一、流变学基本原理

流变学：描述物体在外力作用下产生流动和形变规律的学科。

基本概念

剪切应力：物体单位面积切线方向的力。

剪切速率：单位时间内流体相对于剪切应力发生的变形程度。

粘度：流体阻碍流动的程度。

二、水性涂料与流变学的关系

一、涂料生产、储存和施工中的剪切作用和理想的流变特性。

三、水性增稠剂的种类与增稠机理

1.   增稠剂的种类

1.1 多糖类衍生物类。

1.2 碱溶胀增稠剂（ASE）。

1.3 聚氨酯增稠剂（HEUR）。

1.4 聚酰胺蜡。

1.5 气相二氧化硅类。

1.6 其他：乙烯共聚物蜡乳液、改性脲溶液、硅酸盐、醋酸丁酸纤维素。

2.   常见增稠剂的分子结构及增稠机理

2.1 纤维素醚类增稠剂（分子结构）

2.2 纤维素醚类增稠剂（增稠原理）

纤维素醚中的极性基团与周围溶剂（水）分子形成氢键，提高了聚合物本身的流体体积，减少了颗粒自由活动的空间，从而提高了体系黏度同时通过分子链的缠绕实现黏度的提高。

2.2   碱溶胀增稠剂（ASE）

一般是由（甲基）丙烯酸和丙烯酸乙酯或丙烯酸丁酯，经过一定聚合而制备的一种乳液。经过功能性单体改性的聚丙烯酸增稠剂称之为改性碱溶胀（MASE），如果改性部分为疏水单体也可称为HASE。除此之外，还有中性的丙烯酸反相乳液增稠剂（PTF）、卡波姆等，在水中溶胀增稠，无需调节PH值。但在涂料中应用较少，不作论述。

增稠机理：聚丙烯酸类增稠剂溶于水中，通过羧酸根离子的同性静电斥力，分子链由螺旋状伸展为棒状再与水氢键水合，从而提高了水相的黏度。另外它还通过在乳胶粒与颜料之间架桥形成网状结构，增加了体系的黏度。

2.3 聚氨酯增稠剂（HEUR）

聚氨酯增稠剂是一种疏水基团改性的乙氧基聚氨酯水溶性聚合物，属于非离子型缔合增稠流变剂。HEUR是由疏水基团和由氨基聚醚二部分组成。疏水基团为一些大分子的烷基，在水性涂料与其它化学组分的疏水结构缔合形成网状结构，氨基聚醚链段能提供化学稳定性和粘度稳定性，常用的是聚乙二醇通过异氰酸酯来扩链的，再烷基封端。

2.4   聚酰胺蜡

由多元酸和多元胺反应而成，分子由非极性的脂肪烃部分和极性的酰胺部分组成。

酰胺基中的氧原子电负性大，易和烃基部分的氢原子形成氢键。氢键可在分子间或分子内形成，分子内氢键使分子呈卷曲状，整个分子对外界显非极性状态，不能建立起立体网状结构，没有防沉作用；另一种是分子间氢键，这是聚酰胺蜡防沉降的基础，但一般来讲，未经活化处理的聚酰胺蜡大部分呈团聚，相互缠绕的分子束，没有形成展开的立体网状结构，极大地影响了其防沉降效果。

有机蜡的活化过程及触变原理

①蜡粉在剪切力下体系温度逐渐升高，有机蜡颗粒软化膨胀。

②活化过程中蜡纤维通过氢键形成立体网状结构，赋予触变性。

③高剪切力下破坏网状结构，流动性变强，不影响流平。

④去除剪切力后蜡纤维结构重新搭桥，又形成立体网状结构。

2.5 气相二氧化硅

气相二化硅是由四氯化硅高温焰解而成，疏水类型经由一系列的有机硅表面处理。主要分为亲水型和疏水型二大类。

作用原理：气相二氧化硅的表面具有大量的硅羟基。这些硅羟基的存在，不仅使得二氧化硅之间可以形成氢键作用而连在一起，形成一个二氧化硅网络。而且硅羟基也可以与基体（如极性液体或高分子材料等）之间形成氢键作用。这样，在体系中就形成了一个二氧化硅和基体之间的“互穿网络”，从而呈现出良好地增稠性；而形成网络的氢键和物理吸附作用力，又是一种相对较弱的作用力，使得在剪切力的作用下，网络又容易被破坏，从而使体系粘度迅速下降；剪切力消除后，网络迅速恢复，体系粘度迅速增加，呈现出良好地触变性。

2.6   改性乙烯-醋酸乙烯共聚物蜡、改性脲溶液、硅酸盐、醋酸丁酸纤维素

改性乙烯-醋酸乙烯共聚物蜡：改善效应颜料的定向并减少云块状色斑/花斑。同时减少涂料在贮存和加工中的沉降。

改性脲溶液：助剂能形成一个三维网络，这样就可产生触变流动性能以防止沉降，剪切粘度恢复需要时间，所以抗流挂的性能有限，不会降低涂层的耐水性。

硅酸盐：可增加低剪黏度，但在高剪范围影响很小，并可防止湿碰湿施工中涂料发生流挂或混融。可提高施工性和储存稳定性，同时还可有效防止水性涂料体系中颜料、填料、消光剂 或其它固体物质的沉降。对于pH 值从强酸到强碱的配方均有效。此外，该助剂在水溶性有机溶剂或溶解盐类含量较高的体系中也有出色的效果，特别适用于水性汽车涂料，可加速施工后的结构形成，从而实现理想的效应颜料定向。

醋酸丁酸纤维素（CAB）：助于溶剂挥发时更好的促使底漆的收缩和铝粉的定向排列。

四、水性增稠剂的选择

水性涂料增稠剂的选择

乳胶漆及一般工业漆涂料里面，因为成本综合考虑使用触变性的增稠剂（膨润土、纤维素、碱溶胀型）提高低剪切条件下的粘度可有效防止颜料沉淀和湿膜流挂，同时搭配采用流变曲线较为平缓的缔合型增稠剂提高高剪切粘度，两种增稠剂的协同使用可改善涂料的遮盖力、丰满度和流平性。

高端消费品用水性涂料对整体性能要求较高，因此对性能影响比较大的增稠剂，例如影响耐水性的纤维素基本不会使用，通常采用增加低剪切粘度的缔合型聚氨酯增稠搭配中高剪切力增稠的缔合型聚氨酯改善涂料的储存及施工性。

银粉漆/珠光漆作为一类特殊水性涂料，由于它的片状结构而在涂料中存在排列问题，银粉排列如果控制不好，颜色就达不到要求，并且不易施工，易发花，最终还会影响装饰效果，因此需要特别考虑其增稠剂的选择。

一般来说较高的触变性，较快的干燥速度均有利于银粉在湿膜中快速固定，碱溶胀型增稠剂、低剪切增稠的缔合型聚氨酯增稠剂、改性乙烯-醋酸乙烯共聚物蜡、硅酸盐均有利于提高低剪切粘度，醋酸丁酸纤维素有利于提高干燥速度，均是常用的改善排列的增稠剂。

需要注意的是，这些助剂对漆膜的性能可能有不同程度的影响，例如碱溶胀型增稠剂影响耐水，改性乙烯-醋酸乙烯共聚物蜡及醋酸丁酸纤维素影响耐磨等。