在水包水多彩涂料中羥乙基纖維素HEC的使用
多彩涂料羥乙基纖維素作為外墻涂料能代替花崗巖等石材，減少對(duì)天然石材的開采，對(duì)環(huán)境起到保護(hù)作用，同時(shí)避免了因天然石材的脫落而帶來的危險(xiǎn)，以“環(huán)保、高雅、節(jié)能”的特點(diǎn)滿足了發(fā)展的需求。另外，水包水多彩涂料完全水性化，VOC含量低，并且可以根據(jù)人們的需求配置不同顏色和大小的彩粒，噴涂可得到不同大理石的花紋圖案效果。
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水包水多彩涂料有多種體系，目前使用最廣泛的體系是纖維素醚/特質(zhì)粘度體系。纖維素醚作為這種體系的重要組分，對(duì)多彩涂料的色粒，儲(chǔ)存等性能有著重要的影響。本文從羥乙基纖維素醚（HEC）的用量、羥乙基纖維素醚（HEC）的分子量高低以及使用不同分子量疏水改性的纖維素醚（HMHEC）等因素對(duì)色粒形態(tài)、大小、滲色以及多彩涂料的后增稠影響進(jìn)行研究。
實(shí)驗(yàn)部分
原材料及儀器
實(shí)驗(yàn)原料： 羥乙基纖維素HEC（Nat ros o l 250MHBR，Nat ros o l250HBR，Natrosol 250HHBR）、疏水改性羥乙基纖維素HEC（Natrosol Pluss 330，Natrosol HE3KB，Natrosol HE10K）、消泡劑（Advantage AM1512A）： 亞什蘭（中國）投資有限公司；保護(hù)膠： 畢克化學(xué)； 乳液（RS6733、RS3788）： 上海巴德富有限公司；分散劑（731A）、pH 調(diào)節(jié)劑（AMP-95）、陶氏化學(xué)、去離子水（自制）。
儀器設(shè)備：CFJ-0.4 高速分散機(jī), 上海現(xiàn)代工程技術(shù)有限公司；S312 混合攪拌機(jī)，上海申生科技有限公司；KU-2斯托默粘度計(jì)，DV-I 斯托默粘度計(jì)，美國博勒飛。
造?；A(chǔ)漆配方參考表1。
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其中7%保護(hù)膠一項(xiàng)的制備工藝是將保護(hù)膠 緩慢加入中速攪拌的去離子水中，分散60min，24小時(shí)后待用。
連續(xù)相涂料參考配方見表2。
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制備工藝：將乳液加入去離子水中，低速攪拌，依次加入成膜助劑、消泡劑、殺菌劑、pH 調(diào)節(jié)劑，待完全混合后，緩慢加入增稠劑。
生產(chǎn)工藝
將調(diào)色好的色漆加入到7% 保護(hù)膠溶液中，用三葉槳造粒，轉(zhuǎn)速控制在500RPM，分散時(shí)間30秒。造粒后靜置1小時(shí)，然后將連續(xù)相加入并混合均勻。色漆、7%保護(hù)膠溶液和連續(xù)相三者之間的質(zhì)量比約為1.5∶1∶1.5。
多彩涂料的制備流程工藝見圖1。
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結(jié)果與討論
基本原理
多彩水性涂料的技術(shù)關(guān)鍵是理想的色粒子形成以及懸浮在連續(xù)相中的穩(wěn)定性。纖維素醚通過與保護(hù)膠發(fā)生交聯(lián)作用，在色粒內(nèi)部可以使色點(diǎn)疏水化，在色粒表面形成較致密的疏水膜，既能阻止膜內(nèi)外組分的物質(zhì)相互擴(kuò)散，又能阻止彩色粒子之間相互聚集、凝結(jié)[5-6]。
羥乙基纖維素醚（HEC）的主鏈?zhǔn)怯擅撍咸烟腔ㄟ^β-1,4 糖苷鍵鏈接而成，每個(gè)基團(tuán)含有三個(gè)羥基，可以通過化學(xué)反應(yīng)被羥乙氧基取代而生成羥乙基纖維素醚[7]。其結(jié)構(gòu)式如圖2 所示。
圖2羥乙基纖維素醚的化學(xué)結(jié)構(gòu)式保護(hù)膠保護(hù)膠是化學(xué)合成的鋰皂石，呈直徑30nm、厚度1nm的圓狀納米顆粒，片層表面帶有負(fù)電荷，邊緣帶正電。理想的晶體結(jié)構(gòu)為6個(gè)八面體的鎂離子夾在兩層4個(gè)四面體的硅原子間[8]。
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羥乙基纖維素醚HEC與保護(hù)膠在水性體系發(fā)生交聯(lián)[9]的示意圖如圖3所示。
纖維素醚與保護(hù)膠交聯(lián)的機(jī)理可能一方面是纖維素醚中的羥基與保護(hù)膠顆粒表面六角空穴中的羥基形成氫鍵；另一方面由于保護(hù)膠表面帶有負(fù)電，會(huì)與羥基極性基團(tuán)形成偶極相互作用[9]。羥乙基纖維素醚與保護(hù)膠交聯(lián)機(jī)理示意圖如圖4所示。
羥乙基纖維素醚用量對(duì)滲色和后增稠的影響
纖維素醚是制備多彩涂料的關(guān)鍵材料，主要為體系提供兩個(gè)作用：1) 提供基礎(chǔ)漆粘度，方便造粒；2) 和保護(hù)膠進(jìn)行物理交聯(lián)，使多彩粒子疏水化。不同Natrosol 250HBR 的用量對(duì)多彩粒子成粒效果、體系滲色以及后增稠的影響如表3所示。
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由表可知，隨著250BR用量的增加，滲色情況逐漸改善，當(dāng)250HBR的含量高于1.1%時(shí)，基本無滲色現(xiàn)象出現(xiàn)。這是因?yàn)楫?dāng)基礎(chǔ)漆中250HBR 含量較低時(shí)，羥基大部分與基礎(chǔ)漆的保護(hù)膠發(fā)生物理交聯(lián)，在造粒的過程中，因剩余的自由羥基較少，連續(xù)相中的保護(hù)膠在色粒表面發(fā)生的交聯(lián)吸附也就相對(duì)較少，因此在表面不能形成致密的疏水膜，膜內(nèi)的組分容易向分散介質(zhì)中擴(kuò)散造成滲色。隨著250HBR 含量的增加，基礎(chǔ)中的未發(fā)生交聯(lián)的自由羥基較多，在造粒時(shí)可在彩粒表面提供較多保護(hù)膠吸附點(diǎn)，形成致密的膜。示意圖如圖5所示（黃色的圓點(diǎn)表示連續(xù)相中的保護(hù)膠）。
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不同種類的纖維素醚對(duì)色粒形態(tài)及滲色的影響
選取六種不同維素醚制作多彩基礎(chǔ)漆， 其中Natrosol 250MBR，Natrosol250HBR 和羥乙基纖維素醚，Natrosol Pluss330，Natrosol HE3KB，Natrosol HE10K 是疏水改性的羥乙基纖維素醚，他們的1% 水溶液粘度如表4 所示。
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用這六種纖維素醚調(diào)制粘度相當(dāng)?shù)幕A(chǔ)漆，在相同條件下造粒，其最后的色粒形態(tài)和大小及滲色情況如表5所示。
從色粒形態(tài)上來講，用羥乙基纖維素醚增稠的多彩色粒呈片狀，而用疏水改性的羥乙基纖維素醚（HMHEC）增稠的多彩色粒主要呈圓粒狀，這是因?yàn)槭杷男缘牧u乙基纖維素醚在基礎(chǔ)漆中除了其結(jié)構(gòu)中的羥基和保護(hù)膠
從色粒形態(tài)上來講，用羥乙基纖維素醚增稠的多彩色粒呈片狀，而用疏水改性的羥乙基纖維素醚（HMHEC）增稠的多彩色粒主要呈圓粒狀，這是因?yàn)槭杷男缘牧u乙基纖維素醚在基礎(chǔ)漆中除了其結(jié)構(gòu)中的羥基和保護(hù)膠
有交聯(lián)作用外，它本身含有的疏水基團(tuán)能和乳液粒子有較強(qiáng)的締合作用，在受到外力剪切時(shí)，色粒斷裂前發(fā)生形變程度較小，所以色點(diǎn)主要是圓粒狀。而羥乙基纖維素醚增稠的基礎(chǔ)漆，在受到外力剪切時(shí)，基礎(chǔ)漆在造粒過程中易受力形變較大，形成片狀色點(diǎn)。
對(duì)于羥乙基纖維素醚，隨著纖維素醚分子量的增大，在相同造粒條件下，色粒逐漸變長、變厚。一方面是因?yàn)楦叻肿恿康睦w維素醚分子量較長，在相同的造粒條件下，大色點(diǎn)受力后不容易斷裂形成小色點(diǎn)，色點(diǎn)更容易拉長。另一方面，在相對(duì)低分子量的纖維素醚，由于高分子量的纖維素醚分子量容易蜷縮在一定的空間里，保護(hù)膠 在此有限空間交聯(lián)更易形成“卡屋”結(jié)構(gòu)，受力時(shí)在一定程度上起到骨架作用，所以形成色點(diǎn)相對(duì)較厚；低分子量的纖維素醚分子鏈可自由的分布在基礎(chǔ)漆中，大色點(diǎn)受力后更容易形成小色點(diǎn)，同時(shí)由于分子鏈較為分散，在保護(hù)膠 與其交聯(lián)后，保護(hù)膠 之間不容易形成“卡屋”結(jié)構(gòu)，色點(diǎn)較薄。
從滲色情況來看，分子量低的羥乙基纖維素醚增稠的色粒沒有滲色現(xiàn)象，造粒后保護(hù)膠溶液清澈，隨著分子量的增加，滲色情況逐漸變差，250HHBR出現(xiàn)輕微滲色，造粒后的保護(hù)膠溶液變得渾濁。這可能是由于一方面在基礎(chǔ)漆相同的粘度情況下，低分子量的纖維素醚添加量較多，相對(duì)應(yīng)的羥基也就較多，可在色粒表明提供更多的保護(hù)膠的交聯(lián)點(diǎn)，形成較致密的疏水膜，阻止色點(diǎn)內(nèi)組分想外滲透；另一方面，分子量低的纖維素醚在基礎(chǔ)漆中的自由度相對(duì)較大，在基礎(chǔ)漆中沒有和保護(hù)膠 反應(yīng)的羥基可相對(duì)較為自由的移動(dòng)，與保護(hù)膠 交聯(lián)形成較為致密的疏水膜。
而在基礎(chǔ)漆粘度相同的情況下，分子量高的纖維素醚添加量較少，羥基的含量也相應(yīng)的較少，并且自由移動(dòng)度相對(duì)較差，因此在色點(diǎn)表面不能形成致密的膜，有滲色現(xiàn)象。
不同的纖維素醚用量對(duì)多彩涂料后增稠的影響
在基礎(chǔ)漆中添Natrosol 250HBR 的量分別為0.7%、0.9%、1.1%、1.3%、在制作成多彩涂料后，每隔24 小時(shí)測試漆粘度，5天中的粘度變化情況如圖7所示。
由圖可知，基礎(chǔ)漆中250HBR 的含量越高，多彩成品漆的起始粘度越高，在基礎(chǔ)含量為1.3% 的成品漆的起始粘度比基礎(chǔ)漆為0.7% 的成品漆粘度高大約7KU，這可能是由于造粒的過程中，由于物理外力的作用，基礎(chǔ)漆中的一小部分纖維素醚易滲到保護(hù)膠 溶液中并與其發(fā)生物理交聯(lián)反應(yīng)，起到一定的增稠作用，基礎(chǔ)中的羥乙基纖維素醚越多，滲出相對(duì)就越多，因此成品多彩漆的起始粘度就越高。常溫下放置一周，基礎(chǔ)漆中纖維素醚為0.7% 和0.9%的成品多彩涂料的粘度增加平緩，5 天后粘度趨于平穩(wěn)。而基礎(chǔ)漆中纖維素為1.1% 和1.3% 的成品多彩涂料粘度變化曲線較陡，5 天后增稠較為嚴(yán)重。這是可能是因?yàn)樵谠炝：蟮膬?chǔ)存過程中，250HBR 含量較多的基礎(chǔ)中沒有和保護(hù)膠 反應(yīng)的自由羥乙基纖維素醚分子鏈較多，平衡后更容易緩慢的滲到連續(xù)相中，引起較為嚴(yán)重的后增稠。
不同種類的纖維素醚對(duì)多彩涂料后增稠的影響
用以上六種纖維素醚（Natrosol250MHBR、Natrosol 250HBR、NatrosolNatrosol 250HHBR、Natrosol Pluss330、Natrosol HE3KB、Natrosol HE 10K） 調(diào)制粘度相當(dāng)?shù)幕A(chǔ)漆粘度，制成多彩涂料后，每隔24 小時(shí)檢測其粘度，5天中的粘度變化如圖8所示。
不同種類的纖維素醚對(duì)多彩涂料后增稠的影響
羥乙基纖維素醚相比，用疏水改性羥乙基纖維素醚增稠的多彩涂料起始粘度較低，且粘度增加較為平緩，4 天后，多彩涂料的粘度基本穩(wěn)定。這是因?yàn)椋环矫媸杷男缘睦w維素醚除了和基礎(chǔ)漆中的保護(hù)膠發(fā)生物理交聯(lián)外，它和能和乳液粒子發(fā)生締合作用，相對(duì)羥乙基纖維素醚，其分子鏈在基礎(chǔ)漆中的自由移動(dòng)度較低，不論是在造粒還是在儲(chǔ)存過程中，疏水改性纖維素醚分子鏈滲出到連續(xù)線中的量較少；另一方面，由于疏水基團(tuán)的存在，疏水改性纖維素醚與保護(hù)膠 發(fā)生交聯(lián)的程度沒有羥乙基纖維素醚和Laponit交聯(lián)的程度高。
對(duì)于羥乙基纖維素醚，其分子量越低，多彩涂料的起始粘度越高，且粘度的后增稠情況越明顯。這是因?yàn)樵诨A(chǔ)漆粘度相當(dāng)?shù)臈l件下，分子量低的羥乙基纖維素醚添加量較大，相對(duì)性的分子鏈較多；同時(shí)，分子量低的羥乙基纖維素醚分子鏈短，相對(duì)分子鏈長的羥乙基纖維素醚更容易自由的移動(dòng)，所以不論是在造粒過程中還是在存儲(chǔ)過程中，低分子量的纖維素醚更容易滲出到連續(xù)相中，造成較高的起始粘度和明顯的后增稠現(xiàn)象。而對(duì)于疏水改性的羥乙基纖維素醚，HE10K和Pluss330符合羥乙基纖維素醚的規(guī)律，但其增稠的多彩涂料起始和后期粘度比HE10K低，這是由于雖然HE10K比HE3KB的分子量高，但HE3KB所含的疏水基團(tuán)的比重比HE10K高，與乳液粒子的締合作用更強(qiáng)，分子鏈從基礎(chǔ)漆中更難從色粒中滲到連續(xù)相。
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結(jié)語
纖維素醚/特質(zhì)粘度的水包水多彩涂料是目前使用最廣的體系，纖維素醚、乳液和特質(zhì)粘土是這個(gè)體系中最重要的三個(gè)成分，對(duì)多彩涂料的生產(chǎn)、儲(chǔ)存穩(wěn)定、施工性能及最終效果都能起到?jīng)Q定性影響。
當(dāng)這個(gè)體系中乳液和特質(zhì)粘土的種類和用量確定后，可以改變纖維素醚的種類和用量來調(diào)整多彩涂料的一些性能，如色粒的形態(tài)及大小、滲色及后增稠等。本文通過改變纖維素醚的種類和用量，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，從理論上分析了纖維素醚對(duì)多彩性能的影響。在實(shí)際生產(chǎn)中，可以根據(jù)不同的要求，使用不同的纖維素醚搭配來達(dá)到其效果，既可以達(dá)到理想的滲色效果和色粒形態(tài)，又能把后增稠控制在一定范圍。
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佛山三升貿(mào)易17年一直服務(wù)于涂料及油墨廠家高檔涂料原材料供應(yīng)商。羥乙基纖維素供應(yīng)15年。包括信越科萊恩羥乙基纖維素HS30000YP2,HS100000YP2。美國陶氏QP100MH、QP52000H、ER-30M(與陶氏QP30000H同款)、QP44000H、QP15000H羥乙基纖維素工業(yè)級(jí)專用、還有QP100MH（女人頭包裝）日化級(jí)類。阿克蘇諾貝爾EBS451FQ羥乙基纖維素。國產(chǎn)瀘州北方、宏博、銀鷹、歐蒙、三友等多家羥乙基纖維素供應(yīng)廠家合作。長期穩(wěn)定庫存。歡迎大家咨詢。18688841669張經(jīng)理。
下一篇：增稠劑類羥乙基纖維素上一篇： 在油墨中水性聚氨酯樹脂的六大作用
此文關(guān)鍵字：科萊恩羥乙基纖維素,廣東好威羥乙基纖維素,信越羥乙基纖維素,陶氏羥乙基纖維素,亞跨龍羥乙基纖維素
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