【原】淺談丙烯酸乳液增稠方法及原理

周工解涂 2022-02-24

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

在乳液幾個(gè)重要的參數(shù)中，粘度是非常重要的一項(xiàng)。乳液粘度涉及到不同種類的應(yīng)用情況，例如防水膠在布料貼合上面，粘度需求在3~4萬(wàn)mPa.s，中等粘度方便布料上膠，防止粘度過(guò)低浸濕材質(zhì)。醋丙乳液用于木材與紙張等貼合時(shí)，粘度要求高，10萬(wàn)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(shè)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(shè)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(jié)構(gòu)分散穩(wěn)定乳液，非離子乳化劑以屏蔽效應(yīng)分散穩(wěn)定乳液，乳化劑作為乳液水油之前的橋梁。反應(yīng)過(guò)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(qiáng)，粘度增加。以一個(gè)60%固含的印花膠漿用乳液為例，乳化劑含量2%時(shí)，乳液粘度為8000mPa.s，當(dāng)把乳化劑的量提高到4%的時(shí)候，乳液粘度變成14000mPa.s。

2、分子量

防水膠要求耐水性能好，實(shí)驗(yàn)常常通過(guò)提高分子量來(lái)達(dá)到目標(biāo)。增加分子量的最直接有效的方式是提高交聯(lián)單體的量，常用交聯(lián)單體有AM（丙烯酰胺），NMA，DAAM，ADH，AAEM，有機(jī)硅等。這些交聯(lián)單體，部分能與羧基羥基反應(yīng)，部分能自己反應(yīng)，故大大提高了分子量。分子量變大，分子鏈間纏繞更密集，運(yùn)動(dòng)困難，使整個(gè)乳液體系粘度變大。防水膠中，交聯(lián)單體的量在2%~4%，當(dāng)交聯(lián)單體過(guò)量時(shí)，交聯(lián)過(guò)度導(dǎo)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(lián)單體遠(yuǎn)遠(yuǎn)過(guò)量時(shí)，還易使乳液破乳。所以，適當(dāng)?shù)慕宦?lián)單體能使乳液增加粘度。以防水膠為例，當(dāng)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(wàn)mPa.s左右，當(dāng)NMA的量超過(guò)5%時(shí)，容易破乳。

3、堿溶脹

是指分子鏈中含有羧基，通過(guò)增加氨水等堿性物質(zhì)使乳液增稠。

乳液聚合中大多數(shù)會(huì)引入羧基，處于酸性條件下時(shí)，乳液PH低，乳膠粒子表面的羧基無(wú)法電離，大分子鏈上除了陰離子乳化劑電離的，基本不帶負(fù)電荷，沒(méi)有電荷的作用，分子間，膠粒間處于互不干擾狀態(tài)。隨著PH變高，膠粒表面的羧基電離，乳膠粒開(kāi)始吸水溶脹，當(dāng)加入的堿性物質(zhì)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(tài)逐漸伸展成直線狀態(tài)，水分子進(jìn)入粒子展伸層使得表面體積變大，阻礙水分子的流動(dòng)性，使得整個(gè)乳液體系粘度變大。

還有另一種說(shuō)法是分子鏈伸展部分相互纏繞，整個(gè)分子分散相形成氫鍵，氫鍵作用使粘度增加。通過(guò)加堿增加粘度的乳液通常中和后的乳液藍(lán)光更明顯。有些通過(guò)分子鏈上引入羧基增加粘度不能達(dá)到要求的粘度，會(huì)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(xué)物質(zhì)，作用原理是其疏水主鏈吸附到乳膠粒表面，形成保護(hù)層，親水部分與周?chē)肿油ㄟ^(guò)氫鍵締合，減少膠?；顒?dòng)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(guò)程，用作保護(hù)膠體，使用外觀濁白帶點(diǎn)藍(lán)光。缺點(diǎn)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(jié)構(gòu)中有親水基團(tuán)和疏水基團(tuán)，具有一定的表面活性劑的性質(zhì)。乳液中的水能使其形成膠束，與乳膠粒子形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，讓大分子鏈難以運(yùn)動(dòng)，達(dá)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(wàn)mPa.s，增稠后乳液外觀變濁白，無(wú)藍(lán)光。