾磷酸盐类 ¾羧酸类
AMP (2-氨基-2-甲基-1-丙醇 ) DMAE (二甲基-1-氨基-1-乙醇)
KTPP (三聚磷酸钾)
TSPP (三聚磷酸钠)
柠檬酸
• 优点 • 缺点
(整理)分散剂的分析检测指导书
GB/T 2794-1995《胶黏剂黏度的测定》
GB/T 9274-1988《色漆和清漆耐液体介质的测定》
GB/T 1766-2008《色漆和清漆涂层老化的评级方法》
3术语和定义
3.1分散性dispersibility
在剪切力作用下，分散剂对颜料的分散性能。
d）同一稀释液平行试验三次，取平均值。
4.4.2结果评定
表面活性X=（V0-5）/5×100%。
表面活性X≥40%，且静置2min后仍有一定高度的泡沫（泡沫体积（V-5）＞0ml），表明分散剂具有缔合性。
表面活性X＜40%，且静置2min后泡沫基本消失完全（泡沫体积（V-5）≌0ml），表明分散剂无缔合性。附录A
a）在250ml烧杯中配制5%的待测分散剂水溶液，小心搅拌均匀，搅拌中尽量减少空气的引入，静置5min~10min以消除泡沫。
b）在10ml具塞量筒中定容5ml待测分散剂水溶液，塞紧量筒塞子，用力往返摇动量筒10次。
c）将量筒放在平台上，立即观测分散剂水溶液和泡沫的总体积，所得结果记为V0。静置2min后，再次观测分散剂水溶液和泡沫的总体积，所得结果记为V。
（3）生产、储存烟花爆竹的建设项目；4.2.2.2沉降物状态等级
2.环境保护行政法规按表1评定沉淀物状态等级。
表1沉淀物状态等级
定性评价方法有：安全检查表、预先危险分析、故障类型和影响分析、作业条件危险性评价法、危险和可操作性研究等。等级
填报内容包括四个表：现象
环境影响评价，是指对规划和建设项目实施后可能造成的环境影响进行分析、预测和评估，提出预防或者减轻不良环境影响的对策和措施，进行跟踪监测的方法和制度。C10
名称
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第一部分: 增稠剂介绍-增稠效果
纤维素醚类增稠剂的增稠效果
易造成体积限制絮凝
水⇒
⇒
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纤维素醚类增稠剂的增稠效果
增稠前
增稠后
乳液增稠前后的电子显微照片
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第一部分: 增稠剂介绍-增稠效果
缔合型增稠剂增稠效果
胶束结构
乳胶颗粒
水相中结构
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第一部分: 增稠剂介绍-增稠剂的分子结构
非离子型聚氨酯增稠剂(聚氨酯)分子结构
(Hydrophobically modified Ethylene oxide URethane)
线型类 支链类
亲水主链 聚氨酯链接 疏水基团
增稠乳液相 (分子)柔性
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第一部分: 增稠剂介绍-增稠剂的分子结构
21
21 / 90
第一部分: 增稠剂介绍-增稠效果
滚涂飞溅示意图
纤维素增稠剂
ACRYSOL TT-935
ACRYSOL RM-2020 NPR
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22 / 90
第一部分: 增稠剂介绍-增稠效果
聚氨酯类缔合型增稠剂
优势
生物稳定性好-抗生物降解
优异的抗飞溅性 近似醇酸漆的流动效果/施工性能 较好的耐水性及涂膜耐久性好 涂膜丰满度高，涂膜均匀，可获得高光
聚氨酯 缔合型增稠剂
非离子表面活性剂
疏水基团
亲水端
(分子量: 几百 – 几千)
线型类
聚氨酯
增稠剂
支链类
(分子量: 5万 – 10万)
亲水主链
聚氨酯链接
疏水基团
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表面活性剂与乳液的缔合
乳胶颗粒
表面活性剂在乳胶颗粒表面的吸附
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水溶液中表面活性剂胶束
疏水基团 亲水端
11
第一部分: 增稠剂介绍-增稠机理
HASE类缔合型增稠剂增稠机理
---- 增稠水相及乳液相
(分子量: 几万 – 几十万)
-
- - --
-- -
乳液 -
-
乳液
-
- ---
--
--
-
- --
-
乳液 -
-
-
14
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HASE类缔合型增稠剂 粘度 - pH
粘度
7.5
6.2-6.5
pH
15
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第一部分: 增稠剂介绍-增稠效果
聚氨酯缔合型增稠剂增稠机理
胶束结构
乳胶颗粒
水相中结构
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与乳胶颗粒作用
12
第一部分: 增稠剂介绍-增稠机理
HASE类缔合型增稠剂增稠机理
COOH COOH
pH ~ 3-4
乳液形态供货
碱性环境
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粘度上升, 体系增稠
COO- COO-
pH ~ 7-10
13
第一部分: 增稠剂介绍-增稠机理
23
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第一部分: 增稠剂介绍-增稠效果
聚氨酯类缔合型增稠剂
局限性
增稠效率受乳液、PVC、体积固含量等多种 因素的影响 对表面活性剂/醇类溶剂/分散剂等敏感 --着色时粘度降低明显.
24
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第一部分: 增稠剂介绍-增稠效果
HASE类缔合型增稠剂
优势
生物稳定性好-抗生物降解 优良的抗飞溅性 与纤维素醚类增稠剂及ASE比较，漆膜丰满度和 流平性改善 液体形式供货，生产操作简单 低成本
缔合型增稠剂的使用 及
与分散剂之间的相容性
罗门哈斯中国公司大中华技术中心
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内容提要：
第一部分: 增稠剂介绍
1. 增稠剂的分类 3. 增稠剂的增稠机理 5. 增稠效率影响因素
2. 增稠剂的分子结构 4. 增稠剂的增稠效果 6.增稠剂选择
第二部分:分散剂类型
第三部分:分散剂与增稠剂的配合使用
Plus 330
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第一部分: 增稠剂介绍-增稠剂的分子结构
2. 增稠剂的分子结构
◇ 纤维素醚类增稠剂 ◇非离子聚氨酯增稠剂 (聚氨酯)
(Hydrophobically modified Ethylene oxide URethane)
◇疏水改性碱溶性乳液 (HASE)
(Hydrophobically modified Alkali Soluble Emulsion)
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第一部分: 增稠剂介绍-增稠机理
3.增稠剂的增稠机理
8素HEC增稠机理
H O
H
H O
H
H O
H
H O
H
H O
H
H O
H
◇巨大的水合体积 (分子量: 10万 – 100万) ◇粘度取决于分子量和极性基团的水合能力
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第一部分: 增稠剂介绍-增稠机理
疏水改性碱溶性乳液(HASE)的分子结构
(Hydrophobically modified Alkali Soluble Emulsion)
R CH2 C
CO OH
X
H CH2 C
CO O C2H5
Y
( R = CH3 or H )
羧酸主链
EO链段
COOH
COOH
疏水基团
增稠乳液相及水相 (分子)刚性相对较弱
生产
羧甲基纤维素钠（SCMC) （b） 羧甲基2-羧乙基纤维素钠（b+d） 羟乙基纤维素(HEC) （d） Natrosol 250 HBR 甲基纤维素（MC） - (a) 2-羟丙基甲基纤维素(HPMC) （a+f） 2-羟乙基甲基纤维素(HEMC) (a+d) 2-羟丁基甲基纤维素(a+e) 2-羟乙基乙基纤维素(HEMC) (c+d) 2-羟丙基纤维素(HPC) (f)
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第一部分: 增稠剂介绍
1.增稠剂分类
增稠剂/流变助剂
非缔合型
缔合型
纤维素
碱溶性
醚类 丙烯酸乳液
- HEC
- ASE-60
• Natrosol
250 HBR
疏水改性 碱溶性丙烯酸乳液
疏水改性 纤维素醚类
- HASE
TT-935
非离子型 聚氨酯
- 聚氨酯 RM-2020NPR
- HMHEC • Natrosol
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第一部分: 增稠剂介绍-增稠剂的分子结构
纤维素醚类增稠剂
CH2OH
OR"
CH2OH
O
O
O
O
O OH
OH
O
OH
O
OH
CH2OR'
OH
增稠水相(氢键) (环状分子)刚性
纤维素衍生物, 通过取代到纤维素主链上的烷基不同得到不同产品
其中R和R” 是：
a) CH3 b) CH2COONa c) CH2CH3 d) CH2CH2OH e) CH2CH2CH(OH)CH3 f) CH2CH(OH)CH3
与乳胶颗粒作用
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缔合型增稠剂的增稠效果
增稠前
增稠后
乳液增稠前后的电子显微照片
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第一部分: 增稠剂介绍-增稠效果
纤维素醚类增稠剂
优势
配方相对简单 粘度稳定性好,对 pH 及涂料中其它组份敏感性小
局限性
易受微生物侵蚀 施工时抗飞溅性差 流平及光泽展现差 生产操作不便(干粉、水溶液、溶液浆）