淀粉十二烷基糖苷在墻衣中的分散性

謝紅璐，陳燕玲，吳 婧

(寧德師范學(xué)院 化學(xué)與材料學(xué)院，福建 寧德 352100)

墻衣是近年來在室內(nèi)壁材市場(chǎng)上出現(xiàn)的新一代墻面裝飾材料，在原料選擇上以環(huán)保為原則，采用木質(zhì)纖維和天然纖維，為增加平面效果還添加云母、金蔥粉、珠光粉等固體顏料，配方組成與傳統(tǒng)涂料有明顯區(qū)別[1-2]。在墻衣制漿過程中，由于原料種類較多，尤其纖維原料、固體顏料與其它原料性質(zhì)差異較大，漿料分散困難，容易發(fā)生沉降，給涂裝帶來不利影響。解決辦法是加入分散劑，而涂料分散劑多為高聚物，體系黏度偏大，潤(rùn)濕性能往往達(dá)不到要求，一些分散潤(rùn)濕性能較強(qiáng)的低相對(duì)分子質(zhì)量表面活性劑可能成為選擇。

烷基糖苷因糖基結(jié)構(gòu)上含有豐富的羥基，親水性較強(qiáng)，具有優(yōu)良的分散、潤(rùn)濕、乳化及復(fù)配等特性，主要應(yīng)用于食品、日化、石化等行業(yè)[3]。與烷基芳磺酸鹽、脂肪醇聚氧乙烯醚等傳統(tǒng)表面活性劑不同，其生物降解性好、皮膚刺激性低，更適用于環(huán)保產(chǎn)品助劑[4]。同時(shí)制備工藝較為簡(jiǎn)單，一般制法是由淀粉或葡萄糖與脂肪醇縮合而成，成本相對(duì)低廉[5]。

淀粉十二烷基糖苷(APG)的淀粉原料來自甘薯，采用醇交換法合成，將其添加到含有稻草、棉纖維的墻衣中用作分散潤(rùn)濕劑，考察墻衣體系的分散潤(rùn)濕性、流動(dòng)性及分散穩(wěn)定性，并與傳統(tǒng)分散劑萘磺酸鹽甲醛縮合物(NNO)、辛基酚聚氧乙烯醚(OP)進(jìn)行比較。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

APG，實(shí)驗(yàn)室自制；NNO、OP，均為工業(yè)品。墻衣配料包含稻草、棉纖維、云母粉及膠料等，實(shí)驗(yàn)室自制。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1分散潤(rùn)濕性測(cè)定

稱取等量的墻衣配料，按質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.6%分別添加分散劑APG、NNO及OP，室溫下攪拌溶解。設(shè)置磁力攪拌器的轉(zhuǎn)速分別為3、6、12、30、60 r/min，經(jīng)涂4杯測(cè)其黏度。

1.2.2流動(dòng)性測(cè)定

重復(fù)1.2.1步驟，制備APG、NNO及OP分散試樣。按GB/T 21089.1—2007《建筑涂料水性助劑應(yīng)用性能試驗(yàn)方法》第1部分執(zhí)行。

1.2.3分散穩(wěn)定性測(cè)定

①分散劑用量對(duì)沉降體積的影響。稱取等量的墻衣配料，按質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%分別添加分散劑APG、NNO及OP，室溫下攪拌溶解，調(diào)節(jié)pH值為8。將待測(cè)分散試樣靜置48 h，讀取下層沉降物所占體積，即沉降體積。

②儲(chǔ)存時(shí)間對(duì)沉降體積的影響。重復(fù)1.2.1步驟制備分散試樣，將待測(cè)分散試樣分別靜置0、6、12、18、24 h，記錄沉降體積。

2 結(jié)果與討論

2.1 分散潤(rùn)濕性

為改善墻衣裝飾材料的外觀，需要添加云母粉、金蔥粉、珠光粉等顏料粒子改變光學(xué)性能，以及添加稻草、棉纖維等填料改善裝飾圖案和手感。稻草和棉纖維等組分與顏料粒子性質(zhì)區(qū)別較大，二者混合在漿料中分散潤(rùn)濕較為困難，需要借助分散劑，實(shí)現(xiàn)空氣-固體界面向液體-固體界面的轉(zhuǎn)換。選擇APG、OP、NNO三種分散劑，在墻衣配方中以質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.6%添加，體系pH值調(diào)整為8，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 攪拌轉(zhuǎn)速對(duì)墻衣漿料分散潤(rùn)濕性的影響

攪拌轉(zhuǎn)速對(duì)APG、OP、NNO三種分散體系的黏度影響較大，隨著轉(zhuǎn)速增加，墻衣漿料的黏度呈下降趨勢(shì)。當(dāng)轉(zhuǎn)速為6 r/min時(shí)，分散劑APG、OP、NNO體系的黏度在71～85 mm2/s，其中NNO體系的黏度較大，對(duì)顏料粒子增稠性較好，APG、OP體系則黏度較低，分散潤(rùn)濕性較好。在結(jié)構(gòu)上，NNO屬于萘磺酸鹽甲醛縮合物，對(duì)顏料粒子有一定分散性，但對(duì)棉麻等植物纖維缺少親和力，導(dǎo)致其在墻衣體系中潤(rùn)濕力不強(qiáng)。APG、OP均屬于非離子表面活性劑，前者是多元醇型，后者是聚氧乙烯型，在墻衣水溶液中能顯著降低固液界面張力，但APG羥基基團(tuán)的水合作用強(qiáng)于OP環(huán)氧乙烷基團(tuán)，不僅對(duì)顏料粒子，對(duì)植物纖維也具有較好的分散潤(rùn)濕性。

2.2 流動(dòng)性

APG、OP這種低黏度分散體系，有利于墻衣漿料的流動(dòng)，在涂裝過程中易于鋪展成膜。但黏度只給出了流動(dòng)的難易程度，考察墻衣漿料流動(dòng)性，還應(yīng)考慮其流動(dòng)時(shí)的觸變性。墻衣組成原料復(fù)雜，性質(zhì)差異較大，在外力作用變化時(shí)，黏度性質(zhì)受影響較大。觸變指數(shù)能夠反映材料維持或恢復(fù)自身流動(dòng)性質(zhì)的一種能力，為達(dá)到流動(dòng)和流平的目的，要求觸變指數(shù)越低越好。

從圖2可以看出，三種分散劑觸變指數(shù)范圍在2～3，其大小排序?yàn)镺P>APG>NNO。其中APG、NNO體系觸變指數(shù)較低，使墻衣漿料在流動(dòng)時(shí)達(dá)到觸變指標(biāo)，而OP觸變指數(shù)則偏高。APG兼顧了流動(dòng)和觸變雙重性質(zhì)，符合墻衣流動(dòng)性要求，而NNO和OP在流動(dòng)性方面性質(zhì)較單一。APG的這種性質(zhì)對(duì)顏料粒子而言，將保持一定的流動(dòng)性，使墻衣涂膜均勻程度增加，遮蓋力增強(qiáng)，材質(zhì)色彩絢麗；而對(duì)植物纖維材料，將使墻衣表面紋理突出，圖案生動(dòng)。

圖2 不同分散劑的觸變指數(shù)

2.3 分散穩(wěn)定性

將墻衣原料制備成料漿后，應(yīng)保持分散體系的穩(wěn)定性，加入分散劑可防止顏料粒子和植物纖維在分散體系中發(fā)生絮凝或結(jié)塊。圖3給出了APG、OP、NNO三種分散劑用量對(duì)墻衣分散體系中沉降體積的影響。在分散劑用量0.2%～1%內(nèi)，三種分散體系中沉降體積均隨著分散劑用量增加而逐漸減少，在分散劑用量1%時(shí)，各體系沉降體積較為接近，表明添加分散劑可以延緩墻衣漿料發(fā)生沉降。在相同用量下，NNO體系沉降體積較小，APG體系居中，OP體系較大。NNO自身相對(duì)分子質(zhì)量較高，可以將顏料粒子及纖維料間隔開，同時(shí)較多的磺酸基會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的靜電斥力，避免固體顆粒的聚集，從而沉降體積較小。APG與OP不含陰離子基團(tuán)，不能產(chǎn)生靜電斥力，主要吸附在固體顆粒表面，防止顆粒團(tuán)聚，因而需要更高的分散劑用量。

圖3 分散劑用量對(duì)沉降體積的影響

在封閉容器中儲(chǔ)存一段時(shí)間后，顏料粒子與植物纖維容易從墻衣料漿中沉降下來，在容器底部凝聚成塊狀物。這些塊狀物即使通過手工攪拌也難以與液體部分重新混合均勻，產(chǎn)品外觀和涂裝性能明顯受到影響。由圖4可知，在24 h內(nèi)各分散體系均出現(xiàn)少量沉淀物，隨著儲(chǔ)存時(shí)間延長(zhǎng)，沉降體積相應(yīng)增加，在6 h后，沉降體積增加趨緩。在延緩沉降能力上，各體系差別明顯，NNO分散穩(wěn)定性最強(qiáng)，APG次之，OP最弱。沉降層以顏料粒子為主，稻草和棉纖維相對(duì)較少，因而NNO分散效果較好，體系長(zhǎng)時(shí)間保持穩(wěn)定。APG對(duì)固體顆粒吸附性能較強(qiáng)，體系相對(duì)OP更為穩(wěn)定。

圖4 儲(chǔ)存時(shí)間對(duì)沉降體積的影響

3 結(jié)論

淀粉十二烷基糖苷具有良好的分散潤(rùn)濕性、流動(dòng)性及穩(wěn)定性，做分散劑可使墻衣獲得較好的分散性能。在分散潤(rùn)濕性上其優(yōu)于NNO、OP，比NNO更適于分散含有植物纖維的體系。在流動(dòng)性上APG兼顧流動(dòng)性和觸變性，從觸變指數(shù)看，其流動(dòng)性僅次于NNO，明顯優(yōu)于OP。在分散穩(wěn)定性上其具有延緩墻衣料漿沉降的能力，可保持墻衣料漿長(zhǎng)時(shí)間相對(duì)穩(wěn)定。由于淀粉十二烷基糖苷生物降解性優(yōu)良，對(duì)制備環(huán)保性墻衣材料較為適合。