疏水缔合水溶性聚合物在水性涂料中的研究进展.docx

疏水缔合水溶性聚合物在水性涂料中的研究进展周明代加林李春福周松肖庆国曾明友(西南石油学院材料科学与工程系 , 成都 610500)摘要 : 简述了疏水缔合型水溶性聚合物的合成方法 , 对增稠机理和特性作了评述 , 指出了其发展方向 。关键词 : 疏水缔合 ; 水溶性聚合物 ; 水性涂料 ; 进展由于小分子电解质的加入增加了溶液极性 , 使疏水缔合作用增强3 ,4 , 表现出明显的抗盐性质 。由于 物理交链结构的可逆特性 , 这些聚合物在溶液中呈现独特的流变性 , 如强剪切变稀和震凝性5 。从技术角度上 , 缔合聚合物的流变性是一个非常重要 的指标 , 由于它的加入增加基体水溶液的粘度 , 改 变了基体水溶液的流变性能 。在水溶性聚合物分子中引入少量疏水基团就能 对聚合物水溶液的流变性带来极大影响6 , 如增稠效应 、触变指数 、粘度及稳定性等 。这种独特的 流变性能在水基涂料中有着极其重要的意义 。在水 基涂料中加入这种疏水改性聚合物可分别调整高 、 低剪切速率时的粘度 , 克服了胶态分散体在剪切速 率较低时粘度往往偏高 , 而使涂料的流动性和流平 性劣化 , 剪切速度较高时粘度又往往偏低 , 致使涂料不能顺利地从辊涂机转移到被涂物上的缺点7 。前言1水性涂料体 系 的 流 变 学 调 节 剂 ( 常 称 为 增 稠剂) 主要采用以下聚合物 : 一是纤维素的衍生物 类 , 如羧甲基纤维素 、羟乙基纤维素等 。其优点是 具有好的贮存稳定性 , 防浮色发花性能 , 对高价离 子具有一定的缔合作用 , 避免了乳胶涂料出现凝胶 化 、粉体絮凝 、沉淀等问题 。但存在着施工性不太 好 , 在涂刷时由于流变性较差 , 造成滚刷时溅落 、 流平性差 、涂膜粗糙 , 易发生微生物降解变稀而无 法使用等问题 ; 二是碱溶乳胶增稠剂1 ,2 。目前使 用较多的是以α, β不饱和羧酸与各种不饱和单体 共聚而成的增稠剂 。它们的高分子主链上含有一定 量的羧基 , 当用碱中和时 , 可以迅速从低粘度的分 散体系转变成水溶性透明粘稠体 , 整个体系的粘度 骤然升高 。其优点是它们的特征一般是分子量高而 流动粘度低 , 并能与各类乳液及水溶体系很好地混 溶 , 并具有中和转相速度快 、不发生生物降解 、增 稠效果明显等 。缺点是在使用过程中发现它们的流 变性能也不够理想 , 对电解质敏感 , 使粘度不太稳 定 。在水溶液中疏水改性天然高分子和合成疏水缔 合聚合物超过某一聚合物浓度 , 使大分子链产生分 子内和分子间缔合 , 形成一个暂时的三维网络聚合 物链 , 结果产生了疏水基团的相互作用 。增大了流 体力学体积 , 故具有较好的增粘性 。在盐溶液中 ,制备方法2疏水缔合水溶性高分子很难合成 , 且 不 易 表征 。这是因为在合成过程中很难将油溶性单体和水 溶性单体充分混合 , 而且由于疏水基团太少 , 用常 规方法难以表征 。产生这种调节效果的实际机制 是 : 在由聚合物分散体和疏水改性水溶性聚合物组 成的系统中添加助溶剂或低分子量表面活性剂 , 就 可降低增稠剂疏水物之间或这些疏水物与胶粒子表 面之间的疏水缔合度8 。这些缔合性增稠剂的一·中 国 涂 料·38 ·2004 年第 11 期·国内外涂料工业个共同特点是 , 在聚合物侧链端位上或端基上常存在疏水缔合基 ( 通常是 C8 - C24 烃基) 。油溶性单 体和水溶性单体的共聚有三种方法 , 即非均相共 聚 、均相共聚 、胶束共聚 。而聚合物疏水改性采用 大分子反应法9 。黄雪红等直接采用沉淀聚合法制备了疏水缔合 型聚合物 : 丙烯酰胺/ 丙烯酸十四酯 P ( AM/ TA) 共聚 物10 、聚 合 物 丙 烯 酰 胺/ 丙 烯 酸 十 六 酯 共 聚特性及明显的温敏增稠性 , 水溶液的粘度在 (32～50) ℃之间随温度增加而增加 , 可用于水性涂料的 温敏增稠剂 。田大听 等15 用 甲 基 丙 烯 酸 十 六 酯 ( HM ) 和 甲基丙烯酸十二酯 (L M) 分别与丙烯酸 ( AA) 共聚 , 合成了流变性能良好的缔合型增稠剂 , 并比较 了交联型单体及疏水型共聚单体对聚合物在水中粘 度及耐电解质的影响 。结果指出 , 一定量的交联型 单体及疏水型长链单体都能明显增加粘度 。疏水单 体中甲基丙烯酸十六酯 ( HM) 的影响大于甲基丙烯酸十二酯 (L M) 的影响 。含疏水型长链单体的 缔合型交联增稠剂比非缔合型交联增稠剂的性能更 优良 。此外 , 还研究了两种类型的聚合物浓度及反 相剂对粘度的影响以及用扫描电镜 ( SEM )