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涂料用的各种化学品中,增稠剂作为调整涂料的流变性能和保水性能的功能助剂,在涂料涂布操作和涂层性能改善中起着重要的作用。疏水改性纤维素类增稠剂是一类在分子链中引入了少量疏水基团具有“双亲结构”的水溶性纤维素衍生物。与一般水溶性纤维素衍生物羧甲基纤维素(CMC),羟乙基纤维素(HEC)相比,由于其溶液中疏水效应的影响,这类改性物具有更显著的增粘性、耐温耐盐性和抗剪切稳定性,使其具有更为广阔的应用前景。
本文采用大分子反应法,将疏水性单体溴代十二烷(BD)接枝到羟乙基纤维素(HEC)上,对羟乙基纤维素进行疏水改性,制备了疏水改性羟乙基纤维素(HMHEC)。研究了在低浓度NaOH溶液,LiCl/DMAc溶剂体系和离子液体三种体系中的反应情况。
在低浓度NaOH溶剂体系中,研究了溶胀时间、NaOH浓度、NaOH用量、反应时间、反应温度及m(BD)/m(HEC)6种因素对HMHEC溶液性能的影响,其最佳合成工艺条件为:溶胀时间24h;NaOH浓度为5％;用量为40ml;异丙醇用量50ml;反应时间为7h;反应温度为80℃;m(BD)/m(HEC)为0.4。
在LiCl/DMAc溶剂体系中,研究了催化剂用量、溶胀温度和LiCl浓度对HMHEC性能的影响,最佳合成工艺条件为:溶胀温度为150℃;催化剂KMnO4用量为0.02%;LiCl浓度为9%;反应温度为80℃;反应时间为4h;m(BD)/me(HEC)为0.4。
在离子液体体系中,研究了离子液体种类、反应温度、羟乙基纤维素浓度和BD用量对HMHEC性能的影响。最佳合成条件为:HEC浓度为3%,溶解时间1h,溶解温度100℃,反应时间2h,反应温度80℃,BD用量为2ml。在1-烯丙基-2-甲基-咪唑氯盐体系中合成的HMHEC性能要好于在1-丁基-2-甲基咪唑氯盐中合成的。
本文对在这三种体系中合成的HMHEC的性能进行了比较,其结果表明NaOH溶剂体系中合成的HMHEC性能最好,粘均分子量为3.9×107,临界缔合浓度为0.3g/100ml;其次是在离子液体体系中合成的HMHEC,其粘均分子量为3.53×107,临界缔合浓度在0.4g/100ml左右;在LiCl/DMAc体系中合成的HMHEC的粘均分子量为3.31×107,临界缔合浓度在0.4g/100ml左右。
对HMHEC溶液的流变性质进行了系统研究,探讨了不同的浓度、温度、盐浓度、一pH值和剪切速率对其溶液表观粘度的影响。表明HMHEC水溶液具有良好的耐温耐盐及抗剪切性能,而且pH稳定性良好。
最后对HMHEC与颜填料粒子——CaCO3和高岭土的吸附性能进行了研究,扫描电镜分析证实HMHEC与颜料粒子之问存在吸附,通过吸附量和吸附前后粒径的分析,发现HMHEC对CaCO3的吸附性能要好于其对高岭土的吸附性能。结合吸附性能研究了HMHEC的增稠机理,HMHEC与颜料粒子之间通过范德华力、氢键力和疏水缔合作用力很好地桥接在一起。