乳液触变性对流平性的影响研究

黄建平,吴晓黎

(1.四川大学化学工程学院,成都,610065;2.中国石化集团四川维尼纶厂,重庆,401254)

乳液触变性对流平性的影响研究

黄建平1,2,吴晓黎2

(1.四川大学化学工程学院,成都,610065;2.中国石化集团四川维尼纶厂,重庆,401254)

乳液的流平性是乳液应用性能中的一个重要项目。目前,评价乳液的流平性主要采用刮涂法、刷涂法和目测法,前者简单、方便和实用,而且还能定量地评定出流平性等级,但耗时较长,且定量比较粗略;而后两种方法虽然简单、方便、快捷,但人为影响因素较大且定量不准。采用流变仪测定乳液的触变环的面积可较好的评价乳液的流平性,且该方法具有准确、方便、快捷等优点。

触变性 流平性 乳液 触变环

1 前言

流平性是指乳液在施工后,其涂膜由不规则、不平整的表面铺展成平坦而光滑表面的能力。乳液的流平是在重力、表面张力和剪切力的综合作用下的结果。流平的前提是乳液是否润湿材料表面,即是否具有较好的流动性。而触变是在一定的剪切力作用下,乳液形态变化的大小,直接与产品后面的使用有很强的联系。我厂VAE乳液已广泛地运用在粘合剂、建筑、纺织、纸张及涂料等行业。由于使用的行业不同,要求的应用性能检测侧重也不同。流平性和触变性是乳液应用性能中的一个重要项目。目前,流平性的测量方法主要有刮涂法、刷涂法和目测法。前者简单、方便和实用,而且还能定量地评定出流平性等级但耗时较长,且定量比较粗略;而后面两种方法虽然简单、方便、快捷,但人为影响因素较大且定量不准。以流变仪测定的流平环来定量它的触变性,可以消除人为因素,取得很好的结果。

2 实验部分

2.1 实验仪器及试剂

流变仪AR-G2,美国 TA公司,40mm平板;流平性测定仪LPQ-1型,涂层100～1000μm;

线棒涂布器 40、60、80、100、120μm 系列;VAE乳液系列。

2.2 实验条件

2.2.1 乳液触变环面积及粘度的测试的实验条件

仪器:AR-G2型流变仪,40mm平行板。

测试条件:剪切速率为0-50s-1;测试时间为30s;测试温度为25℃。

粘度测试条件:测试温度为25℃,剪切速率为20s-1。

2.2.2 乳液流平性测试条件

仪器:用LPQ-1型流平性测定仪,电热鼓风干燥箱内。

2.3 分析步骤

2.3.1 乳液触变环面积及粘度的测试步骤

将少量样品滴加在40mm平行板上,流变仪的测试臂缓缓放下,在规定的间歇下停止,开启摇摆功能,进行测试。取剪切速率为20s-1时的值为粘度值。

2.3.2 乳液流平性测试步骤

在洁净、平整的实验板上涂上五对各种膜厚的平行乳液带,然后将涂好乳液样品的实验板放入(105±2)℃的下干燥,待试样干燥好后统计实验表面上已经流在一起的平行带对数,定出乳液的流平性能等级。

3 结果与讨论

3.1 流平性现有检测方法比较

3.1.1 刮涂法

刮涂法是利用几对各种膜厚的平行乳液带,观察它们因流平而并拢在一起的能力。测定方法是在洁净、平整、水平的玻璃板上,涂刮几对各种膜厚的平行乳液带,然后将涂刮好乳液的玻璃板放在规定的试验环境中干燥。干燥好后统计实验表面上已经流在一起的平行带对数,定出流平性能等级。其等级规定具体如下:

“10”级——5对乳液平行带全部流在一起;

“8”级——4对乳液平行带全部流在一起;

“6”级——3对乳液平行带全部流在一起;

“4”级——2对乳液平行带全部流在一起;

“2”级——1对乳液平行带全部流在一起;

“0”级——无乳液平行带流在一起。

如果涂膜的平行带对只是大部分流在一起,评定出奇数等级。每一个试样要平行测定3次,必须2次测定的流平等级一致才能定出测定结果。该方法简单、方便能对乳液的流平性进行粗略的定量,但对流平性相差不大的样品难于对比,且耗时较长,受环境和人为影响因素较大。

3.1.2 刷涂法

刷涂法是用毛刷迅速地将乳液纵向涂刷样板上,涂刷时间不能太长。然后在样板中部纵向地由一边到另一边涂刷一道乳液(有刷痕而不露底)。自刷子离开样板的同时,启动秒表,测定刷子划过的刷痕消失和形成平滑乳液表面所需的时间,并按产品规定判断合格与否。该方法简单、快捷,但受环境和人为影响因素较大。

3.1.3 目测法

目测法是用合适的线棒涂布器将乳液涂布在洁净、平整、水平的玻璃板上,立即启动秒表计时,达到规定时间后通过观察乳液表面的纹路大小和数量来确定乳液的流平性[1]。该方法只适用于流平性相差较大的乳液间进行对比分析,环境条件和人为影响因素较大。采用120μm的线棒涂布器对乳液制样,放置一小时后的流平情况,如图1,2。

除以上方法外还有人采用粘性模量与弹性模量的比值即 G”/G’来衡量流平性。G”/G’值越大,则表示该乳液的粘性占主导,其有比较好的流平性;G”/G’值越小,则表示该涂料的弹性占主导,其有比较好的抗流挂性[2]。

3.2 乳液的触变性及检测

触变性是物体受到剪切时,稠度变小,停止剪切时,稠度又增加或受到剪切时,稠度变大,停止剪切时,稠度又变小的性质。即,一触即变的性质。触变性是涂料、食品、化妆品、药品及其他重要工业产品的一项非常重要的特性[3]。乳液属典型的假塑性流体,有明显的剪切变稀行为。其主要原因是乳胶颗粒顺着流动方向取向或排列的作用超过了乳胶颗粒的布朗运动所产生的随机化作用。对于乳液体系来说不仅呈现取向的可能性,而且还存在着与时间相关的颗粒间的相互作用,它们可能产生三维网络结构,通常称为“凝胶”。但这种“凝胶”体系容易受到剪切力的破坏,从而导致乳液体系的粘度降低。如图3。

图3 乳液分散体系颗粒间作用

触变性的测量方法主要有两种,一种是用粘度计测量两个不同剪切速率的粘度比值如:6转的粘度值与60转的粘度值的比值[4];另一种是用流变仪测试样品的触变环面积,如:图4。不难看出在上行曲线中随着剪切速率的增加乳液的粘度逐渐下降,下行曲线中乳液的粘度随着剪切速率的下降而上升,粘度的上升速度远不及上行曲线下降速度快。

图4 乳液触变环

3.3 乳液触变环面积与流平性的关系

实验表明乳液的粘度与乳液的流平性有一定的关系,乳液粘度越大其流平性也越差。但当流平性等级相差不大时,其粘度变化与流平性变化相反。如表1中的2#、3#、4#样,2#样的流平等级为8级却比流平等级为6级的3#、4#样粘度高。

乳液触变环面积随着流平性等级的降低而升高,且对应性较好。在采用流平性测定仪测定流平性相差不大的乳液时,其流平性等级判断较为困难,但采用触变环测量时,仍能区分出流平性差异。如表1中的3#、4#样。为了证明3#、4#样的细微流平性差异,采用线棒涂布器对3#、4#样在玻璃板上制样观察,发现3#样的流平性较4#样好些。

表1 乳液流平性与乳液触变面积关系

3.4 乳液触变环面积测试的重复性

对乳液样品触变环面积进行四次重复测试,其结果见表2。其标准差为0.35,能够较好的保证在乳液样品触变环面积的重复性。

表2 乳液样品触变环面积重复性

因此,触变环面积法测试乳液流平性具有准确、快速、重复性高等优点,是现有乳液流平性评价方法中的较好一种。

3 结语

乳液的流平性是乳液应用性能的一项重要指标,流平性好的乳液可以在达到相同效果的情况下减少乳液的使用量,节约生产成本。采用乳液的触变环面积法测量乳液的流平性具有快速、准确、重复性高等优点,是一种较好的乳液流平性评价方法。

[1]沈林.高流平、耐沾污性内墙乳胶漆的研制[J].2004,8:16-17.

[2]俞峰,周克尧,谢荣.涂料流变学概论[J].上海涂料,2007,45(6):34-37.

[3]Gebhard Schramm著,朱怀江译.实用流变测量学[M].北京:石油工业出版社,2009.

[4]宁武深.乳胶涂料流变性能控制研究[J].中国涂料,2004,12:17-20.

The Study on Effects of Thixotropy to Leveling Property of Emulsion

Huang J ianping1,2,W u Xiaoli2
(1.Department of Chemical Engineering,Sichuan University,Chengdu610065,China;
2.S INO PEC Sichuan Vinylon Works,Chongqing401254,China)

Leveling property is an important indicator of the application performance of emulsion.At present,the leveling property is evaluated mainly through the methods of scraping-coating,brushing-coating and visual evaluation;the scraping-coating method is simple,convenient and practical,featuring loop quantitative assessment of the grade of leveling property,but it takes longer time,with a rough quantitative comparison result;while the latter two are simple,convenient and fast in the evaluation,but it’s heavily affected by human factors,resulting in an inaccurate quantitative assessment.Rheometer can be used for measuring the area of emulsion thixotropic loop,thus evaluating better the leveling property,and this method is accurate,convenient and fast in the evaluation.

thixotropy;leveling property;emulsion;thixotropic loop