众所周知，水性配方仍然存在几个问题，并不总是能够获得与溶剂型系统相同的性能。水性体系的典型挑战之一是在表面活性剂的存在下以及极端pH条件下，流变性改进剂的行为。常用的流变调节剂大致可分为结合型和非结合型两类。前者通常对表面活性剂的存在很敏感，这通常在基础漆着色后出现。在大多数情况下，由于着色膏中存在表面活性剂，导致联想网络的扰动，涂料的粘度降低。
微纤化纤维素(MFC)是一种用于涂料、粘合剂和密封剂的多功能添加剂，在改善流变性、稳定性和表面性能方面具有显著效果。MFC适用于各种极性有机和水性体系，能够控制各种水和极性溶剂型体系的粘度和改性触变性。MFC的高惰性、兼容性和稳定性允许开发稳定和稳健的配方，即使在苛刻的条件下。此外，MFC还为配方商提供解决方案，以提高涂料配方的抗沉降、抗脱水和抗开裂。
微纤颤纤维素的相容性和流变性行为已在水性丙烯酸和环氧体系中进行了研究。1、2研究结果表明，MFC能很好地分散到树脂中，并具有良好的相容性。此外，随着MFC浓度的增加，粘度和抗凹陷性增大。此外，分散体在沉积和保留流变性能方面是热稳定的。
MFC独特的流变性能通过控制颗粒的流动来更好地控制配方。研究表明，MFC可以防止薄膜干燥过程中的咖啡环效应，从而使颗粒和颜料更好地分布。3.这为提高颜料和填料(如二氧化钛)的有效性和更好的显色性提供了可能性。
Microfibrillated纤维素
MFC最早是在20世纪80年代引入的。4多年来，它的潜在和可能的用途被广泛报道，从化妆品中的增稠剂到食品包装中的氧气屏障。5直到2010年初，MFC的研究和小规模生产主要在大学和小型试点设施进行。Borregaard推出了世界上第一个MFC商业生产设施，开设了1000干MT Exilva®2016年工厂。6
MFC由长而薄的纤维素原纤维组成，形成三维网络。这种独特性质背后的秘密是其巨大的表面积，与纤维表面的大量羟基结合在一起。MFC的相互作用基于配方中的物理和化学相互作用。这种独特的纤维结构的主要特征类似于水溶性聚合物和不溶性添加剂的混合物。MFC粘度高，屈服应力大，剪切稀化，保水能力强。纤维素原纤维的不溶性也导致了优异的稳定性和相容性。MFC在较宽的pH值范围内(1-13)稳定，与常见的水可混溶有机溶剂以及表面活性剂兼容。
与普通聚合物溶液相比，MFC悬浮液的流变性能有很大不同。首先，粘度在低剪切时不会像在聚合物溶液中那样达到一个平台。从图1可以看出，MFC悬浮液的粘度随着剪切速率的减小而增大。相反，羟乙基纤维素(HEC)溶液的粘度在剪切速率0.1 s左右达到一个平台－1．这意味着MFC的静止粘度要高得多，接近100倍。这将大大提高储存下的稳定性，特别是在脱水和沉降方面。在较高的剪切速率下，HEC溶液和MFC悬浮液具有相当的剪切减薄作用，这有助于配方的泵送、喷涂、混合和应用。
由于低剪切速率下的高粘度和特殊的剪切稀化行为，MFC也可用于拟通过喷涂应用的产品中作为增稠剂。MFC确保储存期间的高稳定性，并允许喷涂非常厚的悬浮液，因为在喷涂过程中粘度下降。然而，当该产品被涂上且不施加力时，粘度会迅速恢复，并且产品保持在其撞击表面的位置而不会下垂(图2)。除了抗下垂外，MFC的使用还会导致不滴水的效果，这是涂料中通常需要的效果。
188金宝搏bet官网材料与方法
在本研究中使用了市售MFC, MFC (Exilva F 01-V)，含有10% wt% MFC在水中(由Borregaard制造)。以下通用着色剂用于着色:808-9907灯黑，808-7214酞蓝和808-1045红色氧化铁。根据ASTM D4440测定抗凹陷性(着色)，根据ASTM D4062测定流动和平整性(着色)，根据ASTM D523测定光泽度(着色)，根据ASTM D2486测定抗擦洗性，根据ASTM D4946测定抗阻塞性。流变学用Anton Paar流变仪测量，采用bob和cup测量几何。
MFC对丙烯酸涂料着色时粘度损失和浮色的影响
用丙烯酸深基配方研究了MFC对薄膜性能的影响及其防止着色和浮色损失的能力(表1)。该配方以丙烯酸粘合剂为基础，非离子聚氨酯改进剂(HEUR)作为增稠剂或MFC作为功能性添加剂。在这两种情况下，使用HEUR增稠剂来调节高剪切粘度。底漆用了三种不同的着色剂，每加仑8盎司。
用808-9907灯黑(每加仑8盎司)着色后，MFC对粘度保持的影响可以从图3中清楚地看到。启发式配方粘度下降12.6%，而MFC配方粘度仅下降4.0%。这种差异可以用MFC原纤维的物理性质来解释。MFC的增稠效果是基于与原纤维的物理相互作用以及与系统中其他组分的氢键作用。因此，该网络不受表面活性剂或其他疏水化合物存在的影响。
根据ASTM D4400, MFC的高静止粘度和相对快速的粘度恢复导致了24的抗凹陷评级，而基于HEUR的配方导致了4的凹陷评级。两种配方的颜色接受度都处于相似的水平。MFC的颜色浮子略低。MFC作为流变性剂时，对光泽度有明显的影响。基于启发式公式的光泽度为37.2(60°)，而基于mfc公式的光泽度为10.1。由于两种配方的水平相当，HEUR为9,MFC为8 (ASTM D4062)，因此光泽度的损失被认为与MFC原纤维的物理结构有关，导致了消光效应。这也意味着MFC可以在更高的剂量水平上用于配制光滑表面的平面涂料。两种配方均表现出良好的抗擦洗性，MFC的抗擦洗性略高(1351 vs 1278)。
用酞蓝和红氧化铁进一步研究了着色剂的效果(表3)。这些着色剂也观察到了同样的趋势。MFC有效地防止了着色后粘度的损失，而基于HEUR的配方导致粘度显著下降(图4)。
用流变仪进一步研究了着色涂料的行为。首先对未着色涂料进行了分析，以获得参考价值。基于MFC的未着色涂料显示出高静止粘度，并具有强烈的高剪切稀化行为(图5)。与基于HEUR的配方相比，基于MFC的配方的静止粘度高出10倍。在高剪切区，基于mfc的配方粘度为基于启发式的配方的一半。剪切曲线结果与下沉阻力值吻合良好(表3)。
在用808-9907灯黑(每加仑8盎司)着色后，使用基于HEUR的配方观察到低剪切区粘度急剧下降。低剪切区粘度从10 Pa左右开始下降。s到1pa。s，而基于MFC的配方粘度几乎保持不变(图6)。
用蓝色着色剂着色的涂料与用灯黑着色的涂料表现几乎相同(图7)。当涂料用808-1045红色氧化铁着色时观察到差异(图8)。同样，基于MFC的配方表现几乎与未着色的涂料相同。以HEUR为基础的配方比黑色和蓝色着色剂的粘度下降小。这与KU结果有很好的相关性(表3)。然而，基于mfc的配方的粘度在静止状态下仍然高出20倍。
结论
MFC对涂料配方流变性的影响是显著的。MFC能有效防止着色后的粘度损失。高粘度静止，结合高屈服应力，结果稳定的配方，并允许均匀的配方，即使存在重颗粒或低密度填料。此外，静止时的高粘度可以增加涂膜厚度，从而减少所需涂膜层数，而不影响最终涂层性能。相对快速的粘度恢复导致优异的抗凹陷性，而不牺牲涂层的水平。
此外，MFC有助于减少涂层的浮色。根据MFC的用量，可以看到对涂层光泽度的影响。这为制定光滑表面的平面涂料提供了可能性。MFC是一种可持续、可再生、无vocs的多功能添加剂，不仅可以在配方上替代合成添加剂，还可以为最终产品带来附加值。
参考文献
1Moosavifar, a;Holtan, S.欧洲涂料大会，2015。
2法尔肯伯格·奥尔森，A.M.;Holtan,美国;Moosavifar,。欧洲涂料杂志，2015， 07/08, 30。
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5克莱姆d;克莱默,f;莫里茨,美国;林德斯特伦,t;Ankerfors m;灰色,d;Dorris, A。Angewandte Chemie Int。艾德．2011， 24,5438。
6www.exilva.com
本文最初在德国纽伦堡举行的2019年欧洲涂料会议上发表。
欲了解更多信息，请发送电子邮件otto.soidinsalo@borregaard.com。
