魔芋胶对丙烯酸乳液流变性能的影响

摘要

涂料工业迅猛发展对环保要求日益严格，是目前涂料行业面临的严峻挑战。 顺应这个目标，研发高性能、环保型乳液为原料的涂料已成为该领域的研究热点。魔芋（Konjac,elephant-foot yam）为天南星科魔芋属（Amorphophallus Blume） 植物，其主要成分为魔芋葡甘聚糖（Konjac Glucomannan, KGM）。KGM 具有和纤维素相似的结构，但却具有纤维素所不具备的水溶解性及流变特性，研究魔芋胶/丙烯酸乳液复合体的流变特性，符合环保要求，具有较大的理论与实践价值。本文将魔芋胶分别与苯丙、硅丙、氟丙三种乳液共混，通过对共混体系进行流变学测量、理论分析、模型拟合，以及傅立叶红外（FTIR）、透射电镜（TEM）测试，探讨了魔芋胶对乳液流变性能的影响，得到以下结论： 1．魔芋胶对苯丙乳液流变性能的影响：魔芋胶/苯丙乳液的粘度与魔芋胶的添加量呈线性关系；魔芋胶可增大苯丙乳液的触变性；剪切应力与剪切速率之间的关系符合Herschel- Bukley 模型；粘弹性模量与温度之间的关系可用多项式拟合；弹性模量随角频率的增大而缓慢增大，粘性模量随角频率的增大而线性增加，粘弹性模量随魔芋胶加量的增加而明显增大，对该趋势应用Maxwell、Palierne 模型进行了理论分析；FTIR 测试结果表明，魔芋胶/苯丙乳液属于物理共混体系，魔芋胶的引入增加了羟基吸收峰的面积；TEM 测试结果表明，魔芋胶增加了苯丙乳液粒子聚集链的长度和数目。 2．魔芋胶对硅丙乳液流变性能的影响：剪切流变测量表明，魔芋胶增加了硅丙乳液的触变性，魔芋胶/硅丙乳液属剪切变烯流体，剪切应力与剪切速率之间的关系可用Herschel- Bukley 及Power law 模型进行拟合；温度扫描曲线表明，粘弹性随温度升高变化趋势多样化，弹性随着魔芋用量的增加而增大，粘性变化不明显；角频率扫描曲线表明，弹性模量随角频率的增大，先增大后减小，粘性模量呈缓慢上升趋势；魔芋胶显著地增大了硅丙乳液的弹性模量，而对粘性模量的影响不明显，用多项式较好地拟合了实验曲线；TEM 测试结果显示，魔芋胶增加了硅丙乳液粒子的粘连程度，形成了更为牢固的网状结构。 3．魔芋胶对氟丙乳液流变性能的影响：剪切流变测量表明，随着魔芋胶加量的增大，魔芋胶/氟丙乳液体系更加符合Power law 模型；温度扫描曲线表明，粘性随温度的升高而降低，弹性模量随温度的升高而增大，魔芋胶增加了氟丙乳液的粘性模量，降低了弹性模量，这些变化趋势可用多项式拟合；FTIR测试结果表明，魔芋胶/氟丙乳液属于物理共混体系； TEM 测试结果显示，魔芋胶降低了氟丙乳液粒子的粘连程度。