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        聚氨酯締合型增稠劑分子設計與產品流變學性能

        2023-05-08 09:38:19

        聚氨酯締合型增稠劑親油端基大小和含量、親水鏈段的長短都可以調整。每一種分子結構設計組合都可以獲得具有相應的流變學特征的材料。

        1.親油端基對增稠劑流變學影響

        親油端基的大小直接影響締合的強弱,端基越大締合越強,增稠效果越明顯。常用的親油端基一般為822碳的線性飽和脂肪烴。如圖分子量15000,端基分別為十、十二、十四碳脂肪烴的線性增稠劑,用量為0.15%,采用旋轉粘度計測定含固量為30%的苯丙乳液的流變學性能。

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        從上圖的結果可以看出,隨著親油端基的增大,締合增強,對低剪切粘度貢獻增加。對于中高剪切粘度,端基大小的影響較小。因此大的親油端基產品表現出強的假塑性,小的親油端基產品接近牛頓流體,表現出更好的流平性。

        端基的結構對產品的光澤也有影響,有專利報道采用支化的脂肪烴端基(2-辛基十二醇)生產的增稠劑,添加在涂料配方中可以獲得高光澤的涂料。

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        2.分子量的影響

        高分子的均方末端距與分子量成正比關系,有人采用激光光散射測定聚氨酯締合型增稠劑在水及甲醇體系中的z均末端距,發現商品線性聚氨酯締合型增稠劑的z均末端距一般在40130 nm,隨著增稠劑分子量的增加,z均末端距增加。在高分子乳膠中增稠作用主要是增稠劑端基與高分子乳膠粒子的締合產生的。假設粒徑為110 nm,如果粒子以立方排列分布在連續的水相中,經理論計算,5%含固量時粒子間距為160 nm,10%含固量時粒子間距100 nm,25%含固量時粒子間距為42 nm。

        當增稠劑末端距小于乳膠粒子間距時,難以形成增稠劑與乳膠粒子間的有效締合。下圖為數均分子量分別為1200025000的聚氨酯增稠劑在不同含固量的聚丙烯酸酯乳液中的粘度。從圖的結果可以看出,提高增稠劑分子量對低含固量乳液的增稠十分有效。

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        對于線性體系,增稠劑的分子量不但決定增稠劑的均方末端距,同時也會決定增稠劑端基的含量,分子量對增稠劑的影響比較復雜,目前還沒有深入研究報道。

        3.結構影響

        商品增稠劑大多采用線性結構,有報道星型、支化、梳型等增稠劑的合成,但都未對其性能作深入研究。從理論上分析,這些復雜結構一般會降低分子的均方半徑。由于復雜結構增稠劑的一個分子有多于2個端基,一般會增加締合。

        有人研究端基和梳型混合型增稠劑,發現鏈中間的親油基團存在分子內作用,阻止了聚合物鏈完全伸展,使增稠效率降低。然而卻賦予了這種結構有更好的粘度穩定性。

        通用的線形締合型增稠劑對表面活性劑、溶劑等解締合物質非常敏感,加入這些物質會破壞締合,使增稠效率大幅下降。對于復雜結構增稠劑,加入解締合物質在破壞締合的同時會使分子伸展,增加增稠效率,抵消由于解締合作用造成的粘度下降。這種粘度穩定性對涂料行業十分重要,在涂料配方中通常會添加色漿(色漿中含有大量的潤濕分散劑、二元醇等維持顏料穩定分散物質)、表面活性劑、溶劑等助劑。特別是色漿,通常是用戶在涂料使用前調配,涂料的粘度著色穩定性就顯得更重要。


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