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        【貝特技術課堂】淺談丙烯酸乳液增稠方法及原理



        丙烯酸乳液用途非常廣,像印花膠漿,材質貼合,工業涂料等,涉及到我們生活的方方面面。

        在乳液幾個重要的參數中,粘度是非常重要的一項。乳液粘度涉及到不同種類的應用情況,例如防水膠在布料貼合上面,粘度需求在3~4萬mPa.s,中等粘度方便布料上膠,防止粘度過低浸濕材質。醋丙乳液用于木材與紙張等貼合時,粘度要求高,10萬mPa.s上下。用于配置印花膠漿和涂料,粘度就不要求太高,常設置粘度在3~8000mPa.s,易于配置膠漿。木器漆用乳液,為了方便噴涂等施工,常常粘度設置小于100mPa.s。所以不同用途的乳液粘度不一樣,本文著重介紹幾種影響粘度的因素和增加粘度的方法。

        1、乳化劑的影響

        是乳液合成中必不可少的成分,乳化劑使油水界面張力降低,油性單體分散在水相中,陰離子乳化劑以雙電層結構分散穩定乳液,非離子乳化劑以屏蔽效應分散穩定乳液,乳化劑作為乳液水油之前的橋梁。反應過程增加乳化劑的量,膠束增加,粒徑變小,膠粒間電荷作用變強,粘度增加。以一個60%固含的印花膠漿用乳液為例,乳化劑含量2%時,乳液粘度為8000mPa.s,當把乳化劑的量提高到4%的時候,乳液粘度變成14000mPa.s。


        2、分子量

        防水膠要求耐水性能好,實驗常常通過提高分子量來達到目標。增加分子量的最直接有效的方式是提高交聯單體的量,常用交聯單體有AM(丙烯酰胺),NMA,DAAM,ADH,AAEM,有機硅等。這些交聯單體,部分能與羧基羥基反應,部分能自己反應,故大大提高了分子量。分子量變大,分子鏈間纏繞更密集,運動困難,使整個乳液體系粘度變大。防水膠中,交聯單體的量在2%~4%,當交聯單體過量時,交聯過度導致溶解度降低,在水中不能充分膨脹,反而使粘度降低,而且交聯單體遠遠過量時,還易使乳液破乳。所以,適當的交聯單體能使乳液增加粘度。以防水膠為例,當NMA(N-羥甲基丙烯酰胺,N-Methylol acrylamide)的量為單體2.5%,40%固含的乳液,粘度大概在4萬mPa.s左右,當NMA的量超過5%時,容易破乳。

        3、堿溶脹

        是指分子鏈中含有羧基,通過增加氨水等堿性物質使乳液增稠。

        乳液聚合中大多數會引入羧基,處于酸性條件下時,乳液PH低,乳膠粒子表面的羧基無法電離,大分子鏈上除了陰離子乳化劑電離的,基本不帶負電荷,沒有電荷的作用,分子間,膠粒間處于互不干擾狀態。隨著PH變高,膠粒表面的羧基電離,乳膠粒開始吸水溶脹,當加入的堿性物質足夠,羧基完全離解,電荷使得分子間斥力變大,大分子鏈由卷曲狀態逐漸伸展成直線狀態,水分子進入粒子展伸層使得表面體積變大,阻礙水分子的流動性,使得整個乳液體系粘度變大。

        還有另一種說法是分子鏈伸展部分相互纏繞,整個分子分散相形成氫鍵,氫鍵作用使粘度增加。通過加堿增加粘度的乳液通常中和后的乳液藍光更明顯。有些通過分子鏈上引入羧基增加粘度不能達到要求的粘度,會加入堿溶脹的增稠劑,這類丙烯酸單體和少量的丙烯酸酯單體合成的高羧基含量的乳液,外加增稠,原理同上。

        4、纖維素增稠劑提高乳液的粘度

        纖維素是一種天然水溶性高分子化學物質,作用原理是其疏水主鏈吸附到乳膠粒表面,形成保護層,親水部分與周圍水分子通過氫鍵締合,減少膠粒活動空間提高了粘度。該種類型增稠劑常常用在醋丙乳液的合成過程,用作保護膠體,使用外觀濁白帶點藍光。缺點是使涂膜耐水性能變差。

        5、聚氨酯增稠劑提高乳液粘度

        聚氨酯增稠劑分別增稠了水相和乳膠粒,由于其分子結構中有親水基團和疏水基團,具有一定的表面活性劑的性質。乳液中的水能使其形成膠束,與乳膠粒子形成網狀結構,讓大分子鏈難以運動,達到增稠效果。此類增稠劑可以成倍的增稠乳液粘度,常用于VAE乳液的增稠,加入5%,可以使粘度由5000mPa.s增稠到10萬mPa.s,增稠后乳液外觀變濁白,無藍光。


        本文主要闡述了丙烯酸乳液增稠的幾種方式,可以通過乳化劑,分子量,堿溶脹,外加纖維素,聚氨酯類型增稠劑等方式增稠。







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