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水性家具漆的乳液特性
发布时间:2014-07-26 点击次数:
 

乳液是一种球形液滴(分散相)分散在水(连续相)中构成的 两相体系。在一定的容积中,对于等径球最紧密堆积情况,有两种 堆积方式:密排六方和面心立方(图2.1)。两种最紧密堆积球所 占的体积分数相同,都是0. 7405。对两种直径相差较大的球紧密 堆积,体积分数还会更高。如果乳液中的分散相与此类似的话,乳液固含量可以做到74%。但事实上,水性木器漆乳液固含量都很低,高的不超过50%,低的仅为28%左右。

如果固含量过度增加,乳液的稳定性将变差,这会在制备和贮 存时容易产生相反转、絮凝、聚结和破乳现象,难以保证水性家具漆质 量.也可能造成施工困难。根据研究,其原因有两点。一是水性木 器漆所用乳液的聚合物分散相粒子表面有聚合物链端的离子基团 ,以及吸附在乳胶粒子表面上的乳化剂使乳胶粒子带上电荷,从而 形成了双电层。双电层增大了乳液粒子的 表观粒径,使粒子显得比实际的大,电荷还会引起粒子间的相互排 斥,难以相互渗透,使乳液黏度增大,另一方面,双电层降低了乳 液粒子的浓度,减少了有效的固含量。过于紧密的堆积会使双电层 结构破坏,最终使得乳液破乳。另一个原因是固含量太高时,乳液 黏度大,不利于制漆和涂装施工。子的粒径和粒径分布的影响。 此外,乳液浓度较高时,其流变性能 往往呈现出非牛顿型,此时黏度还依赖于切变速度。

溶剂型家具漆不存在热力学稳定性问题,而稳定性却成了乳液的一 个特殊性能。乳液的稳定性遭到破坏时,就会发生乳液粒子聚集、 絮凝、分层、分水收缩,甚至凝聚胶化等现象。乳液稳定性最终决 定了成漆的稳定性。

影响乳液粒子稳定的因素有:
①粒子表面的电荷,同性电荷相 斥使乳液粒子稳定,电荷相反则导致凝聚;
②乳液粒子间的范德 华力使其易于聚集;③界面张力,粒子与分散相的界面张力越 大,乳液越不稳定;
④空间位阻,乳液粒子表面吸附或接枝的大 分子链的空间构型阻碍粒子的聚结;
⑤溶剂或助溶剂吸附在乳液 粒子表面形成溶剂化层,从而阻挡粒子相互接近,增大了乳液的 稳定性。

乳液稳定性的具体表现及影响因素如下:
(1)贮存稳定性 乳液在长期放置的过程中会因布朗运动产生; 乳液粒子之间的碰撞而导致凝聚;乳液粒子密度与水相差较大时, 在重力的作用下容易产生上浮或下沉,进而产生凝聚;构成粒子的 聚合物发生水解或亲水性改变,体系pH值变化以及电解质的影 响,使得体系不稳定;由于微生物的作用使表面活性剂、保护胶体 .或聚合物变质,乳液破坏。

(2)机械稳定性 受剪切力特别是高剪切力的影响,乳液破 乳。这在如下情况下容易发生:界面电位下降,粒子吸附的保护层.! 较薄,温度升高,乳胶粒子较细或乳液浓度较高时。

(3)冻融稳定性乳液过度冷却时会生成冰晶,冰晶膨胀压迫 乳胶粒子引起聚结,再升温粒子已不能重新分散,乳液破乳。乳液 粒子较大,低温下表面活性剂吸附的浓度较低以及能降低冰晶生成 温度的物质少时都会使冻融稳定性变差。

(4)颜料混合的稳定性 颜料迅速夺走乳胶粒子界面接合 颜料颗粒表面的电荷或颜料溶解出的离子电荷与乳胶粒子的电 荷不匹配时,乳液失去稳定性。 乳液粒子的大小一般在微米级。当乳液粒径由数百微米逐渐减 小时,乳液外观将经历一个明显的变化过程:由乳白色变为乳白带 蓝光,乳白微透明,乳白半透明到完全透明的液体。这是因为可见 光的波长为400~750nm,当粒径减小到比可见光波长小得多(纳 米级)时,乳液变成了有透明性的微乳液( microemulsion)。与真 溶液不同,光散射和X射线衍射表明仍有第二相存在。微乳液实 际上是一种胶团乳液(micellar emulsion),热力学上是稳定的体 系,粒径在IO~lOOnm范围之内。真溶液是分子级的单相体系, 稳定性极好。由此看来,按分散质点的大小观察,微乳液可看成由 乳液到真溶液的一种过渡状态。分散质点越小,稳定性变得越好。 在此过程中体系会呈现不稳定性、亚稳定性和稳定性等不同的状 态。事实上某些有微透明性的分散体系长时间贮存时仍会有粒径变 粗或分相现象发生,这表明体系内的分散质点还不够小,仅处于一 种亚稳定状态。表2.3列出了乳液和微乳液的比较。现今水性木器漆用的聚氨酯分散体,包括丙烯酸改性聚氨酯分 散体多为微乳液体系,分散体粒径小,渗透性好,漆膜光泽较高, 更主要的是有良好的贮存稳定性,从而获得了广泛的应用。
 

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