流变学原理和增稠剂选择课件.ppt

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1、流变学原理和增稠剂选择,流变学原理和增稠剂选择,流变学： 描述物体在外力作用下产生流动 和形变规律的学科基本概念剪切速率粘度：流体阻碍流动的程度,流变学：,剪切应力,剪切应力,面积,剪切力,剪切应力剪切应力面积剪切,剪切速率,剪切速率,V,剪切速率剪切速率,剪切速率,剪切速率,湿膜厚度,250,剪切速率 剪,牛顿认为要维持这种速度上差异的力与垂直于流体的速度差异（即速度梯度）成正比，用下式来表示：粘度 = 剪切应力/剪切速率粘度的SI单位为帕斯卡秒，涂料行业通用单位泊（厘泊）1 Pa.s = 10 Poise =1000CP,粘度,粘度,牛顿流体剪切应力和剪切速率的关系为一条直线在给定温度下粘

2、度与剪切速率无关包括简单的流体:如水、有机溶剂和矿物油,牛顿流体,剪切应力,剪切速率,粘度,剪切速率,牛顿流体牛顿流体剪切应力剪切速率剪切速率,非牛顿型流体：液体粘度随着剪切速率的变化而变化假塑性/塑性:粘度随着剪切速率的增加而降低(剪切变稀)膨胀性: 粘度随着剪切速率的增加而降低（剪切变稠）触变性：剪切变稀，且粘度取决于剪切时间震凝性：剪切变稠，且粘度取决于剪切时间,非牛顿型流体：液体粘度随着剪切速率的变化而变化,剪切速率,塑性,假塑性,剪切应力,剪切速率,假塑性,塑性,粘度,剪切速率,剪切速率,膨胀性,膨胀性,粘度,剪切应力,剪切速率塑性剪切速率假塑性塑性粘度剪切速率剪切速率膨胀性膨胀,粘

3、度,剪切速率/时间,剪切速率/时间,粘度,触变性,震凝性,粘度剪切速率/时间粘度,各类非牛顿型流动特点,各类非牛顿型流动特点粘度变化下降上升假塑性膨胀型剪切时间增加,涂料与流变学的关系,涂料与流变学的关系,剪切速率 (s-1 ),涂料和流变学的关系,剪切速率 (s-1 ) 涂料和流变学的关系,1,10,100,1,000,10,000,Brookfield粘度计,KU 斯托默粘度计,ICI 锥板粘度计,流变仪,剪切速率 (s-1 ),涂装过程10-210-1100101102103104 105 流挂 流平 浸涂 泵送 混合 分散 喷涂 滚涂 刷涂,涂料和流变学的关系,1101001,0001

4、0,000Brookfield粘度计,漆膜的光学性能（遮盖、光泽）主要取决于颜填料分散的质量,涂料制备：分散,高研磨粘度,低研磨粘度,涂料和流变学的关系,漆膜的光学性能（遮盖、光泽）主要取决于颜填料分散的质量涂,沉降就是颜料、填料和其他固体物质在重力作用下一直下沉到容器的底部颜料沉降是一个低剪切速率的现象：所涉及的剪切速率小于10-2 s-1 ，所以涂料在这种剪切速率下的粘度对防止颜料的沉淀至关重要克服沉降的常用方法平衡颜料/填料的粒径分布（采用小粒径填料代替部分粒径较大的填料）尽量降低溶剂和表面活性剂的用量，它们会降低低剪切速率下的粘度通过选择增稠剂调高低剪切下的粘度（如将RM-2020NP

5、R 替换为RM-2020NPR/RM-8W 混合物加入少量（ 0.5-2 g/L ） HEC来增加低剪切粘度。但会影响流动和流平性以及抗飞溅性能,涂料贮存：沉降,涂料和流变学的关系,沉降就是颜料、填料和其他固体物质在重力作用下一直下沉到容器的,涂料施工：蘸漆,蘸漆是在中等剪切速率(10-100sec-1)条件下的操作涂料非常粘稠并且在罐内静置时就结构化，通常的一个感觉就是这种涂料很难涂装涂料在罐中非常稀会导致涂料在涂刷转移过程滴落、施工时在垂直表面严重的流挂以及辊涂操作时飞溅控制涂料在这个剪切速率范围的粘度会影响这些中等剪切下的性能（罐内外观、蘸刷、搅拌）。,涂料和流变学的关系,涂料施工：蘸漆

6、蘸漆是在中等剪切速率(10-100sec-1,刷涂、辊涂和喷涂操作取决于高剪切速率（ 103sec-1）下的粘度高剪切速率下的粘度越高，施工过程中涂料分布所受到的阻力越大，因而一次施工能获得较厚的漆膜。反之，高剪切速率下粘度低意味着涂料分布时受到的阻力较低，涂料容易铺展在基材表面相应漆膜较薄，导致遮盖力降低,涂料施工：漆膜丰满度,涂料和流变学的关系,刷涂、辊涂和喷涂操作取决于高剪切速率（ 103sec-1）,涂料 A,涂料 B,涂料C,涂料施工：流平流挂,涂料和流变学的关系,涂料 A 涂料 B涂料C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

7、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,涂料施工：流平流挂,涂料和流变学的关系,影响流平流挂影响因素 涂料施工：流平流挂 涂,涂料生产、储存和涂装操作中所需最佳流动特性,涂料和流变学的关系,涂料生产、储存和涂装操作中所需最佳流动特性粘度剪切速率s-1,1. 增稠剂的分类2. 常见增稠剂的分子结构3. 增稠剂的增稠机理4. 增稠剂的增稠效果5. 增稠效率影响因素,增稠剂的类型和选择,1. 增稠剂的分类增稠剂的类型和选择,1. 增稠剂分类,增稠剂/流变助剂,非缔合型,疏水改性碱溶性丙烯酸乳液,非离子型聚氨酯,纤维素醚类,-

8、 HEC Natrosol 250 HBR,碱溶性丙烯酸乳液,- ASEASE-60,疏水改性纤维素醚类,- HMHECNatrosol Plus 330,-HASE TT-935,-HEUR RM-2020NPR,缔合型,1. 增稠剂分类增稠剂/流变助剂 非缔合型疏水改性非离子型,2. 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,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) CH3b) CH2COONac) CH2CH3d) CH2CH2OHe) CH2CH2CH(OH)CH3f) CH2CH(OH)CH3,生产,羧甲基纤维素钠（SCM

9、C) （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),分子量: 10万 100万(环状分子)刚性,增稠剂的分子结构,纤维素醚类增稠剂纤维素衍生物, 通过取代到纤维素主链上,非离子型聚氨酯增稠剂(HEUR) (Hydrophobically modified Ethylene oxide URethane),线型类,

10、支链类,疏水基团,亲水主链,聚氨酯链接,分子量: 5万 10万(分子)柔性,增稠剂的分子结构,非离子型聚氨酯增稠剂(HEUR) (Hydrophobic,疏水改性碱溶性乳液(HASE)(Hydrophobically modified Alkali Soluble Emulsion),COOH,羧酸主链,EO链段,疏水基团,( R = CH3 or H ),分子量: 几万 几十万(分子)刚性相对较弱,COOH,增稠剂的分子结构,疏水改性碱溶性乳液(HASE)COOH羧酸主链EO链段疏水基,羟乙基纤维素HEC增稠机理, 增稠水相 (氢键) 粘度取决于分子量和极性基团的水合能力,增稠剂机理,羟乙基

11、纤维素HEC增稠机理HH OHH OHH OHH OH,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,疏水基团,亲水端,线型类,支链类,疏水基团,亲水主链,聚氨酯链接,聚氨酯增稠剂,(分子量: 几百 几千),增稠剂机理,(分子量: 5万 10万）,聚氨酯缔合型HEUR增稠剂增稠机理(如:RM-2020NP,表面活性剂与乳液的缔合,水溶液中表面活性剂胶束,表面活性剂在乳胶颗粒表面的吸附,乳胶颗粒,疏水基团,亲水端,表面活性剂与乳液的缔合水溶液中表面活性剂胶束乳胶颗粒疏水基团,增稠剂机理,聚氨酯缔合型HEUR增稠剂增稠机理,增稠乳液相,水相中结构与乳胶颗粒作用胶

12、束结构乳胶颗粒 增稠剂机理 聚,HASE类缔合型增稠剂增稠机理(如:TT-935, DR系列),碱性环境,pH 3-4,pH 7-10,COO-,COO-,乳液形态供货,粘度上升, 体系增稠,COOH,COOH,增稠剂机理,HASE类缔合型增稠剂增稠机理(如:TT-935, DR,HASE类缔合型增稠剂增稠机理 (如:TT-935, DR系列),增稠剂机理,增稠水相及乳液相,HASE类缔合型增稠剂增稠机理 (如:TT-935, D,HASE类缔合型增稠剂(如:TT-935, DR系列),HASE类缔合型增稠剂(如:TT-935, DR系列)pH,4. 增稠剂的增稠效果,4. 增稠剂的增稠效果,

13、导致体积限制絮凝,纤维素醚类增稠剂的增稠效果,增稠效果,导致体积限制絮凝纤维素醚类增稠剂的增稠效果水 增稠,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,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,缔合型增稠剂增稠效果,增稠效果,缔合型增稠剂增稠效果水相中结构与乳胶颗粒作用胶束结构乳胶颗,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,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,纤维素醚类增稠剂,优势 配方相对简单 粘度稳定性好,对 pH 及配方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

14、展现差 生产操作不便(干粉、水溶液、溶液浆）,增稠效果,纤维素醚类增稠剂优势 增稠效果,滚涂飞溅示意图,纤维素增稠剂,ACRYSOL TT-935,ACRYSOL RM-2020 NPR,增稠效果,滚涂飞溅示意图纤维素增稠剂ACRYSOL TT-935ACR,优势生物稳定性好-抗生物降解优异的抗飞溅性类似醇酸漆的流动效果较好的耐水性及涂膜耐久性涂膜丰满度高，涂膜均匀，可获得高光,聚氨酯类缔合型HEUR增稠剂(如:RM-2020NPR, RM-8W),增稠效果,优势聚氨酯类缔合型HEUR增稠剂(如:RM-2020NPR,局限性 增稠效率受乳液、PVC、体积固含量 等多种因素影响对表面活性剂/醇类

15、溶剂/分散剂等敏感 -着色时粘度降低明显,聚氨酯类缔合型HEUR增稠剂,增稠效果,局限性聚氨酯类缔合型HEUR增稠剂 增稠效果,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,HASE类缔合型增稠剂(如:TT-935, DR 系列),增稠效果,优势HASE类缔合型增稠剂(如:TT-935, DR 系列,局限性使用时需调节pH耐水/耐碱性相对较差与分散剂配合使用不当时可能造成颜料絮凝或光泽下降增稠效率受乳液、PVC、体积固含量等多种因素的影响对表面活性剂/醇类溶剂/分散剂等较敏感,HASE类缔合型增稠剂,增稠效果,

16、局限性HASE类缔合型增稠剂 增稠效果,乳液粒径大小 乳液的种类与表面活性剂的相互作用与有机溶剂的相互作用颜料体积浓度(PVC)的影响体积固体含量(VS)的影响,增稠效率影响因素,乳液粒径大小 增稠效率影响因素,乳液粒径大小影响,聚氨酯增稠剂浓度,增稠剂在乳液上的吸附,HEUR,50 nm,90 nm,140 nm,340 nm,600 nm,增稠效率影响因素,乳液粒径大小影响聚氨酯增稠剂浓度增稠剂,乳液种类影响 - 亲水性/稳定形式,?,亲水聚合物,表面活性剂,乳胶颗粒,乳胶颗粒,表面活性剂稳定,胶体稳定,增稠效率影响因素,乳液种类影响 - 亲水性/稳定形式?亲水聚合物表面活性剂乳,与表面活

17、性剂的相互作用,表面活性剂,增稠效率影响因素,与表面活性剂的相互作用表面活性剂 增稠效率影响因素,与有机溶剂(水溶性)相互作用,0,200,400,600,800,1000,1200,1400,1600,1800,0,5,10,15,20,25,30,溶剂用量Wt %,Brookfield 粘度 cps,异丙醇,乙二醇,丙二醇,甲基卡必醇,丁基卡必醇,异丙醇,增稠效率影响因素,与有机溶剂(水溶性)相互作用020040060080010,6. 增稠剂选择指南,6. 增稠剂选择指南,不同增稠剂性能比较,性质纤维素HASE HEURRM-2020NPR抗飞溅性差,增稠剂流变性能比较(相同KU粘度),

18、高剪切粘度,DR-73,TT-615,TT-935,RM-2020NPR,RM-8W,SCT-275,ASE-60,DR-1,RM-7,DR-72,HMHEC,HEC,RM-12W,低剪切粘度,RM-5000,聚氨酯 类增稠剂,疏水碱溶性类增稠剂,增稠剂选择指南,增稠剂流变性能比较高剪切粘度DR-73TT-615TT-93,粘度,剪 切 速 率,中剪切(Stormer)粘度10-100 s-1,高剪切(ICI)粘度 100-10000 s-1,低剪切(Brookfield)粘度 0.001-10 s-1,滞刷性,漆膜丰满度,蘸漆量,搅拌难易,流挂,流平,沉降抗分水,增稠剂选择指南,低剪切粘度增

19、稠剂RM-12W, TT-615, DR-72,ASE-60,中剪切粘度增稠剂 RM-8W, SCT-275,DR-1, TT-935,高剪切粘度增稠剂RM-5000,RM-2020 NPRDR-73,粘剪 切 速 率中剪切(Stormer)粘度10,很高低剪粘度,Acrysol TT-935,乳白色液体,30,阴离子,高低剪粘度,30(1/60),外观,固含量 %,化学类型,H 值,比重 25 C,流变特性 低剪粘度,粘度 25 C cps (转子/转速),Acrysol TT-615,乳白色液体,30,阴离子,20(1/60),Acrysol TT-935 KU/ICI 粘度平衡. 最通用

20、推荐用于内墙平光，蛋壳光和缎光涂料,Acrysol TT-615 有效建立 KU粘度,需调节pH值,与TT-935相比更趋假塑性, 拉毛,Acrysol ASE-60 价格最低。适用于浮雕拉毛漆和密封材料.,提示:,ACRYSOL 碱溶性增稠剂,增稠剂选择指南,很高低剪粘度Acrysol乳白色液体28阴离子2.1 - 4,色漆:建议DR-72 / DR-73匹配使用,ACRYSOL DR增稠剂,Acrysol DR-73 建立较高的高剪切(ICI)粘度, 替代低分子量纤维素增稠剂,Acrysol DR-72 类似于 HEC建立低剪切粘度和抗流挂、抗沉降性能替代高分子量纤维素增稠剂,Acryso

21、l DR-1有效建立 中剪切粘度,替代中分子量纤维素增稠剂,提示:,增稠剂选择指南,色漆:建议DR-72 / DR-73匹配使用 ACRYSOL,ACRYSOL HEUR 增稠剂 （不含溶剂）,上述产品可用于内外墙涂料获得很好的流动性RM-8W, RM-12W建议与RM-2020NPR, RM-5000配合使用,提示:,Acrysol RM-8W高效KU增稠，提供尤其适合粒径小，高光的乳液。适用于低PVC内外墙丝光至高光，低VOC配方。,Acrysol RM-12W尤其适合喷涂和厚涂, 并保持良好的流动性。高效的假塑性, 抗分水.,增稠剂选择指南,外观固含量 %溶剂化学类型比重, 25 C流变特性 低,ACRYSOL HEUR 增稠剂（不含溶剂）,Acrysol RM-5000HEUR系列中对ICIVOC要求的配方使用，能单独或配合使用于平光至高光配方以提供良好的流动特性,提示:,Acrysol RM-2020NPR高效ICI增稠，漆膜丰满，并提供优异的流动和流平性能。适用于内外墙平光至高光配方。,增稠剂选择指南,ACRYSOL HEUR 增稠剂（不含溶剂）Acrysol,