Hydroxyethylcelulóza (HEC) v nátěrech

17. ledna 2026
3:43

Ⅰ.Úvod

V průmysl nátěrových hmot, mezi hlavní funkce HEC patří: zajištění vynikajících reologických vlastností při aplikaci, zabránění usazování pigmentu, zlepšení stability při skladování, prodloužení doby otevření a kontrola rozstřikování a opadávání. S rychlým celosvětovým růstem poptávky po ekologicky šetrných nátěrových hmotách na bázi vody se HEC stal jednou z preferovaných alternativ tradičních přísad do nátěrových hmot na bázi rozpouštědel díky své netoxičnosti, bez zápachu, dobré biokompatibilitě a vynikajícím vlastnostem. Tento článek systematicky vysvětluje základní vlastnosti a mechanismy fungování HEC, poskytuje podrobné tabulky technických parametrů a pokyny pro formulaci a zabývá se praktickými řešeními jeho použití v různých typech nátěrů, čímž nabízí komplexní technickou referenci pro pracovníky výzkumu a vývoje a inženýry.

Ⅱ.Hloubková analýza HEC - od molekulární struktury po základní vlastnosti

2.1 Molekulární struktura a syntéza

Syntéza Hydroxyethylcelulóza začíná vysoce čistou α-celulózou (obvykle získanou z dřevní hmoty nebo bavlněných lintersů). V přítomnosti alkalického katalyzátoru (např. NaOH) se aktivují hydroxylové skupiny celulózy, následuje etherifikační reakce s ethylenoxidem, která zavádí hydroxyethylové postranní řetězce.

Klíčové strukturální parametry

Stupeň substituce (DS): Vyjadřuje průměrný počet hydroxylových skupin substituovaných na jednotku anhydroglukózy. Komerční HEC má obvykle DS mezi 1,5 a 2,5. DS ovlivňuje rychlost rozpouštění, čirost roztoku a toleranci vůči elektrolytům.

Molární substituce (MS): Vyjadřuje průměrný počet molů ethylenoxidu v kombinaci na jednotku anhydroglukózy. Protože hydroxyethylová skupina sama obsahuje hydroxylovou skupinu, která může dále reagovat, může být MS větší než DS. MS významně ovlivňuje retenci vody a viskozitní vlastnosti HEC.

2.2 Základní fyzikálně-chemické vlastnosti HEC

Majetek	Popis a typické hodnoty
Vzhled	Bílý až téměř bílý prášek nebo granule
Rozpustnost	Snadno rozpustný ve studené a horké vodě, tvoří průhledné až průsvitné viskózní roztoky; nerozpustný ve většině organických rozpouštědel.
Iónský charakter	Neiontové, vykazuje dobrou kompatibilitu s většinou iontových přísad.
Rozsah viskozity	Velmi široký (1% vodný roztok, Brookfield, 25 °C), může se pohybovat od desítek do desítek tisíc milipascalů za sekundu (mPa-s).
Stabilita pH	Stabilní v rozmezí pH 2-12, optimální rozsah účinnosti je pH 6-9. Dlouhodobé skladování v silně kyselých nebo zásaditých podmínkách vede k degradaci.
Tepelná stabilita	Roztoky snesou krátkodobě teplotu ~100 °C; dlouhodobé vystavení teplotě nad 80 °C způsobuje ztrátu viskozity v důsledku oxidace a degradace.
Schopnost tvořit film	Mohou vytvářet průhledné, pružné filmy, ale čisté filmy HEC mají omezenou pevnost a obvykle se používají spíše jako přísady než jako primární filmotvorná látka.
Biologická rozložitelnost	Náchylný k mikrobiální degradaci, proto musí jeho vodné roztoky obsahovat vhodné konzervační látky.

2.3 Základní funkční mechanismy

Mechanismus zahušťování: Četné hydroxylové a éterové skupiny na molekulových řetězcích HEC vytvářejí s molekulami vody silné sítě vodíkových vazeb. Molekulární řetězce se hydratací prodlužují a zaplétají do vody, čímž výrazně zvyšují vnitřní třecí odpor při proudění kapaliny, a tím dosahují účinného zahuštění.

Řízení reologie (pseudoplasticita): V klidovém stavu je síť vodíkových vazeb neporušená a systém vykazuje vysokou viskozitu, udržuje pigmenty a odolává jejich prověšování. Při smyku (např. štětcem, válcováním) se síť vodíkových vazeb vratně naruší, molekulární řetězce se vyrovnají ve směru smyku a viskozita se okamžitě sníží, takže aplikace je bezproblémová a film hladký. Jakmile smyk ustane, síť se rychle obnoví.

Mechanismus zadržování vody: Vysoce hydrofilní molekulární struktura dokáže "uzamknout" značné množství volné vody prostřednictvím vodíkové vazby, čímž zpomaluje pronikání vody do porézních substrátů a její odpařování do vzduchu, a poskytuje tak delší "otevřený čas" pro vyrovnání nátěru, vyrovnání pigmentu a tvorbu filmu.

Ⅲ. Hlavní role a výhody HEC v nátěrových hmotách

3.1 Komplexní proces a zvyšování výkonnosti

Vynikající reologická kontrola a aplikační vlastnosti: HEC propůjčuje nátěrům ideální pseudoplastickou reologickou křivku "nízká viskozita při vysokém smyku, vysoká viskozita při nízkém smyku". Díky tomu se nátěry snadno dispergují, čerpají a aplikují (nedochází k odporu při válcování nebo štětcem), přičemž viskozita se obnovuje ihned po aplikaci, což účinně zabraňuje vzniku nátěrů. povislý a kapající na svislých plochách a v rozích.

Vynikající zadržování vody, prodloužení doby otevření: Zejména v interiérových/exteriérových latexových barvách, tmelya minomety, HEC výrazně zpomaluje ztráty vody a zabraňuje problémům, jako je např. praskání fólie, prášení a stopy po přejetí. způsobené rychlou absorpcí vody v podkladu a vysycháním povrchu, čímž se zvyšuje integrita a estetika výsledné fólie.

Vylepšená suspenze pigmentů a stabilita při skladování: Trojrozměrná síťová struktura vytvořená HEC účinně zabraňuje usazování a spékání pigmentů (např. oxidu titaničitého) a plniv (např. uhličitanu vápenatého, kaolinu), což zajišťuje, že nátěr zůstává homogenní po celou dobu skladovatelnosti, má dobrou stabilitu plechovky a stálou barvu.

Efektivní kontrola rozstřiku aplikace: Během nanášení válečkem zvyšuje HEC soudržnost nátěru, snižuje mlžení a rozstřikování vznikající při vysokorychlostní rotaci válečku, zlepšuje prostředí pro nanášení a snižuje plýtvání materiálem.

Zlepšené vlastnosti filmu: Podporou rovnoměrného rozložení pigmentu a prodloužením doby vyrovnání mokrého filmu přispívá HEC k vytvoření hustšího, hladšího a krycího filmu.

3.2 Synergické účinky s jinými ethery celulózy

HEC + MC/HPMC: MC/HPMC vykazuje silnější tixotropii. V kombinaci s pseudoplasticitou HEC lze dosáhnout strmější reologické křivky a dosáhnout tak ideálního stavu "extrémně hladké aplikace, okamžité tuhnutí po zastavení".

HEC + CMC: V levných tmelech a spárovacích hmotách, CMC zajišťuje rychlé vytvoření počáteční viskozity, zatímco HEC zajišťuje trvalé udržení viskozity, zlepšuje stěrkovatelnost a zabraňuje sesedání.

Ⅳ. Klíčové technické parametry a průvodce výběrem pro HEC

Tabulka 1: Typy HEC klasifikované podle viskozitního stupně a jejich použití

Stupeň viskozity	Typická hodnota viskozity (vodný roztok 2%, 25 °C, mPa-s)	Klíčové charakteristiky	Doporučené oblasti použití
Typ s nízkou viskozitou	100 – 3,000	Rychlé rozpouštění, vysoká průhlednost roztoku, dobrá tekutost	Nízkoviskózní interiérové/exteriérové barvy, bezbarvé vrchní nátěry, barvy na vodní bázi, systémy vyžadující vysokou vyrovnávací vrstvu
Typ střední viskozity	3,000 – 10,000	Univerzální, vyvážené zahušťování, zadržování vody a aplikační vlastnosti	Standardní interiérové latexové barvy, projektové barvy, architektonické nátěry střední třídy, lepidla
Typ s vysokou viskozitou	10,000 – 30,000	Vysoká účinnost zahušťování, vynikající schopnost zadržovat vodu, silná ochrana proti srážení.	Vnější strukturované nátěry, elastické nátěry, reliéfní barvy, tmely, vodotěsné kaše.
Typ s velmi vysokou viskozitou	> 30,000	Extrémně vysoká účinnost zahušťování a zadržování vody, silná tendence k tvorbě filmu	Tmely s vysokým obsahem pevné látky, zdicí/omítací malty, lepidla na dlaždice, speciální tmely

Tabulka 2: Vliv typického dávkování HEC na vlastnosti nátěru

Aplikační systém	Doporučené dávkování HEC (na základě celkové hmotnosti přípravku %)	Primární účinnost	Bezpečnostní opatření
Interiérová latexová barva	0.15% – 0.40%	Zajišťuje základní viskozitu, zlepšuje zadržování vody, zabraňuje rozstřikování.	Často se mísí s HEUR, aby se optimalizovala reologie při vysokém smyku.
Vnější elastický povlak	0.25% – 0.50%	zabraňuje rozpíjení, prodlužuje dobu otevření, suspenduje pigmenty	Vybírejte druhy s dobrou odolností proti vodě a povětrnostním vlivům
Tmel/sádra Sádra	0.3% – 0.8%	Vynikající zadržování vody, zlepšuje stěrkovatelnost a zabraňuje sesedání.	Vysoké dávkování může ovlivnit konečnou pevnost a odolnost proti vodě.
Průmyslová barva na vodní bázi	0.1% – 0.3%	Zabraňuje usazování, zlepšuje průtok a vyrovnávání.	Kompatibilita se systémovými rozpouštědly a pryskyřicemi
Lepidlo na dlaždice	0.2% – 0.6%	Zadržuje vodu a podporuje hydrataci cementu, zlepšuje protiskluzové vlastnosti.	Použití vysoce viskózních tříd má výraznější účinky.

Ⅴ. Řešení pro praktické použití

Proces rozpouštění a disperze (klíč k zamezení vzniku hrudek)
Doporučená metoda (přímý přídavek prášku):

Za intenzivního míchání pomalu nasypte prášek HEC do víru vody.

Pokračujte v míchání, dokud nejsou částice zcela rozptýleny a smáčeny; v této fázi se může roztok stále jevit zakalený.

Upravte pH na 8-9 (může urychlit rozpouštění) nebo nechte 1-2 hodiny zrát, dokud roztok nebude čirý a stejnoměrný.
Alternativní metoda (metoda předmíchání):
Předem rovnoměrně smíchejte prášek HEC s ostatními práškovými materiály ve složení (např. s oxidem titaničitým, plnivy) nebo s kapalinami nerozpustnými ve vodě (např. s ethylenglykolem) a pak tuto směs přidejte do vody za míchání. Tato metoda účinně zabraňuje aglomeraci.

Ⅵ. Závěr

Jako technologicky vyspělý podnik specializující se na výzkum, vývoj a výrobu ethery celulózy, TENESSY hluboce chápe, že vývoj moderních vysoce výkonných nátěrů se posunul za pouhé přidání vlastností jedné suroviny. Ať už se jedná o duální síť "bulk-interface" pro zadržování vody, kterou vytváří HEC a HPMC, nebo o vícerozměrnou výkonnostní matrici tvořenou HEC s různými zahušťovadly a přísadami, jádro spočívá v přesném sladění a maximalizaci účinnosti.

Spoléhání se na přesnou kontrolu nad molekulární struktura, stupeň substituce, stupně viskozity a reologické chování. etherů celulózy může společnost TENESSY nejen dodávat jednotlivé vysoce účinné produkty (jako jsou HEC a HPMC s různou viskozitou), ale také na základě hlubokého porozumění formulačním systémům nátěrů poskytovat zákazníkům "Synergická řešení s éterem celulózy". Snažíme se pomáhat zákazníkům:

Přesný návrh reologických křivek: Dosáhněte ideální reologické kontroly v celém procesu od skladování a aplikace až po tvorbu filmu prostřednictvím vědeckého složení produktů, jako jsou HEC a HPMC.

Překonání specifických aplikačních problémů: Poskytujeme přizpůsobenou formulační podporu založenou na synergických účincích etherů celulózy pro řešení problémů, jako je praskání na rychle schnoucích podkladech, prověšování vertikálních silných nátěrů a aplikace v prostředí s vysokými teplotami.

Optimalizace komplexní nákladové efektivity: Dosáhněte optimální rovnováhy mezi náklady na suroviny a efektivitou výroby a zároveň zajistěte nebo dokonce zvyšte výsledný výkon nátěru pomocí vědeckých synergických formulací.