流变学是一门关于物质流动和变形的学问。对于乳胶漆，这是在存储和处理过程中流动行为的科学，包括在应用过程中和应用后。流变学在其研究范围内涵盖了与涂料在混合、泵送、应用(刷、辊、喷涂等)或添加着色剂或用水稀释后的混合过程中流动和性能有关的一切。这是一个广泛的知识范围，不仅涉及流变添加剂(增稠剂)，但他们与其他原材料的相互作用，在配方。188金宝搏bet官网

设计乳胶漆配方是一项任务，往往是困难的阶段选择增稠剂负责整个范围的流变效率。仅仅达到静息粘度，即所谓的低剪切粘度，并不困难，通常归结为单一的增稠剂。但市场期望乳胶漆具有许多特性，而流变添加剂必须满足这些期望，包括易于使用刷子、滚筒或喷雾(特别是由非专业油漆工使用)。此外，添加剂必须保证无脱水、无飞溅、流平性好等。

这篇文章是专门为乳胶漆配方领域的新手准备的，但它也将帮助有经验的配方师和研发部门，通过提供额外的解释案例研究结果，阅读起始配方和适当准备的广泛指导配方提供的可能性。

在这篇文章中，我重点介绍了乳胶漆中流变添加剂有效性的实际评估知识的转移，并强调了正确制备指导配方的重要性。我忽略了许多与流变性基础知识及其定义相关的方面，因为这可以在许多关于乳胶漆流变性的优秀出版物和培训材料中找到。188金宝搏bet官网

流变学修饰符

建筑乳胶漆中的流变改性剂是每一种配方中的强制添加剂。它们的有效操作使涂料在存储、包装、混合、泵送和应用各种技术(刷、辊或喷涂)期间保持稳定。这些增稠剂还有助于防止涂料在涂抹后滴下，以及油漆飞溅。在为乳胶漆的配方选择增稠剂时，首先应该考虑涂料的用途，它将受到什么条件以及需要进行哪些修改才能使这些条件成为可能，同时也要尽可能地简化它。每个人一生中都至少用过一次不同的颜料，并且知道它们的不同之处在于使用的难易程度，例如在画笔阻力方面。应用的方便性和涂层外观的质量取决于流变性改良剂(无下垂，流平性好)。

剪切力

液体乳胶漆受到各种类型的因素，使他们在运动，如混合或扩散到一个表面。每一种类型的运动都用剪力现象来描述。当我们作用于涂料，使其流动时，剪切作用于涂料颗粒和它移动的元素(搅拌器，滚筒，基材等)之间的界面。每种类型的相互作用都有不同的力，因此我们将剪切分为低剪切、中剪切和高剪切。

图1显示了流动行为，通常可以实现与各种乳胶漆增稠剂。当然，这些并不是液体的全部流变行为，然而，就乳胶漆而言，有三种:伪塑性、触变性和牛顿流动。每一种流动模式都是通过粘度和剪切速率之间关系的可变性来测量的。乳胶漆表现出不同程度的假塑性特征。有些假塑性少，有些假塑性多，这取决于配方、颜料体积浓度(PVC)和使用的增稠剂。伪塑性特性使粘度随剪切速率的增大而减小。粘度下降的程度，以及减少的样子，是由全尺寸剪切速率测量方法表征的。不存在单一的伪塑性流动，高剪切力区域黏度的下降不能用低剪切力区域黏度随剪切力的增加而初始黏度的下降来解释。

乳胶漆基本上都是剪切减薄类型，描述假塑性流动。我们搅拌油漆的速度越快，它稀释得越厉害，也就是说，粘度下降得越厉害。当搅拌消退时，粘度立即恢复到静态。粘度的下降以各种方式发生，然而，它通常是一条曲线，当它达到最小值时，不再进一步下降。这种减少取决于增稠剂赋予涂料的流动特性的伪塑性。粘度随剪切速率的增大而减小，用s表示^－1和表示移动表面的速度与它们之间的距离以及油漆所在位置之间的距离的比率。这是根据粘度的物理定义来测量粘度的方法。图2显示了伪塑性流动过程中粘度下降的图形，并标记了具有不同剪切力的区域。

每个剪切力区域负责不同的涂料性能，必须确保在一个最佳水平，这是配方的作用。因此，以指导配方的形式提供关于增稠剂的数据，尤其是剪力的特征，是非常重要的。在实例研究、配合性试验和阶梯研究的基础上，确定了增稠剂的最佳范围。有时它们在剪切的一个区域被设计成粘性，有时它们在一个区域更优，而在另一个区域效果稍差。

低切增稠剂

油漆在罐子里静止不动时，难免受到外力的影响。重力的作用最大，颜料和填充物颗粒必须抵抗，才能不掉到底部(防止沉降)。此外，粘合剂、颜料、填料和表面活性剂颗粒之间的相互作用导致水挤压到涂料表面，导致脱水。这也必须通过增稠剂来防止。为此，在低剪切力区域有效的增稠剂(10⁶到10⁴年代^－1)。

然而，当涂料表面仍是湿的，流平过程发生，这是由牛顿增稠剂和表面张力支持的。在这种情况下，剪切力的范围为10^－2到10^－1年代^－1．

为了达到所需的粘度和流变性能，增稠剂通常采用可以评估粘度的方法进行测试，例如布鲁克菲尔德表观粘度，以及按照下一节所述程序使用标准化测试叶片进行流平。非常重要的是，在技术卡片上，更准确地说，在使用流变添加剂的推荐卡片上，提供测试数据，显示给定的增稠剂是否专用于低剪切力，以及它在这一领域的效果如何，例如从0到5的范围。这有助于促进配方剂的选择，特别是在涂料行业尚未了解的新型增稠剂的情况下，如由可再生原料制成的增稠剂。188金宝搏bet官网在这方面，tvs -增稠剂(着色粘度稳定增稠剂)也必须有效地缓冲着色后的粘度，添加各种颜料浓缩物。

这组用于提高储存稳定性的增稠剂通常包括纤维素增稠剂(纤维素醚，如HEC)，矿物增稠剂(如蒙脱石粘土，凹凸棒土)，碱性膨胀丙烯酸增稠剂(HASE, ASE)，以及许多HEUR聚氨酯增稠剂。为了提高水平，这也是在低剪切速率的区域，许多专用的增稠剂被用来给涂料一个牛顿的轮廓作为额外的支撑增稠剂。它们通常也是HEUR增稠剂。

Mid-Shear增稠剂

在中等剪切力下的粘度负责将油漆加载到刷子或滚筒上，在罐子里的粘度感觉，从垂直表面下垂以及倾倒和泵送。在这一领域有效工作的增稠剂必须对上述参数有影响，其测量使用Stormer粘度计或多切口涂抹器进行抗凹陷指数测量。中剪切增稠剂通常必须赋予粘度在90-110 KU范围内

一旦涂料被涂到基材上，它在涂完后立即受到重力的作用，这导致涂料在垂直表面被涂完时向下流动。在10的低剪切力下也会发生下垂^－2到10¹年代^－1．

在这一领域有效的增稠剂也是纤维素衍生物、碱膨胀丙烯酸改性剂、聚氨酯或矿物增稠剂，然而，它们的效果略高于低剪切增稠剂。因此，对它们进行适当的测试，并对这种效率在中剪切范围内对粘度的影响程度进行分类是非常重要的。

高剪切增稠剂

在最高剪切速率下工作的增稠剂是所谓的ICI粘度增强剂。刷画发生在剪切速率从10²到10⁴年代^－1，从10点开始喷洒^3.到10⁶年代^－1．在这一领域的有效行动是给予工作性，以确保充分的辊滑或优化阻力时，用刷子油漆。高剪切增稠剂还负责成膜，因此是一种对乳胶漆应用性能有特别强影响的流变改性剂。

为了在高剪切速率下测量粘度，使用称为ICI粘度计的锥形和板式粘度计，也经常使用同轴圆柱的流变仪。它们通常是高效的聚氨酯增稠剂，但也可以是丙烯酸增稠剂。疏水改性HEC在高剪切力区域也很有效，有助于减少辊涂过程中的飞溅。

起点配方

起始配方在传递特定类型的流变添加剂的使用知识方面起着非常重要的作用。然而，并不是每一个开胃菜配方都提供了适当的知识，因为其中许多只是有一定剂量的增稠剂，这是没有办法记录在测试结果中，为什么它被设置在一个给定的水平，以及为什么经常选择另一种增稠剂。想要在竞争中保持领先地位的增稠剂制造商在各种案例研究、阶梯研究(显示不同剂量的效果)和指导配方的基础上开发技术材料，展示给定的增稠剂是如何工作的。188金宝搏bet官网大量的案例研究表明，当增稠剂对环境变化敏感时，特定类型的增稠剂如何根据聚合物分散体、pH值、表面活性剂或聚结剂的变化改变体系的粘度，从而影响不同剪切力区域的粘度。

在乳胶漆生产过程中，在研究的基础上指出什么时候添加某一种增稠剂是最好的时间，这是非常重要的。在磨矿阶段加入一些增稠剂，在缓减阶段加入一些增稠剂是有原因的，但这里也应说明是在最后加入还是在中间阶段加入才能获得最佳效率。对于许多增稠剂，特别是聚氨酯增稠剂，但也经常是矿物增稠剂，当以预混料(聚氨酯增稠剂)或悬浮液(矿物增稠剂)的形式添加增稠剂时，可以获得更好的扩散效率、相容性和流变性能。然后，在开发起始配方时，研究了如何最好地获得增稠剂预混料，无论是在水中还是在不同极性的聚结剂或其他溶剂中，在矿物增稠剂的情况下，最佳水化水平，例如蒙皂石层，由不同的剪切力及其作用时间，用于制备悬浮液的水的类型(水硬度)等决定。

适当定制的起点配方还显示了增稠剂在剪切力的个别区域的作用，但也在广泛的PVC。20% PVC和80% PVC中的增稠剂作用不同，这取决于配方中乳胶粘合剂的用量以及增稠剂活性物质与成膜物质的比例。

增稠剂教育的另一个重要因素是由增稠剂生产商和独立顾问组织的各种出版物、课程和网络研讨会。由我们这样的实验室开188金宝搏bet官网发的案例研究和指导配方形式的技术材料反过来有助于原材料生产商(在这种情况下是增稠剂)开发技术材料，以支持其产品的营销和销售。这些材料不188金宝搏bet官网仅有助于决定是否采集样品进行测试，而且显著加快了涂料制造商对增稠剂在新配方或现有配方中的测试，因为它们显示了增稠剂在剂量、相容性和与其他增稠剂的有效性方面的确定方式。

从哪里开始?

涂料制造商的研发部门的任务是将增稠剂以这样一种方式组合在一起，以特定的喷涂技术获得最佳的工作性能-无下垂，良好的流平性，用辊涂时无飞溅，以及许多其他性能。因此，使用最佳剂量的流变添加剂是很重要的，这取决于类型，不是最便宜的。因此，在开始制定配方时，最好先熟悉原料生产商(在这种情况下是增稠剂生产商)提供的广泛案例研究和指导配方，以便将各种技术建议中的知识结合到一个配方中。

我们通常建议的第一步是使用基于PVC的指导配方，与您想要获得的PVC配方相似(在新配方的情况下)，或与当前存在的PVC配方相似(在修改现有配方的情况下)。增稠剂对PVC在不同范围内的行为的影响是非常显著的，因此最好根据类似PVC范围、光泽度等的人进行的案例研究来构建自己的样品。使用类似类型的乳胶粘合剂也很重要，因为很难将增稠剂的行为从基于醋酸乙烯-丙烯酸共聚物分散体的配方转化为具有纯丙烯酸共聚物分散体的配方。因此，适当地建立原材料生产商的建议是非常重要的，这些建议可以适合特定市场上许多典型的粘合剂。188金宝搏bet官网

第二步是分析在生产过程的哪个阶段添加给定的增稠剂，以及将获得的增稠剂样品与其他样品结合以确保最佳效率的适应症。如果我们处理的是纤维素醚，则应在指导配方中确定它是否可以在研磨阶段添加或在最后以溶液形式添加。当然，在这里，重要的是在什么阶段添加一定水平的PVC，因为这在纤维素醚的情况下特别重要。更重要的是在溶液中使用时是否需要额外的碱化剂，以及碱化后的膨胀情况(图6)。下一步是分析可以使用哪些额外的流变改性剂来提高ICI高剪切力的有效性，以及是否已经测试了牛顿添加剂以确保改善流动，以及在多大程度上使用它们来获得所需的流平而不下沉。最后还要分析TVS发生的程度，即流变添加剂是如何缓冲各种颜料膏体的加入的。

应该记住，每个增稠剂通过单个剪切速率区域的扩散来影响流变行为，因此应将其行为作为获得的整个参数考虑，而不仅仅是在特定剪切速率下测量的粘度。这尤其适用于丙烯酸和聚氨酯增稠剂，它们的有效性也归结为对打开时间、颜色兼容性等的影响。

增稠剂效果评价的试验方法

为了正确评估配方和实验室样品制备后的流变添加剂的行为，应使用测试方法进行一系列测定。我们建议使用ASTM国际标准，以提供最可靠的测试结果，可以与原材料供应商进行比较和讨论。除了研发和应用实验室执行的标准评估方法外，例如根据ASTM D4958的刷阻力和根据ASTM D7073的油漆辊，还使用了在不同剪切速率下测量粘度和确定其他流变性质的标准化方法。下面我将讨论一个最常用方法的示例，以及我们作为一个日常使用这些方法的实验室的一些提示和见解。

粘度

低剪切粘度的基本定义是根据ASTM D2196方法a用布鲁克菲尔德粘度计测量表观粘度，使用圆盘轴粘度计(最常见的)和各种圆柱体尺寸的l型粘度计。当根据ASTM D2196方法A确定粘度时，标准指出需要将样品混合10分钟，静置60 - 65分钟，然后进行测量，使涂料达到适当的可重复稀释程度。这种做法总是可取的，因为测量通常是在不同时间制备的样品上进行的，而且如你所知，这也会影响粘度。

ASTM D2196方法还指出了另外两个程序，B和C，包括确定剪切变薄指数和触变性指数。这些方法也用于表征乳胶漆，包括在低剪切范围内控制测量速度的变化-例如在2-20转/分或5-50转/分(方法B) -然后在短暂休息后加强稀释和测量表观粘度(方法C)和确定触变性指数。这不是一种非常流行的确定触变性指数的方法，因为它只基于低剪切区域的测量。

当然，应该记住，每次粘度测量都应在已恒温至恒定温度的样品上进行，通常为25°C(77°F)，因为温度对所获得的粘度结果的影响是显著的。

根据ASTM D562方法a，模拟粘度计和方法B，数字粘度计，用Stormer粘度计进行中剪切粘度测量。粘度测定用KU(克雷布斯单位)进行，这是最流行的粘度测定方法之一，也用于质量控制。Stormer粘度计在200转/分的恒定转速下进行测量，混合元件是一个桨叶。数字粘度计的工作原理是用KU单位以及cP和克来测量粘度，这是在模拟模型中移动桨叶和测量粘度时应承担的负载所对应的结果。图7显示了在测量乳胶漆的ku -粘度时的Stormer粘度计。

用于在高剪切速率下测量，例如12,000秒^－1，圆锥和平板粘度计(ICI粘度计)。这些类型的粘度计与软件一起工作，以确定整个剪切速率范围内的粘度。测量也通过板下的恒温块在恒温下进行，粘度测定是在非常小的样品上进行的，通常从70µL左右。使用ICI粘度计测量粘度(图4)可以通过刷子、滚筒和喷涂来解释涂料的应用行为。

贮存稳定性

根据粘度漂移和脱水或沉降来确定粘度稳定性是一个需要观察涂料样品一段时间的过程。为了加速使用不同增稠剂的样品可能发生的变化，根据ASTM D1849进行了加速存储稳定性测试。它包括将样品暴露在实验室烤箱中52°C(125°F)的高温下1个月。该测试通常在一个1品脱的金属罐中进行，但为了评估流变添加剂的有效性，该测试通常会进行修改。这可以归结为通常在14天内进行测试，因为通常在这段时间之后，在升高的温度下，可以发现粘度变化的趋势或发生脱水，并且进行测试的包装进行了修改，通常是用密封的玻璃罐取代金属罐，以更好地监测脱水的发生。测试完成后，使用上述方法进行粘度测量，并根据要求和内部标准进行额外的补充测试。

飞溅的阻力

在为DIY应用设计涂料时，飞溅是一种特别避免的现象。我们不希望一个没有特殊技能，经常没有适当保护家具或地板的客户在用滚筒喷漆时到处都是油漆点。在ICI粘度范围内评估粘度行为的补充测试是根据ASTM D4707进行的飞溅测试。该测试使用凹口轴辊进行，以确保测试的可重复性，因为使用油漆辊将为测试添加许多变量。在飞溅阻力中，辊子以节拍器确定的频率进行20次运动。被滚筒分散的颜料滴和溅在涂层下面的纸上。根据参考照片，ASTM D4707标准给出了0到10的防飞溅程度，其中10表示没有飞溅，0表示最差结果(图8)。

水准测量

调平测试使用Leneta调平测试刀片进行，在密封图上以高速(0.6米/秒)进行，并使用具有确定槽尺寸的螺旋刀片分配测试涂料。在收缩之前，用注射器和针将涂料涂在叶片前面，这会导致预剪切，以模拟在高剪切速率下的应用，例如用刷子或滚筒作画时。干燥后，涂料按照整平标准进行分级，并按0 - 10级进行分级，10级为整平最好，0级为最差。

Anti-Sagging

根据ASTM D4400，使用建筑涂料范围为4-24密尔(100-600 μ m)的缺口涂药器进行下垂测试。使用涂涂器获得11条层厚分级的涂料，涂完后垂直放置以诱导下垂。通过识别未下垂的涂药器间隙并解释下条的行为，抗下垂指数根据ASTM D4400确定。涂料在拉拔前也用注射器和针预剪，拉拔由自动涂膜器以150毫米/秒的速度进行。

案例研究

本文举例说明了乳胶漆配方中使用的HEUR增稠剂的案例研究结果的解释过程。本案例研究的假设是制备一种含有三种增稠剂的配方:

• 羟乙基纤维素(HEC)等级:30,000 mPas，在2%溶液用量14.4磅/100加仑;
• HEUR 1号增稠剂:KU助剂(中剪切)，活性含量25%，在配方中以1:1水溶液使用，用量为0.9 lb/100 gal;
• 测试HEUR增稠剂2号:活性含量19%，剂量水平:总配方中活性0.3%和活性0.6%。

配方中HEC和KU助剂(HEUR 1号增稠剂)的使用表明，这是在低剪切和中剪切区域用于赋予粘度的增稠剂。因此，测试的增稠剂HEUR 2号将在整个剪切速率范围内测试其对粘度行为变化的影响。

在这里讨论的案例研究中，HEUR增稠剂完全溶于水，不需要使用额外的溶剂。对于HEUR增稠剂，小心使用所需的额外溶剂是很重要的，这可能会增加配方中的VOC含量。

配方

我们将使用表1中的初始公式来讨论案例研究。一个简单的公式被故意用来简化原材料之间的相互作用的表示。188金宝搏bet官网

涂料粘度的测定

从涂料制备的最初几天开始观察粘度的变化，可以提供大量关于增稠剂与其他原材料的行为和相互作用的信息。188金宝搏bet官网表2显示了粘度在整个剪切速率范围内的变化。

低剪切区(Brookfield)的粘度变化表明，尽管HEUR 2号的剂量发生了两倍的变化(制备后粘度的差异仅为2%)，但样品之间的粘度不会发生显著变化。另一方面，表观粘度(Brookfield)在7天后已经稳定到一个略低的水平，但样品之间的粘度差异仍然很低(约13%)。这意味着HEUR 2号在低剪切区域不是有效的粘度改进剂。同样，对于中剪切区域，在0.3%和0.6%活性范围内的样品之间的差异将被忽略。HEUR 2号在中剪切区域也无效，尽管剂量加倍。

粘度差异在高剪切区域(ICI粘度)和CAP 2000+锥形和平板粘度计的测量中可见。配制后即刻粘度和7天后粘度均有差异，这是配方中2号增稠剂活性物质剂量的变化造成的。这一差异范围从61%(初始粘度)到69%(7天粘度)，表明我们清楚地处理的是高剪切力增稠剂。粘度接近3p(平衡)，表明增稠剂在0.6%的活性组分的剂量下有效地支持成膜。这些测试结果表明，2号增稠剂可以为粘度提供额外的流变调节剂，可以通过各种技术(刷、辊或喷雾)轻松应用。

贮存稳定性

在高温下的粘度变化和脱水现象的稳定性测试结果提供了关于在包装中存储涂料时，增稠剂在较长时间内的有效性的信息。图9显示了测试涂料的样品(左侧为活性剂量0.6%，右侧为活性剂量0.3%)。如您所见，在每月125°F的测试中，测试的增稠剂也会影响防止脱水的有效性。虽然它不影响低剪切力区域的粘度变化，但它的有效性还可以用于最小化脱水。

飞溅的阻力

通过标准试验ASTM D4707进行的飞溅试验(通过缺口轴辊进行)显示的结果补充了高剪切区域(ICI粘度)的测定。结果表明，HEUR 2号在0.3%剂量时比增加到0.6%剂量时能更好地减少飞溅倾向。尽管粘度等级仅相差一个(图10)，但尽管ICI粘度测试结果良好，增稠剂并不能随着剂量的增加而帮助减少飞溅。这意味着当制定用于辊涂的涂料配方时，需要考虑减少飞溅的额外材料(例如疏水改性HEC或其他HEUR增稠剂)。

Tintability

以颜料浓缩物的形式加入颜料后，涂料必须以着色粘度稳定的形式保持其性能。TVS的一个衡量标准是保持抗凹陷指数。这里讨论的抗下垂指数是根据ASTM D4400的多槽涂药器进行的，范围为4- 24mils，由PB 15:3着色剂着色(8.7盎司/加仑)

图11和图12所示的抗下垂指数，对于HEUR 2号剂量为0.3%的样品(图11)为24mils(完全没有下垂)，对于活性含量为0.6%的样品(图12)为22mils。结果表明，增稠剂虽然增加了活性物质的剂量，但在抗松弛保留方面并没有很好的TVS。当然，只有在22-24密耳的范围内才能看到差异，然而，这一结果应该提醒配方商怀疑所使用的着色剂的保留率不高，这也可能导致其他着色剂及其混合物的类似结果。

本文中所讨论的着色剂的最后一个特性是耐色性。如你所知，HEUR增稠剂会影响显色，所以这里也检查了0.3%和0.6%的活性剂量是否会影响色漂。图13显示了两种用蓝色颜料浓缩液着色的涂料的下降图。从视觉上看，没有明显的颜色漂移，这也通过分光光度测量得到了证实。色相差是DE＊_ab= 0.52。

因此，所测试的HEUR 2号增稠剂在其测试范围内，随着剂量的变化，对颜色深暗的变化没有显示出任何影响。

总结

乳胶漆配方师新手面临着选择原材料和测试的艰巨任务，以开发出满足市场苛刻期望的涂料。188金宝搏bet官网在本文所示的增稠剂的情况下，仅经过一两次实验室测试就不容易解释每个参数，特别是当增稠剂剂量在配方中增加时，可能并不总是改善改善。这就是为什么原料生产商必须充分提供技术材料，提供广泛的发酵剂配方，并对不同原料、阶梯剂量和竞争原料之间的比较进行案例研究。188金宝搏bet官网适当准备的技术材料是快速有效地开始测试和根据特定涂料制造188金宝搏bet官网商配方的重复案例研究得出结论的基础。

欲了解更多信息，请发电子邮件artur.palasz@spektrochem.pl．