膨润土无机凝胶在涂料中的应用
无机凝胶作为无机增稠剂在涂料生产中有非常好的应用,其特性就是增稠效果和悬浮性显著,能够使涂料产生触变性,便于存储和施工。
无机凝胶中主要矿物是蒙脱石,蒙脱石的基本结构形式是TOT型,即两层硅氧四面体中夹一层铝氧八面体构成层状结构。这种特殊的层状结构赋予了无机凝胶特殊的性能,如吸水性、膨胀性、触变性、流变性等。这些性能都使得膨润土在涂料行业中有这良好的应用。
增稠剂能够增大涂料的粘度,改善涂料的流变性能,它在涂料的生产中是必不可少的。每一种涂料都有其对流变性的要求,例如,乳胶漆在存储阶段,应有较高的粘度以利于防止分层和沉淀;在施工阶段,乳胶漆受到高剪切速率的外力,要求有较低的粘度,涂刷时不拖刷,喷涂时雾化良好,滚涂时无拉溅。涂布后剪切消失,粘度随恢复但不应太快,使之具有足够的流平时间。这就需要一种合适的增稠剂来改变涂料的粘度。
无机凝胶作为无机增稠剂在涂料生产中有非常好的应用,其特性就是增稠效果和悬浮性显著,能够使涂料产生触变性,便于存储和施工。经研究发现添加无机凝胶的涂料,经剪切作用力作用后,粘度恢复的时间明显缩短,充分体现了膨润土的触变性。
无机凝胶的增稠机理赋予其独特的流变性能,使其在涂料行业中有以下几种用途:
(1)无机增稠剂:无机凝胶在水中能吸附数倍于自身数量的水并形成凝胶状物 质,产生相当高的黏度,在涂料中能够增加中剪切黏度,并可与其他增稠剂一起发挥协同增稠作用。
(2)悬浮稳定剂:无机凝胶能够将体系中的固体颗粒固定在三维的网格结构中,支撑和阻止其下沉,而不是单纯的靠黏度来稳定,从而提高颗粒的悬浮稳定性能。
(3)触变剂:无机凝胶的网络结构在一定剪切力的作用下会被破坏,产生触变性流动,将其掺入涂料中可以使其具有极好的触变性。近年来建筑涂料领域中厚涂料产品很多,如弹性拉毛涂料、浮雕涂料、仿石漆、内外墙抹灰腻子以及外保温系统用抹面砂浆、保温腻子等,该类产品需要厚涂施工,要求产品需要具有极好的触变性,无机凝胶非常适用于这类涂料产品领域。
(4)改善施工滑爽性:无机凝胶用于腻子产品中,其片状结构可以降低砂粒与水泥粒子之间的摩擦力,更易于刮涂施工。
膨润土无机凝胶优点:
(1)胶体性能好,分散于水体系中能水化膨胀行成“半透明-透明”的触变性凝胶,且不受温度限制。
(2)与酸、碱、盐的相容性好,水化后的凝胶中添加少量酸、碱、盐不会变稀或絮凝,胶体稳定性好,可在PH值为5--12范围内添加复配。
(3)高悬浮性,能使密度较高的矿物质、盐和有机物悬浮在水中。
(4)具有阳离子交换性能和吸附性能,能与脂肪胺和季铵盐等反应达到有机化,使胶体体系具备各所需要的各种物理性能,能吸附香精、色素、颜料或酶制剂。
(5)对水包油及油包水体系有较好的稳定性能,同时具有优良的展布性和成膜性。
(6)与有机阴离子胶体有较好的相容和复配性,能起到很大增稠作用。
(7)与醇类及高极性溶剂(甘油、山梨醇等)的相容性好。
(8)触变性好,高剪切低黏度,低剪切高黏度。
(9)经济性:单独使用显著降低成本,与纤维素醚类,丙烯酸类等增稠剂配套共用,在提高涂料的流变性能的同时,可以降低成本。
一般膨润土无机凝胶在乳胶漆、沙浆漆、真石漆、复色花纹、颜料浆、水性油墨等涂料配方中的加量为0.25%--1.5%。使用方法如下:
(1)预凝胶适用法(推荐)
膨润土无机凝胶增稠流变剂可做预凝胶使用:配置预凝胶的浓度应根据分散设备的搅拌速度和产品需要的黏度高低来决定,以获得最佳效果,一般为10%(质量百分比)。称取一定量的本产品,在搅拌下缓慢加入到25-30℃水中,注意避免结块。产品加完后,调整转速到1000-1200RPM,搅拌分散30分钟,使产品充分分散到水中,形成均匀的凝胶体,后放置8-24小时,待胶体发挥增稠作用,体系稳定了以后再使用。
(2)干粉使用法
膨润土无机凝胶增稠流变剂可以以干粉状态投入所需体系中使用,配置体系的浓度应根据分散设备的搅拌速度和产品需要的各项指标(触变性能、粘度高低等)来决定,以获得最佳效果。
注意事项:
采用膨润土无机凝胶增稠剂制备内外墙厚质涂料应特别注意其添加方式。由于无机凝胶需要通过吸收一定量的自由水,经水合作用使体积膨胀形成网络结构后才能发挥增稠作用。如果采用后添加方式,在配制涂料左后阶段将膨润土无机凝胶粉体直接加入到涂料中增稠,此时体系中没有足够的自由水供其溶解吸收,在低速搅拌下无法在短时间内充分水合形成网络结构。因此增稠速度非常缓慢,不但后增稠现象严重,而且部分溶解不充分成凝胶状,影响涂料的配制、施工及贮存。建议将配方中一部分的水合无机凝胶混合并充分溶解配置成预凝胶,以预凝胶形式加入到涂料中搅拌均匀,这样增稠速度快、效果好。或者将大部分无机凝胶增稠剂在配制研磨浆料过程中直接以干粉体形式加入,然后再涂料配制的最后阶段加入余下的无机凝胶水凝胶液调整至合适黏度。
膨润土无机凝胶需在充分分散下发挥增稠作用,配置成胶体后适当存放可提高增稠、防沉、触变效果。表面活性剂、二元醇等会干扰水合作用,应在无机凝胶分散完成后添加。
膨润土无机凝胶产品可单独使用或与其他增稠剂如羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、甲基纤维素及其改性物、碱溶涨丙烯酸类等配合使用,发挥两者的协同作用,不但可以减少增稠剂的总用量,能够使体系获得最佳流变性能,而且可以改善涂料的施工性和贮存稳定性。