增稠剂在乳液涂层中的应用

陈晓娟  天津市纺织局印染技术研究室

原载：染整涂层及其他整理学术论文、资料选辑/1990

提要

    本文着重对增稠剂在乳液涂层中的应用性能进行了探讨，并对不同类型的10种合成增稠剂，即Dicrylan Thickener O、Collacral LR 8475、Emulsur V、Hiprint LB、Mirox AM、Dicrylan Thickener R、SS-l、S、Lutexal HP、Hiprint LA的增稠性能、理化性能及应用性能，作了较详细的实验和论述，为不同类型的涂层选择了不同类型的增稠剂，使其达到较好的涂层效果。

一、前言

    近年来随着人们对公害污染、溶剂价格上涨及安全等问题的逐渐重视，涂层加工正由溶剂涂层向水系涂层方向发展。目前，国内外都有一些乳液涂层剂产品，为了充分发挥这些产品的涂层效能、就必须对水系涂层工艺及涂层处方进行较详细的研究。本文将着重于增稠剂在乳液涂层中的应用进行一些探讨，为此，我们选用了不同类型的10种增稠剂，对其增稠性能、理化性能及应用性能进行了一些探讨和评价。

    选用的10种增稠剂包括；

    1、聚丙烯酸类

Dicrylan Thickener R      Ciba

Mirox AM             Stock Hausen

SS-1                 石家庄树脂厂

S                    石家庄农药厂

    2、聚氧乙烯类

Collacral LR 8475         BASF

Dicrylan Thickener O      Ciba

    3、聚乙二醇醚类

Emulsur V              松井色素

Hiprint LB          林化学株式会社

    4、复合体系

Lutexal HP                BASF

Hiprint LA          林化学株式会社

二、实验内容及数据分析

1、增稠剂的理化性能及增稠性能

(1)各种增稠剂的基本特性；

(2)各种增稠剂的增稠特性；增稠用乳液Impranil AW系外增稠型聚丙烯酸酯涂层乳液，含固量40%，原液pH 4.4，测试温度27℃，粘度计NDJ-79型。

表1

增稠剂

pH

难挥发成分%

外观

干燥后状态

Dicryan Thickener O

7

45

无色透明粘稠液

无色透明油状物

Collacral LR 8475

6.5

12

无色透明粘稠液

无色透明油状物

Emulsur V

6

63

无色透明粘稠液

白色腊状物

Hiprint LB

6.5

37

浅黄色透明粘稠液

浅黄色腊状物

Mirox AM

3.8

24

白色乳液

无色透明坚硬薄膜

Dicrylan Thickener R

3.8

35

白色乳液

略发白的坚硬薄膜

SS-1

3.8

29

白色乳夜

硬度较小的略发白薄膜

S

3.8

29

白色乳液

硬度较小的略发白薄膜

Lutexal HP

6.5

29

粘稠白色分散液

白色块状物

Hiprint LA

4.8

30

稠厚白色膏状物

白色块状物

表1（续）

增稠剂

水中增稠情况

用量(%)

粘度

CPS

现象

Dicryan Thickener O

4

-

经搅拌可分散到水中呈无色透明溶液，对水增稠力很弱

Collacral LR 8475

 

4

-

在水中均匀分散，有一些溶胀，形成絮状水合物，对水基本无增稠力

Emulsur V

4

-

易分散到水中，形成无色透明溶液，对水基本无增稠力

Hiprint LB

4

-

经搅拌可分散形成悬浮液，对水基本无增稠力

Mirox AM

8

220

很容易分散到水中，增稠后形成无色透明粘稠液

Dicrylan Thickener R

8

450

很容易分散到水中，增稠后形成无色透明粘稠液

SS-1

8

215

很容易分散到水中，增稠后形戍无色透明粘稠液

S

8

205

很容易分散到水中，增稠后形成无色透明粘稠液

Lutexal HP

4

1520

经搅拌形成白色粘稠液

Hiprint LA

4

800

经搅拌形成白色粘稠液

(3)增稠后乳液流变性及粘性指数的测定

    粘度不同，乳液流变性及EVI不同，为此，选择增稠后在实际涂层试验时粘度趋于一致的乳液(1)-(10)，进行流变性及EVI的测定，这样才有可比性

图一、Impranil AW 流变曲线

图二、Dicrylan Thickener O和Collacral LR 3475的流变曲线

图三、Emulsur V和Hiprint LB的流变曲线

 

图四、Mirox AM；Dicrylan Thickner R；

SS-1；S的流变曲线

图五、Lutexal HP；Hiprint LA的流变曲线

     图例：η一表观粘度，D一剪切速率，T一温度，r一轴速。

处方(1)-(10)见表2。由于NDJ-79型粘度计测定EVI较为困难，所以选用目前较通用的NDJ-l型粘度计进行测定。NDJ-l为Brookfield型粘度计，最宜测定EVI，但此数据只供参考。

表2

处方号

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

增稠剂

DiCrylan Thickener O

Collacral LR 8475

Emulsur V

Hiprint LB

Mirox AM

Dicrylan Thickener R

SS-1

S

Lutexal HP

Hiprint LA

用量(%)

0.6

0.8

2

2.5

1

1.5

2.7

2.5

1.5

1.5

乳液粘性指数EVI=（60转/分粘度）/（6转/分粘度）

lgEVI=tgθ

 

EVI值

I·Emulsur V

2·Hiprint LB

3·Collacral LR 8475

4·DiCrylan Thickener O

5·Lutexal HP

6·Hiprint LA

7·Dicrylan Thickener R

8·Mirox AM

9·SS-1

10·S

0·517

0·365

0·337

0·327

0·198

0·189

0·184

0·179

0·176

0·173

图六、乳液粘性指数EVI示意图

lgEVI=TGθ

    2、增稠剂对涂层应用性能影响

   使用同一种织物，用同一种工艺流程和条件，将不同用量的各种增稠剂分别加到同一乳液中。通过适当调整pH，分别将乳液增稠到某一相同的粘度值，测定这一粘度值时的剪切速率，应近似于所确定的涂层条件下刮刀对乳液的剪切速率，然后在相同设备条件下涂层，此时在刮浆瞬间，不同增稠体

系乳液的粘度应该是接近的，得到的湿涂覆量也是接近的。

    织物；涤/棉65/35，65S/2×65 S/2 130×65线绢。

    工艺流程；采用两次同条件涂层，以增大涂覆量。

    涂层(1)→干燥(120℃×l分) →涂层(2) →干燥(120℃×l分)→防水处理(二浸二轧，压力10千克力/厘米，速度3米/分，温度27℃，轧液率40-45%)→干燥(120℃×l分)→固化(160℃×2分)。

涂层处方；

Impranil AM

Imprafix AD

Impranil DLN

Antispumin DJ

Imprani1 43056

Euderm Matting SN

增稠剂

非自增稠丙烯酸酯乳液

AM的外交联剂（液状）

非自增稠聚氨酯乳液

消泡剂

非自增稠聚氨酯乳液

消光剂

-

300份

15份

400份

3份

100份

2O0份

x份

    防水浴处方:

      Sumifluoil EM-11        3%

      Fix A                   O.3%

    试验设备；日本过井PT-2热风烘燥定形机，瑞士Benz双辊电动轧液烘燥机，瑞士Mathis涂层试验机。

    测试方法；

    耐水压；ISO-811法

拒水性；AATCC-22-1980法

耐洗涤性；AATCC-83B-1973法

干涂覆量；重量法

        表3

 

加工初期

水洗一次

水洗三次

耐水压

拒水

耐水压

拒水

耐水压

拒水

涂面

布面

涂面

布面

涂面

布面

S

＞1000

100

100

 

 

 

 

 

 

SS-1

＞1000

100

100

610

100-

90-

320

100-

80

MiroxAM

＞1000

100

100

620

100-

100-

415

100-

80

Dicrylan Thickener R

＞1000

100

100

660

100-

100-

500

100-

80+

Hiprint LA

＞l000

100

100

600

100-

80

410

100-

70+

Lutexal HP

＞1000

100

100

620

100-

80

300

90-

70

EmuIsur V

＞1000

90+

90-

360

70+

50+

300

70

50

Co11acral LR 8475

＞1000

100

100

520

100-

80+

320

90-

70-

Hiprint LB

＞1000

100

100

530

90+

70+

300

90-

50+

Dicrylan Thicken O

＞1000

100

100

640

100-

90-

415

100-

80

    表3（续）

 

水洗五次

手感

耐水压

拒水

涂面

布面

S

330

90+

80-

较软不粘

SS-1

300

90

80

稍硬不粘

MiroxAM

360

90+

80

较软不粘

Dicrylan Thickener R

400

90

80

较软不粘

Hiprint LA

320

80

70

较软不粘

Lutexal HP

250

70+

70

较软不粘

EmuIsur V

230

70

50

柔软粘

Co11acral LR 8475

240

70+

50+

柔软不粘

Hiprint LB

230

70

50

柔软略粘

Dicrylan Thicken O

295

80

70

柔软不粘

三、讨论分析

  1、增稠剂的增稠性能

    a·四种类型增稠剂对乳液均有较强的增稠力，相比之下，聚氧乙烯类增稠能力最强，如Ciba公司的Dicrylan Thickener O，用量在1.5%时，即达到7000CPS，聚丙烯酸类增稠剂中Mirox AM和Dicrylan Thickener R比SS-l、S有更高的增稠力，从曲线可以看出，SS-1、S的粘度随用量增

大，上升曲线非常平缓，很近似于天然糊料增稠剂的增稠曲线；复合体系中Lutexal HP的增稠力高于Hiprint LA增稠力；在聚乙二醇醚类中，Emulsur V和Hiprint LB增稠力接近。

    b·不同增稠剂对pH敏感程度不一。其中聚丙烯酸类最为敏感，此类增稠体系是由于同离子效应引起分子内斥力，而使体系粘度升高。若降低pH或使pH值过高，都会引起粘度下降，所以聚丙烯酸类宜采用pH8-9范围；相对来讲其它几类增稠剂对pH敏感程度稍差一些，但都存在一个粘度较高的

pH区间。

如；Collacral LR 8475 pH值8-10

    Dicrylan Thickener 0   7-9

        Lutexal HP             4.5-8.5

        Hiprint LA             4.5-9.5

        Hiprint LB             6-8

        Emusur V               5-7

    2、流变性能

    从η—r，曲线可见，各种增稠乳液均属于假塑性流体，即切力变薄流体，随着剪切速率增大，粘度下降，这是由乳液自身性质所决定的。

    乳液在静止状态时具有结构粘度——分子链间的内斥力、氢键、范德华力造成的体系粘度，以及大分子链不取向造成流动性差，而产生高粘废。当外加剪切力时，破坏分子链由氢键、范德华力构成的结合，并使大分子链取向产生流动，减小了分子链之间的阻力，从而使表观粘度下降。对于涂层来讲，浆液流变性的不同会直接影响涂层效果，如聚丙烯酸及其复合体系的增稠乳液，EVI值都较小，都具有较大触变性，最适用于园网涂层。运转前涂层浆未受到剪切力时，呈较高的初始粘度，所以不会透过网眼流到织物上；运转时浆液受到剪切力，粘度急剧下降，使浆液非常容易透过网眼，均匀涂覆在织物上。一旦剪切力消失，涂覆到织物上的浆液马上又呈高粘度状态，防止了向织物内部渗透。这两种增稠剂还适用于非拒水性织物，在高粘度下进行刮刀涂覆加工。对于拒水性织物，EVI值不能过低，因为EVI值越小，结构粘度越大，浆液的延展性、流动性也就越差，很容易出现涂覆不连

续的现象，对于高粘度加工尤为重要。对于聚氧乙烯及聚乙二醇醚增稠体系，都具有较大的EVI值，所以它可用于拒水织物上的涂层加工。

    3、增稠剂对涂层的应用性能

    不同增稠剂对乳液涂层应用性能的影响，有着很大的差异。从防水性能来看，加工初期除Emulsur V体系，织物拒水性达90分以上，各增稠体系的各项指标都较高，但一经水洗，即表现出明显的差异。聚氧乙烯和聚乙二醇醚类增稠剂对防水的耐久性能影响很大，相比之下，聚丙烯酸及复合的增稠体系防水耐久性能较好，其中以Dicrylan Thickener R及Mirox AM性能最为优异。从手感来看，聚氧乙烯、聚乙二醇醚类增稠体系可得到非常柔软的手感；聚丙烯酸及复合体系增稠乳液涂层后手感稍硬；SS-1所得到的手感更硬一些，但织物表面干燥丰满。

以上性质可从以下几方面来分析；

a·聚丙烯酸增稠剂的多羟基结构与纤维及粘合剂中的羧、羟、腈基[-C（=O）-O-、OH、-C=N]均有亲和力，可以使粘附力上升，使耐洗性增强。从另一方面来讲，此类物质固化时，可与高聚物或织物进行部分交联，尤其与聚丙烯酸酯具有一定的反应性，可提高高聚物交联度，所以相对来讲，抗水压、耐洗性都较高，发粘也得到了改善，但由于交联度高，使手感稍硬。但同样是聚丙烯酸的增稠剂，因其组分、结构、聚合度、交联度以及乳化剂的不同，其性能仍有显著差距，如Dicrylan Thickener R，Mirox AM耐水洗性明显高于同一类的SS-1、S，前二者均为反应性很强的聚丙烯酸乳液，所以固化后能将增稠剂中的水溶性或亲水性基团最大程度地

交联封闭起来，使其耐水性得到很大提高。

    b·非离子体系的聚氧乙烯与聚乙二醇醚类增稠剂主要结构-[-O-CH2-CH2-]-。其本身具有乳化、润湿、增溶作用的表面活性剂，含有大量亲水基团，并且具有较强的扩散渗透作用，这样就严重地影响了交联度及成膜性，造成了耐水洗性不佳，耐水压及拒水性下降，又由于-[-O-CH2-CH2-]-结构的存在，使高聚物大分子链之间增加了滑移，减少了链移动的阻力，所以薄膜具有良好的柔软度。对于Dicrylan Thickener

0应用于乳液涂层、各项指标都较高，我们可理解为该物质亲水性基团较少，或具有较多的反应性基团，固化后使其得到一定程度的封闭，从而提高了各项指标。

四、结论

   1、选用的10种增稠剂对于阴离子性外增稠涂层乳液均有较强的增稠力，聚丙烯酸体系中增稠力最强的为Ciba公司的Dicrylan Thickener R及Stock Hausen公司的Mirox AM。非离子体系中增稠力最强的为Dicrylan Thickener O及BASF的Collacral LR 8475。复合体系的增调剂不仅可对乳液增稠，而且对水也有较强的增稠力。

    2、增稠后乳液体系的粘度对pH敏感性不同，聚丙烯酸类最为敏感，只在pH7-9才可维持较高粘度，而其它三类体系在较大的pH范围内均可维持较高的粘度。

    3、各种增稠剂对于涂层织物性能会产生一定程度的影响。聚氧乙烯及聚乙二醇醚增稠体系涂层后手感柔软，表面光滑，但织物防水性及防水耐久性有所降低，所以对于功能性涂层如防水、防油、阻燃等加工，宜采用聚丙烯酸类增稠剂；而对于装饰性涂层如双面异色、遮光等加工，宜采用聚氧乙烯或聚乙二醇醚类的增稠剂。

    4、应研制高反应性的增稠剂，使其固化后可以充分交联到大分子薄膜之中，以减少对涂层耐久性的影响。

参考文献

[1]日本，《纤维》，1986，2-3

[2]《印染译从》，1983，6，9

[3]《印花糊料讲座》，黄茂福编