Wie wirksam ist Hydroxyethylcellulose als Verdickungsmittel?

Cellulose ist ein Polysaccharid, das verschiedene wasserlösliche Ether bildet. Celluloseverdicker sind nichtionische, wasserlösliche Polymere. Sie werden seit über 30 Jahren eingesetzt und sind in vielen Varianten erhältlich. Sie werden nach wie vor in fast allen Latexfarben verwendet und sind die gängigsten Verdickungsmittel. Celluloseverdicker sind in wässrigen Systemen sehr wirksam, da sie das Wasser selbst verdicken. In der Farbenindustrie werden am häufigsten folgende Celluloseverdicker verwendet:Methylcellulose (MC), Hydroxyethylcellulose (HEC), Ethylhydroxyethylcellulose (EHEC), Hydroxypropylcellulose (HPC),Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC)und hydrophob modifizierte Hydroxyethylcellulose (HMHEC). HEC ist ein wasserlösliches Polysaccharid, das häufig zur Verdickung von matten und seidenmatten Architekturlatexfarben verwendet wird. Verdickungsmittel sind in verschiedenen Viskositätsklassen erhältlich und zeichnen sich durch hervorragende Farbverträglichkeit und Lagerstabilität aus.

Die Nivellierungs-, Spritzschutz-, Filmbildungs- und Ablauffestigkeitseigenschaften des Beschichtungsfilms hängen vom relativen Molekulargewicht ab.HECHEC und andere nicht-assoziierte wasserlösliche Polymere verdicken die wässrige Phase der Beschichtung. Cellulose-Verdickungsmittel können allein oder in Kombination mit anderen Verdickungsmitteln eingesetzt werden, um spezielle rheologische Eigenschaften zu erzielen. Celluloseether weisen unterschiedliche relative Molekulargewichte und Viskositätsklassen auf, von einer 2%igen wässrigen Lösung mit niedrigem Molekulargewicht und einer Viskosität von etwa 10 mP·s bis hin zu einer Lösung mit hohem relativen Molekulargewicht und einer Viskosität von 100.000 mP·s. Niedermolekulare Typen werden üblicherweise als Schutzkolloide bei der Polymerisation von Latexfarbenemulsionen verwendet, während die am häufigsten verwendeten Typen (Viskosität 4.800–50.000 mP·s) als Verdickungsmittel eingesetzt werden. Der Wirkmechanismus dieser Verdickungsmittel beruht auf der starken Hydratation durch Wasserstoffbrückenbindungen und der Verschlaufung der Molekülketten.

Herkömmliche Cellulose ist ein hochmolekulares Polymer, das hauptsächlich durch die Verschlaufung der Molekülketten verdickt. Aufgrund der hohen Viskosität bei niedriger Schergeschwindigkeit ist das Verlaufsverhalten schlecht, was den Glanz des Beschichtungsfilms beeinträchtigt. Bei hoher Schergeschwindigkeit ist die Viskosität niedrig, die Spritzbeständigkeit des Beschichtungsfilms gering und die Deckkraft unzureichend. Die Anwendungseigenschaften von HEC, wie Bürstenbeständigkeit, Filmbildung und Spritzfestigkeit, hängen direkt von der Wahl des Verdickungsmittels ab. Auch die Fließeigenschaften wie Verlaufsverhalten und Ablauffestigkeit werden maßgeblich durch das Verdickungsmittel beeinflusst.

Hydrophob modifizierte Cellulose (HMHEC) ist ein Celluloseverdickungsmittel mit hydrophoben Modifikationen an einigen verzweigten Ketten (mehrere langkettige Alkylgruppen werden entlang der Hauptkette eingeführt). Diese Beschichtung weist bei hohen Scherraten eine höhere Viskosität und somit eine bessere Filmbildung auf. Beispiele hierfür sind Natrosol Plus Grade 330, 331, Cellosize SG-100 und Bermocoll EHM-100. Ihre Verdickungswirkung ist vergleichbar mit der von Celluloseetherverdickungsmitteln mit deutlich höherer relativer Molekülmasse. Sie verbessert die Viskosität und das Verlaufen von ICI und reduziert die Oberflächenspannung. Beispielsweise beträgt die Oberflächenspannung von HEC etwa 67 mN/m, die von HMHEC hingegen nur 55–65 mN/m.

HMHEC zeichnet sich durch hervorragende Sprüheigenschaften, Standfestigkeit, Verlaufseigenschaften, guten Glanz und Anti-Pigment-Verklumpung aus. Es findet breite Anwendung und beeinträchtigt die Filmbildung von Latexfarben mit feiner Partikelgröße nicht. Es bietet gute Filmbildungs- und Korrosionsschutzeigenschaften. Dieses spezielle assoziative Verdickungsmittel eignet sich besonders für Vinylacetat-Copolymer-Systeme und weist ähnliche Eigenschaften wie andere assoziative Verdickungsmittel auf, ermöglicht jedoch einfachere Formulierungen.