水溶性高分子增稠剂综述.doc

1 绪论增稠剂实质上是一种流变助剂,加入增稠剂后能调节流变性,使胶黏剂和密封剂增稠,防止填料沉淀,赋予良好的物理机械稳定性,控制施工过程的流变性(施胶时不流挂、不滴淌、不飞液) ,还能起着降低成本的作用。特别对于胶黏剂和密封剂的制造、储存、使用都很重要,能够改进和调节黏度,获得稳定、防沉、减渗、防淌、触变等性能。 定义能明显增加胶黏剂和密封剂黏度的物质称为增稠剂(chickening agent) ,有水性和油性之分。尤其是水相增稠剂应用更为普遍。在水体系中,当增稠剂达到一定浓度后,亲油端基缔合形成胶束;在水基高分子体系中,增稠剂的亲油基团主要与聚合物粒子缔合, 以这种方式完成增稠特性的高分子化合物称为水性增稠剂。 分类及机理水溶性高分子增稠剂的分类有以下几种: 纤维素类[1] 纤维素类在水基体系中是一类非常有效的增稠剂, 广泛应用于化妆品的各种领域。纤维素是天然有机物,它含有重复的葡萄糖苷单元,每个葡萄糖苷单元含有 3 个羟基,通过这些羟基可以形成各种各样的衍生物。纤维素类增稠剂通过水合膨胀的长链而增稠, 纤维素增稠的体系表现明显的假塑性流变形态。使用量一般质量分数为 1%左右。纤维素类增稠剂纤维素类增稠剂的增稠机理是疏水主链与周围水分子通过氢键缔合,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。也可以通过分子链的缠绕实现黏度的提高,表现为在静态和低剪切有高黏度,在高剪切下为低黏度。这是因为静态或低剪切速度时,纤维素分子链处于无序状态而使体系呈现高粘性;而在高剪切速度时,分子平行于流动方向作有序排列,易于相互滑动,所以体系黏度下降。 聚丙烯酸类聚丙烯酸类增稠剂[2]自1953 年Goodrich 公司将 Carbomer934 引入市场至今已有40年的历史了,现在这系列增稠剂已经有了更多的选择(见表 1)。聚丙烯酸类增稠剂的增稠机理有 2种,即中和增稠与氢键结合增稠。中和增稠是将酸性的聚丙烯酸类增稠剂中和, 使其分子离子化并沿着聚合物的主链产生负电荷, 同性电荷之间的相斥促使分子伸直张开形成网状结构达到增稠效果; 氢键结合增稠是聚丙烯酸类增稠剂先与水结合形成水合分子, 再与质量分数为 10%~20% 的羟基给予体( 如具有 5 个或以上乙氧基的非离子表面活性剂)结合, 使其卷曲的分子在含水系统中解开形成网状结构达到增稠效果。 天然胶及其改性物天然胶主要有胶原蛋白类和聚多糖类, 但是作为增稠剂的天然胶主要是聚多糖类(见表 1)。增稠机理是通过聚多糖中糖单元含有 3 个羟基与水分子相互作用形成三维水化网络结构,从而达到增稠的效果。它们的水溶液的流变形态大部分是非牛顿流体, 但也有些稀溶液的流变特性接近牛顿流体。 无机高分子及其改性物无机高分子类增稠剂一般具有三层的层状结构或一个扩张的格子结构, 最有商业用途的两类是蒙脱土和水辉石。其增稠机理是无机高分子在水中分散时, 其中的金属离子从晶片往外扩散,随着水合作用的进行, 它发生溶胀, 到最后片晶完全分离, 其结果形成阴离子层状结构片晶和金属离子的透明胶体悬浮液。在这种情况下,片晶带有表面负电荷,它的边角由于出现晶格断裂面而带有少量的正电荷。在稀溶液中, 其表面的负电荷比边角的正电荷大,粒子之间发生相互排斥,故不会产生增稠作用。随着电解质的加入和浓度增加, 溶液中离子浓度的增加, 片晶表面电荷减少。这时, 主要的相互作用由片晶间的排斥力转变为片晶表面的负电荷与边角正电荷之间的吸引力,平行的片晶相互垂直地交联在一起形成所谓“纸盒式间格”的结构[3], 引起溶胀产生胶凝从而达到增稠的效果。离子浓度进一步加大又会破坏结构发生絮凝导致降低稠度。这类增稠剂主要用于牙膏、香波、护发素、膏霜、乳液和止汗剂等的增稠。稠度一般随着浓度的增加而迅速增大随后趋于平缓, 流变形态为触变性。除具增稠性能外,在体系中还有稳定乳液、悬浮作用。其改性物主要是季铵盐化(见表1), 改性后具有亲油性,可用于含油量多的体系。 聚氧乙烯类一般把相对分子质量大于 25000 的产品称作聚氧乙烯, 而小于 25000 的称作聚乙二醇。聚氧乙烯的水溶液在质量分数为百分之几时为假塑性流体, 其水溶液倾向呈黏稠状。如将浸入其中的物体从溶液中拉出, 形成长拉丝和成膜。相对分子质量越大和相对分子质量分布越宽的黏稠性就越大, 低相对分子质量和窄相对分子质量分布的聚氧乙烯黏稠性较低, 其水溶液的黏度取决于相对分子质量大小、浓度、温度和测量黏度时的切变速度。其溶液的黏度随着相对分子质量的增大和浓度的增加而上升,随着温度上升(10℃~90℃)而较急剧下降。聚氧乙烯水溶液的假塑性随相对分子质量的减小而降低, 相对分子质量 1×10^ 5 的水溶