聚氨酯締合型增稠劑分子設(shè)計(jì)與產(chǎn)品流變學(xué)性能
聚氨酯締合型增稠劑親油端基大小和含量、親水鏈段的長(zhǎng)短都可以調(diào)整。每一種分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)組合都可以獲得具有相應(yīng)的流變學(xué)特征的材料。
1.親油端基對(duì)增稠劑流變學(xué)影響
親油端基的大小直接影響締合的強(qiáng)弱，端基越大締合越強(qiáng)，增稠效果越明顯。常用的親油端基一般為8～22碳的線性飽和脂肪烴。如圖分子量15000，端基分別為十、十二、十四碳脂肪烴的線性增稠劑，用量為0.15％，采用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)定含固量為30％的苯丙乳液的流變學(xué)性能。
從上圖的結(jié)果可以看出，隨著親油端基的增大，締合增強(qiáng)，對(duì)低剪切粘度貢獻(xiàn)增加。對(duì)于中高剪切粘度，端基大小的影響較小。因此大的親油端基產(chǎn)品表現(xiàn)出強(qiáng)的假塑性，小的親油端基產(chǎn)品接近牛頓流體，表現(xiàn)出更好的流平性。
端基的結(jié)構(gòu)對(duì)產(chǎn)品的光澤也有影響，有專利報(bào)道采用支化的脂肪烴端基(2-辛基十二醇)生產(chǎn)的增稠劑，添加在涂料配方中可以獲得高光澤的涂料。
2.分子量的影響
高分子的均方末端距與分子量成正比關(guān)系，有人采用激光光散射測(cè)定聚氨酯締合型增稠劑在水及甲醇體系中的z均末端距，發(fā)現(xiàn)商品線性聚氨酯締合型增稠劑的z均末端距一般在40－130 nm，隨著增稠劑分子量的增加，z均末端距增加。在高分子乳膠中增稠作用主要是增稠劑端基與高分子乳膠粒子的締合產(chǎn)生的。假設(shè)粒徑為110 nm，如果粒子以立方排列分布在連續(xù)的水相中，經(jīng)理論計(jì)算，5％含固量時(shí)粒子間距為160 nm，10％含固量時(shí)粒子間距100 nm，25％含固量時(shí)粒子間距為42 nm。
當(dāng)增稠劑末端距小于乳膠粒子間距時(shí)，難以形成增稠劑與乳膠粒子間的有效締合。下圖為數(shù)均分子量分別為12000和25000的聚氨酯增稠劑在不同含固量的聚丙烯酸酯乳液中的粘度。從圖中的結(jié)果可以看出，提高增稠劑分子量對(duì)低含固量乳液的增稠十分有效。
對(duì)于線性體系，增稠劑的分子量不但決定增稠劑的均方末端距，同時(shí)也會(huì)決定增稠劑端基的含量，分子量對(duì)增稠劑的影響比較復(fù)雜，目前還沒(méi)有深入研究報(bào)道。
3.結(jié)構(gòu)影響
商品增稠劑大多采用線性結(jié)構(gòu)，有報(bào)道星型、支化、梳型等增稠劑的合成，但都未對(duì)其性能作深入研究。從理論上分析，這些復(fù)雜結(jié)構(gòu)一般會(huì)降低分子的均方半徑。由于復(fù)雜結(jié)構(gòu)增稠劑的一個(gè)分子有多于2個(gè)端基，一般會(huì)增加締合。
有人研究端基和梳型混合型增稠劑，發(fā)現(xiàn)鏈中間的親油基團(tuán)存在分子內(nèi)作用，阻止了聚合物鏈完全伸展，使增稠效率降低。然而卻賦予了這種結(jié)構(gòu)有更好的粘度穩(wěn)定性。
通用的線形締合型增稠劑對(duì)表面活性劑、溶劑等解締合物質(zhì)非常敏感，加入這些物質(zhì)會(huì)破壞締合，使增稠效率大幅下降。對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)增稠劑，加入解締合物質(zhì)在破壞締合的同時(shí)會(huì)使分子伸展，增加增稠效率，抵消由于解締合作用造成的粘度下降。這種粘度穩(wěn)定性對(duì)涂料行業(yè)十分重要，在涂料配方中通常會(huì)添加色漿（色漿中含有大量的潤(rùn)濕分散劑、二元醇等維持顏料穩(wěn)定分散物質(zhì)）、表面活性劑、溶劑等助劑。特別是色漿，通常是用戶在涂料使用前調(diào)配，涂料的粘度著色穩(wěn)定性就顯得更重要。
