談環(huán)保水性涂料的殼聚糖后增稠

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摘要：環(huán)保水性化，是家用乳膠漆的發(fā)展趨勢(shì)。在研究環(huán)保水性涂料的過(guò)程中，涂料粘度是一個(gè)非常重要的指標(biāo)，它直接影響了涂料的涂裝性能，是選擇噴涂、輥涂等多種涂裝方法的決定性因素。在很多水性涂料制備過(guò)程中，由于需要具備抗菌、抗凝結(jié)、消泡等多種功能，多種添加劑的加入導(dǎo)致產(chǎn)品的粘度從108.8KU下降到85.4KU，與理想值有一定距離。在這種情況下，需要加入部分后添加增稠劑進(jìn)行粘度調(diào)節(jié)。將高脫乙酰度量殼聚糖作為一種增稠劑，對(duì)水性涂料進(jìn)行增稠，可以控制添加的量對(duì)粘度調(diào)節(jié)，使涂料粘度達(dá)到107.3KU。本研究為殼聚糖在環(huán)保水性涂料中的應(yīng)用提供實(shí)驗(yàn)理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：高脫乙酰度；殼聚糖；水性涂料；粘度

在人們生活條件得到改善背景下，人們對(duì)生活環(huán)境尤其是室內(nèi)家居環(huán)境的要求越來(lái)越高。而家居環(huán)境中，直接看到、接觸到的墻面，最重要的裝修方式是使用涂料。對(duì)于涂料，人們不再僅僅滿足于刷白、裝飾的基本功能，對(duì)功能和環(huán)保要求也與日俱增[1]。傳統(tǒng)的溶劑型涂料俗稱(chēng)油性涂料，不僅會(huì)污染環(huán)境，而且會(huì)對(duì)人體健康造成威脅[2]。主要原因，是油性涂料在制造、施工和固化等過(guò)程中會(huì)釋放出揮發(fā)性有機(jī)化合物(簡(jiǎn)稱(chēng)VOC)，其實(shí)更使人們恐懼的，是涂料中的甲醛含量。甲醛的產(chǎn)生可能是在涂料生產(chǎn)過(guò)程中使用的原材料自身引入的。在油性涂料中，由于成膜物質(zhì)本身是揮發(fā)性溶劑，同時(shí)涂料成膜體系需要很多的表面活性劑、分散劑等，大大增加空氣殘留的VOC、游離甲醛含量。有研究表明，油性涂料溶劑是后續(xù)VOC、甲醛長(zhǎng)期釋放過(guò)程的主要來(lái)源，如果換成水性乳液，游離甲醛含量下降大約50%。因此，水性涂料的應(yīng)用，可以極大限度降低家居環(huán)境中游離甲醛的含量[3]。對(duì)于環(huán)保水性涂料來(lái)說(shuō)，涂料粘度是一個(gè)非常重要的指標(biāo)。粘度是涂料作為一種流體的主要物理特性。在涂料的技術(shù)指標(biāo)中，通常會(huì)明確地把粘度作為一項(xiàng)重要的常規(guī)檢測(cè)指標(biāo)，規(guī)定涂料產(chǎn)品粘度的生產(chǎn)范圍及使用范圍。因?yàn)檎扯炔粌H體現(xiàn)涂料的質(zhì)量穩(wěn)定性,更影響到涂料的涂裝實(shí)用性能、涂裝可選擇的方法、施工成膜的綜合性能,如附著力、耐洗刷等。

因此，涂料的粘度對(duì)其性能的影響至關(guān)重要[4]。增稠劑是經(jīng)化學(xué)反應(yīng)合成的，人們可以對(duì)分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，合成出能夠滿足自己要求的殼聚糖后增稠劑。然而，在很多水性涂料制備過(guò)程中，為了迎合消費(fèi)者多功能的需求，常常需要具備抗菌、抗凝結(jié)、消泡等多種功能。想要實(shí)現(xiàn)這些功能，就必須加入相應(yīng)的功能助劑，而這些助劑的加入經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致水性涂料產(chǎn)品的粘度下降。為了將涂料的粘度保持到合適的水平，這時(shí)候就需要加入適當(dāng)?shù)脑龀韯?。增稠劑是一種調(diào)節(jié)物系粘度的流變助劑，有助于減緩?fù)苛现蟹稚Ⅲw的沉降，增加分散體的分散性，使物系能夠保持穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)或者乳池狀態(tài)。增稠劑在溶液體系中，本身并不與溶液中的組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，僅利用增稠劑大分子特性以及分子之間的締合作用來(lái)固定溶液中的水分等易流動(dòng)相，達(dá)到增稠的目的。環(huán)保水性涂料中加入優(yōu)異的增稠劑后，不僅粘度會(huì)大幅度上升，而且體系的流平流變性、觸變性都會(huì)得到明顯的改善。生活中的許多行業(yè)如涂料、石油開(kāi)采、化妝品等為了使產(chǎn)品的性能、外觀以及施工中的操作難度得以改善，對(duì)增稠助劑的要求越來(lái)越高。同時(shí)，由于人們對(duì)自身健康意識(shí)以及環(huán)保意識(shí)的提高，要求生活中所使用的產(chǎn)品具有綠色環(huán)保無(wú)傷害的特點(diǎn)，所以對(duì)增稠劑也提出了新的要求。增稠劑作為五大溶液助劑之一，使用安全性將越來(lái)越受到人們的重視。殼聚糖作為陽(yáng)離子多糖，是自然界中廣泛存在的甲殼質(zhì)脫乙酰后的產(chǎn)物。殼聚糖后增稠劑經(jīng)過(guò)了漫長(zhǎng)的發(fā)展過(guò)程，目前經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單處理后就可投入使用。高脫乙酰度的殼聚糖展示出多種特殊生理功能，無(wú)細(xì)胞毒性，具備良好的生物相容性、抗凝血性、能促進(jìn)傷口愈合、人體可以直接吸收等各種優(yōu)良性能。同時(shí)，各種研究證實(shí)，殼聚糖具有很好的抗菌性能，可以增強(qiáng)家居乳膠漆的健康性能[5]。本課題組研究證實(shí)，高脫乙酰度的殼聚糖可以作為一種增稠劑，對(duì)水性涂料乳膠漆進(jìn)行增稠。通過(guò)控制添加的殼聚糖用量，達(dá)到調(diào)節(jié)粘度的效果。本研究為殼聚糖在環(huán)保水性涂料上的應(yīng)用，以及高脫乙酰度殼聚糖的應(yīng)用領(lǐng)域研究，提供了理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1材料

殼聚糖（相對(duì)分子質(zhì)量Mw=2.0×105Da，脫乙酰度為≥95%）購(gòu)買(mǎi)自阿拉丁化學(xué)試劑有限公司，氨水購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，羥乙基纖維素（HECQP100-MH）購(gòu)自陶氏化學(xué)（中國(guó)）投資有限公司，助劑（BYK-111等）購(gòu)自德國(guó)畢克化學(xué)，鈦白粉（R-668）購(gòu)自廣州惠云鈦業(yè)股份有限公司，苯乙烯-丙烯酸酯乳液（RS-668）購(gòu)自巴德富公司。

1.2方法

1.2.1水性環(huán)保涂料樣品的制備用1L的塑料桶將纖維素溶于40mL水中，加入0.01mL的氨水，通過(guò)頂置式高速攪拌機(jī)，使用60mm的分散盤(pán)高速攪拌5min。之后，加入鈦白粉24g，保持1500r/min的轉(zhuǎn)速，攪拌15min。攪拌完成后，加入乳液9.6g，并加入助劑，并以900r/min的速度繼續(xù)攪拌分散10min（為了進(jìn)行對(duì)照實(shí)驗(yàn)，0號(hào)樣品不加助劑）。分散完成后，將樣品轉(zhuǎn)移備用。根據(jù)不同樣品的需求，分別加入0、0.1g、0.2g、0.3g、0.4g的殼聚糖，并繼續(xù)以900r/min的速度攪拌5min，并進(jìn)行后續(xù)測(cè)試。本實(shí)驗(yàn)中，不同編號(hào)的樣品加入的原料如表1所示：

1.2.2樣品性能測(cè)試主要試驗(yàn)器材：濕膜制備器（上?，F(xiàn)代100μm）、色差儀（上?，F(xiàn)代XD1054）、涂料耐洗刷測(cè)定儀（標(biāo)格達(dá)BGD-528）、天平（賽德利斯BSA6202s）、斯托默粘度計(jì)（上?，F(xiàn)代STM-V）、刮板細(xì)度計(jì)（標(biāo)格達(dá)BGD-242）、pH計(jì)（雷磁PHS-3C）。樣品的pH值通過(guò)pH計(jì)直接測(cè)定。粘度通過(guò)斯托默粘度計(jì)測(cè)定。通過(guò)刮板細(xì)度計(jì)可以測(cè)定樣品的細(xì)度大小。通過(guò)濕膜制備器將樣品在白紙上制膜，待漆膜干燥后利用色差儀測(cè)定漆膜的光澤、對(duì)比率、白度等相關(guān)的性能。將水性涂料樣品通過(guò)濕膜制備器在石棉板上制膜，干燥后通過(guò)涂料耐洗刷測(cè)定儀，可以測(cè)定樣品的耐擦洗性能。

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1樣品的制備

樣品制備完成后，比較不同樣品的物理性狀，并通過(guò)觀察、聞嗅，得到不同的樣品的總體外觀性能（見(jiàn)表2）。由于對(duì)照樣品0號(hào)中，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中沒(méi)有添加分散劑、消泡劑，因而在氣泡上會(huì)相對(duì)其他樣品多一些。而在氣味方面，得益于更少的助劑存在，揮發(fā)的VOC更少，0號(hào)樣品的氣味則更輕微。

2.2樣品性能對(duì)比

從測(cè)試結(jié)果（見(jiàn)表3）可以看到:對(duì)比0號(hào)與1號(hào)樣品，0號(hào)樣品的粘度為108.8KU，但是由于助劑溶液的加入，粘度掉到了1號(hào)樣品的85.4KU。而高脫乙酰度殼聚糖作為后添加增稠劑的加入，在加入0.1g的殼聚糖之后，樣品的濃度已經(jīng)上升到了92.2KU，呈現(xiàn)明顯的增稠效果。隨著殼聚糖從0.1g逐漸增加到0.4g（5號(hào)樣品），粘度已經(jīng)增加到了107.3KU，基本已經(jīng)和0號(hào)樣品持平。而其他方面，殼聚糖的加入并沒(méi)有造成太大的影響，樣品的性能基本上保持穩(wěn)定。

3討論

本文研究結(jié)果表明，高脫乙酰度殼聚糖作為一種后添加增稠劑時(shí)，可以有效地增大環(huán)保水性涂料的粘度，達(dá)到比較好的效果。同時(shí)，加入殼聚糖并不影響涂料的其他性能，不會(huì)破壞環(huán)保水性涂料的原有體系。因此，將高脫乙酰度殼聚糖作為水性涂料的后添加增稠劑，是一項(xiàng)非常好的應(yīng)用，具備可行性，值得進(jìn)一步深入研究。

作者：林福星 王水森 黃進(jìn)壽 林碧凡 羅菊香 張建漢 單位：三明學(xué)院三明市氟化工產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院