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水性涂料用天然流变改性瓜尔胶的应用研究

作者:张波,诸叶平,上海三科涂料化工有限公司,上海嘉定 | 陈卫平,中国石油天然气集团京昆分公司,江苏昆山   |  发表于:2016-07-22   |  关键词:助剂,水性涂料,乳胶漆,纯丙乳液,   | 摘自: 2016年美国PCI中文版电子杂志5月刊

天然流变改性瓜尔胶在水性涂料中的应用性能进行了研究的结果表明:天然流变改性瓜尔胶应用于水性涂料中,涂料性能有改善,具有优越的流平性和明显的价格优势,生产成本低,且水性涂料性能均符合国家标准。

引言

自1953年罗门哈斯合成全球第一款纯丙乳液Rhoplex AC-33 起,纤维素醚以其优异的保水性、施工性、增稠效率在水性涂料中的应用举足轻重。纤维素醚是由葡萄糖构成,但葡萄糖单位之间的连接方式为β(1-4)糖苷键。纤维素不含支链。纤维素的空间构象呈带状,糖链之间通过氢键堆积起来成为紧密的片层结构,使纤维素具有很强的机械强度,对生物体起支持和保护作用。纤维素经过与液碱、一氯甲烷、环氧乙烷等醚化后方可应用于水性涂料中。

瓜尔胶,英文名为“guar gum”(半乳甘露聚糖)是一种从天然的豆科植物(Cyampop is tetragonolobus)的种子里分离出来的高分子糖类聚合物。瓜尔胶以甘露聚糖为分子主链,D-吡喃半乳糖为支链,其中甘露糖与半乳糖单元之比为2∶1。瓜尔胶在冷热水中均能溶解。由于瓜尔胶具有低价高效的乳化和增稠性能,因而在油田钻井、造纸、纺织、化妆品以及食品等领域获得了广泛应用。

通过羟乙基或羟丙基等改性的瓜尔胶,在欧洲已开始用作水性涂料的增稠剂取代传统的价格昂贵的羟乙基纤维素醚,获得了良好经济效益及社会效益。瓜尔胶用作增稠剂不仅可取代或部分替代传统的羟乙基纤维素醚,而且对乳胶漆具有良好的改进作用,它在保证一定的触变性能的基础上,为系统带来良好的流平性,而且具有良好的助成膜作用。

之前有部分厂家接触过瓜尔胶产品,但早期产品存在价格不稳定等客观因素。中石油已经建立年产5000吨的瓜尔胶生产线来满足客户的需求。

本文对天然流变改性瓜尔胶在水性涂料中的应用性能进行了研究。

实验 

原材料

本实验所采用的原材料见表1。

表1

瓜尔胶及羟乙基纤维素的主要技术指标

瓜尔胶及羟乙基纤维素的主要技术指标见表2

表2

瓜尔胶及羟乙基纤维素水溶液的制备

本试验使用的是2%的水溶液。先称量好计算量的水,搅拌下加入规定量的瓜尔胶或纤维素,待搅拌均匀后,滴入2滴AMP-95调节pH值至8~9,进一步提高搅拌速度,搅拌至系统呈半透明状态的半黏稠液体,备用。

制作2%水溶液储存稳定性的对比

在30℃,对所制备的2%的瓜尔胶及羟乙基纤维素水溶液的储存稳定性进行对比,结果见表3。

表3

250HBR及瓜尔胶制作涂料性能及其成本比较

羟乙基纤维素250HBR及瓜尔胶的涂料配方可见表4,按照表4配方所配制的涂料性能,涂膜性能,施工性能以及材料费见表5。

从表5我们可以看出,中石油28000瓜尔胶所制成的乳胶漆的流平性及流动性较好。而且仅仅替换瓜尔胶每吨涂料可以节省60元。

中石油28000在不同添加量下对耐擦洗的影响

按照表4的配方,改变中石油28000瓜尔胶的添加量,对涂料配方耐擦洗性的影响见表6。

表6、7

从表6中我们可看出,随着瓜尔胶添加量的提升,涂膜耐擦洗性能有一定提升,但是在添加量大于0.4%之后性能改变较小。

中石油28000在不同乳液添加量的实验性能比较

中石油28000在不同乳液,不同颜基比的实验性能对比见表7(因涉及到工厂配方故保密)。

实验结果表明,中石油28000在低、中、高PVC中的粘度,耐擦洗性均有较好的表现。

结语

水性涂料天然流变助剂的代表产品中石油28000作为制造涂料的流变助剂替代或部分替代进口HEC是完全可能的,具有明显的价格优势。对于一个年产5000吨的厂家来说,年节省成本可达到20万元左右,经济价值明显。中石油瓜尔胶具有优异的流平性能,同时因其特殊的结构,可节省部分乳液,对涂料的成膜起到帮助作用,最终形成的涂膜具有较好的耐水性和耐擦洗性。

参考文献

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