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增稠劑是一種流變助劑,不僅可以使涂料增稠,防止施工中出現流掛現象,而且能賦予涂料優異的機械性能和貯存穩定性。對于黏度較低的水性涂料來說,是非常重要的一類助劑。

有水性和油性之分。尤其是水相增稠劑應用更為普遍。增稠劑實質上是一種流變助劑,加入增稠劑后能調節流變性,使膠黏劑和密封劑增稠,防止填料沉淀,賦予良好的物理機械穩定性,控制施工過程的流變性(施膠時不流掛、不滴淌、不飛液),還能起著降低成本的作用。

特別對于膠黏劑和密封劑的制造、儲存、使用都很重要,能夠改進和調節黏度,獲得穩定、防沉、減滲、防淌、觸變等性能。

食品級的增稠劑-素肉粉是一種水相增稠劑,同時它也是一種油相增稠劑,也就是說,它遇水可以大量的吸水,吸水30倍時可以形成凝膠,吸水50-100倍時,可以成糊狀、吸水100-200倍時,可以使水體及含蛋白、油脂的體系形成濃郁感,質感強烈。素肉粉是由海洋藻類及陸生植物魔芋提取,藻類在生長的過程中會通過光合作用,將海里的二氧化碳吸收,對環境有好處,在食品中添加素肉粉,也是一種愛地球、綠色環保的生存方式。

目前市場上可選用的增稠劑品種很多,主要有無機增稠劑、纖維素類、聚丙烯酸酯和締合型聚氨酯增稠劑四類。纖維素類增稠劑的使用歷史較長、品種很多,有甲基纖維素、羧甲基纖維素、羥乙基纖維素、羥丙基甲基纖維素等,曾是增稠劑的主流,其中最常用的是羥乙基纖維素。聚丙烯酸酯增稠劑基本上可分為兩種：一種是水溶性的聚丙烯酸鹽；另一種是丙烯酸、甲基丙烯酸的均聚物或共聚物乳液增稠劑,這種增稠劑本身是酸性的,須用堿或氨水中和至pH8~9才能達到增稠效果,也稱為丙烯酸堿溶脹增稠劑。聚氨酯類增稠劑是近年來新開發的締合型增稠劑。無機增稠劑是一類吸水膨脹而形成觸變性的凝膠礦物。主要有膨潤土、凹凸棒土、硅酸鋁等,其中膨潤土最為常用。

實際使用的增稠劑按作用機理可分為水相增稠劑和油相增稠劑兩大類,前者品種很多,后者相當少。

增稠劑有如下一些類別：

1、無機增稠劑(氣相法白炭黑、鈉基膨潤土、有機膨潤土、硅藻土、凹凸棒石土、分子篩、硅凝膠)。

2、纖維素醚(甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素、羧甲基纖維素鈉、羥乙基纖維素)。

3、天然高分子及其衍生物(淀粉、明膠、海藻酸鈉、干酪素、瓜爾膠、甲殼胺、阿拉伯樹膠、黃原膠、大豆蛋白膠、天然橡膠、羊毛脂、瓊脂)。

4、合成高分子(聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化乙烯、卡波樹脂、聚丙烯酸、聚丙烯酸鈉、聚丙烯酸酯共聚乳液、順丁橡膠、丁苯橡膠、聚氨酯、改性聚脲、低分子聚乙烯蠟)。

5、絡合型有機金屬化合物(氨基醇絡合型鈦酸酯)。

6、印花增稠劑 包括 （分散增稠劑 涂料增稠劑 活性增稠劑 ）

纖維素類增稠劑的增稠機理是疏水主鏈與周圍水分子通過氫鍵締合,提高了聚合物本身的流體體積,減少了顆粒自由活動的空間,從而提高了體系黏度。也可以通過分子鏈的纏繞實現黏度的提高,表現為在靜態和低剪切有高黏度,在高剪切下為低黏度。這是因為靜態或低剪切速度時,纖維素分子鏈處于無序狀態而使體系呈現高粘性；而在高剪切速度時,分子平行于流動方向作有序排列,易于相互滑動,所以體系黏度下降。

聚丙烯酸類增稠劑其增稠機理是增稠劑溶于水中,通過羧酸根離子的同性靜電斥力,分子鏈由螺旋狀伸展為棒狀,從而提高了水相的黏度。另外它還通過在乳膠粒與顏料之間架橋形成網狀結構,增加了體系的黏度。

締合型聚氨酯類增稠劑A.J. Reuvers對締合型聚氨酯類增稠劑的增稠機理作了詳細的研究。這類增稠劑的分子結構中引入了親水基團和疏水基團,使其呈現出一定的表面活性劑的性質。當它的水溶液濃度超過某一特定濃度時,形成膠束,膠束和聚合物粒子締合形成網狀結構,使體系黏度增加。另一方面一個分子帶幾個膠束,降低了水分子的遷移性,使水相黏度也提高。這類增稠劑不僅對涂料的流變性產生影響,而且與相鄰的乳膠粒子間存在相互作用,如果這個作用太強的話,容易引起乳膠分層。

無機增稠劑膨潤土是一種層狀硅酸鹽,吸水后膨脹形成絮狀物質,具有良好的懸浮性和分散性,與適量的水結合成膠狀體,在水中能釋放出帶電微粒,增大體系黏度。

各類增稠劑的特點及其選擇

纖維素類增稠劑纖維素類增稠劑的增稠效率高,尤其是對水相的增稠；對涂料涂料的限制少,應用廣泛；可使用的pH范圍大。但存在流平性較差,輥涂時飛濺現象較多、穩定性不好,易受微生物降解等缺點。由于其在高剪切下為低黏度,在靜態和低剪切有高黏度,所以涂布完成后,黏度迅速增加,可以防止流掛,但另一方面造成流平性較差。有研究表明,增稠劑的相對分子質量增加,乳膠涂料的飛濺性也增加。纖維素類增稠劑由于相對分子質量很大,所以易產生飛濺。此類增稠劑是通過“固定水”達到增稠效果,對顏料和乳膠粒子極少吸附,增稠劑的體積膨脹充滿整個水相,把懸浮的顏料和乳膠粒子擠到一邊,容易產生絮凝,因而穩定性不佳。由于是天然高分子,易受微生物攻擊。

聚丙烯酸類增稠劑聚丙烯酸類增稠劑具有較強的增稠性和較好的流平性,生物穩定性好,但對pH值敏感、耐水性不佳。

締合型聚氨酯類增稠劑這種締合結構在剪切力的作用下受到破壞,黏度降低,當剪切力消失黏度又可恢復,可防止施工過程出現流掛現象。

并且其黏度恢復具有一定的滯后性,有利于涂膜流平。聚氨酯增稠劑的相對分子質量(數千至數萬)比前兩類增稠劑的相對分子質量(數十萬至數百萬)低得多,不會助長飛濺。纖維素類增稠劑高度的水溶性會影響涂膜的耐水性,但聚氨酯類增稠劑分子上同時具有親水和疏水基團,疏水基團與涂膜的基體有較強的親合性,可增強涂膜的耐水性。由于乳膠粒子參與了締合,不會產生絮凝,因而可使涂膜光滑,有較高的光澤度。締合型聚氨酯增稠劑許多性能優于其它增稠劑,但由于其獨特的膠束增稠機理,因而涂料配方中那些影響膠束的組分必然會對增稠性產生影響。用此類增稠劑時,應充分考慮各種因素對增稠性能的影響,不要輕易更換涂料所用的乳液、消泡劑、分散劑、成膜助劑等。

無機增稠劑水性膨潤土增稠劑具有增稠性強、觸變性好、pH值適應范圍廣、穩定性好等優點。但由于膨潤土是一種無機粉末,吸光性好,能明顯降低涂膜表面光澤,起到類似消光劑的作用。所以,在有光乳膠涂料中使用膨潤土時,要注意控制用量。納米技術實現了無機物顆粒的納米化,也賦予了無機增稠劑一些新的性能。

常用的增稠劑有纖維素醚及其衍生物類、締合型堿溶脹增稠劑和聚氨酯增稠劑。

1、纖維素醚及其衍生物 ：纖維素醚及其衍生物類增稠劑主要有羥乙基纖維 素、甲基羥乙基纖維素、乙基羥乙基纖維素、甲基羥丙基纖維素等。疏水改性纖維素是在纖維素親水骨架上引入少量長鏈疏水烷基,從而成為締合型增稠劑,其增稠效果可與相對分子質量大得多的纖維素醚增稠劑品種相當。

2、堿溶脹型增稠劑：堿溶脹增稠劑分為兩類：非締合型堿溶脹增稠劑和締合型堿溶脹增稠劑。

3、聚氨酯增稠劑和疏水改性非聚氨酯增稠劑：聚氨酯增稠劑,是一種疏水基團改性乙氧基聚氨酯水溶性聚合物,屬于非離子型締合增稠劑。環境友好的締合型聚氨酯增稠劑開發已受到普遍重視,除了上面介紹的線性締合型聚氨酯增稠劑,還有梳狀締合聚氨酯增稠劑。

增稠劑有著特定的流變學性質,抗酸性首推海藻酸丙二醇酯；增調性首選瓜爾豆膠；溶液假塑性、冷水中溶解度最強為黃原膠；乳化托附性以阿拉伯膠最佳；凝膠性瓊脂強于其它膠但凝膠透明度尤以卡拉膠為甚；卡拉膠在乳類穩定性方面也優于其它膠。

對大多數增稠劑而言,它們的基本化學組成是單糖及其衍生物。常見的單糖包括葡萄糖、葡萄糖醛酸、甘露糖醛酸、鼠李糖、毗甘前半乳糖,古洛糖醛酸、半乳精、半乳精醛酸等。如羥丙基二淀粉磷酸酯是淀粉衍生物；明膠的主要成分是蛋白質；果膠是膳食纖維的一種。

食品增稠劑都屬于大分子物質,絕大多數進入人體后不被人體消化吸收,如果膠、瓜爾膠、卡拉膠等,其作用與膳食纖維類似。少數增稠劑例如明膠,能夠被人體消化,但明膠主要成分是蛋白質,經過消化會分解為氨基酸,繼而參與人體代謝,是能吸收利用的營養物質。

增稠劑又稱膠凝劑,用于食品時又稱糊料或食品膠。它可以提高物系粘度,使物系保持均勻的穩定的懸浮狀態或乳濁狀態,或形成凝膠。廣泛用于食品、涂料、膠黏劑、化妝品、洗滌劑、印染、橡膠、醫藥等領域。在涂料印花中,由增稠劑、水、粘合劑和涂料色漿組成的涂料印花色漿,印花色漿在印花機械力作用下,發生切變力,使印花色漿的粘度在瞬間大幅度降低；當切變力消失時,又恢復至原來的高粘度,使織物印花輪廓清晰。這種隨切變力的變化而發生的粘度變化,主要是靠增稠劑來實現的。在乳膠漆制造中,增稠劑對乳膠漆的增稠、穩定及流變性能起著多方面協調作用。再乳膠聚合過程中用作保護膠體,提高乳液的穩定性；再顏料、填料分散階段,提高分散物料的粘度而利于分散；在儲運過程中提高涂料穩定性及抗凍融性,防止顏料、填料沉底結塊；在施工中調節乳膠漆粘稠度,并呈良好的觸變性等。在食品中添加千分之幾的食品增稠劑,具有膠凝、成膜、持水、懸浮、乳化、泡沫穩定及潤滑等功效。對流態食品或凍膠食品的色、香、味、結構和食品的相對穩定性起著十分重要的作用。

增稠劑大多屬于親水性高分子化合物,按來源分為動物類、植物類、礦物類、合成類或半合成類。簡單分可分為天然和合成兩大類。天然品大多數是從含多糖類粘性物質的植物及海藻類制取,如淀粉、果膠、瓊脂、明膠、海藻脂、角叉膠、糊精、黃耆膠、多糖素衍生物等；合成品有甲基纖維素、羧甲基纖維素等纖維素衍生物、淀粉衍生物、干酪素、聚丙烯酸鈉、聚氧化乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、低分子聚乙烯蠟、聚丙烯酰胺等。

飲料生產中常用的增稠劑以及作乳化穩定劑用的增稠劑主要有羧甲基纖維素鈉、藻酸丙二醇酯、卡拉膠、黃原膠、果膠、瓜爾豆膠、刺槐豆膠等。

CMC為葡萄糖聚合度200—500的纖維素衍生物,醚化度0.6-0.7,為白色或類白色的粉末或纖維狀物質,無臭,有吸濕性。羧基的置換度（醚化度）決定其性質。醚化度0.3以上時在堿液中可溶。水溶液黏度由pH、聚合度決定,醚化度0.5—0.8時在酸性中也不沉淀。CMC易溶于水,在水中成為透明的黏稠溶液,其黏度隨溶液濃度和溫度而變化。60℃以下溫度穩定,在80℃以上溫度長時間加熱會降低黏度。

使用范圍

具有增稠、懸浮、乳化、穩定等多種功能。在飲料生產中主要用于果肉型果汁飲料的增稠劑、蛋白質飲料的乳化穩定劑和酸乳飲料的穩定劑。用量一般0.1%-0.5%。藻酸丙二醇酯（PGA）：PGA為淡黃色略有芳香的粉末,易溶于水,一般用量為1%,濃度高時黏度大,溫度升高時黏度下降。在pH3—4范圍內,隨pH降低而黏度增大。在pH3附近最穩定,在pH7以上發生水解,黏度顯著降低。PGA在60℃左右時穩定,溫度再升高時黏度下降。但加熱時的變化僅表現聚合度降低,未見酯鍵水解,即使在90℃,pH3.1的酸性溶液中亦能相對穩定。

使用范圍：PGA具有丙二醇基,親油性大,因此乳化性強,同時由于酯化度低,其性質類似藻酸鈉,在飲料生產中主要作乳化穩定劑,在連續相中產生黏性,提高乳濁液穩定性。

另外單獨或與其他增稠劑組合使用時作為酸性飲料的增稠劑,可獲得良好的流變學特性,使固形物成分很好地懸浮于果汁中,提高果肉型飲料的穩定性。還可作為果汁飲料、酸乳飲料的穩定劑以及乳化香精的乳化穩定劑等。PGA一般用量為0.1%—0.5%。FAO/WHO食品添加劑專門委員會規定的日攝入量（ADI）為25mg/kg體重,規定的使用標準為1%以下。

用石花菜提取物制成的瓊脂,是一種重要的植物膠,無色,無固定形狀,但屬于固體,可溶于熱水中。瓊脂可用來制作冷食品和微生物的培養基等。瓊脂通常被稱為洋菜或洋粉,也叫石花膠,瓊脂含有豐富的膳食纖維（含量為80.9%）,蛋白質含量高,熱量低,具有排毒養顏、瀉火、潤腸、降血壓、降血糖和防癌作用,被聯合國糧農組織確認為21世紀健康食品。

使用范圍

瓊脂是由海藻中提取的多糖體,是目前世界上用途最廣泛的海藻膠之一。它在食品工業、醫藥工業、日用化工、生物工程等許多方面有著廣泛的應用,瓊脂用于食品中能明顯改變食品的品質,提高食品的檔次。價格很高。 其特點:具有凝固性,穩定性,能與一些物質形成絡合物等物理化學性質,可用作增稠劑,凝固劑,懸浮劑,乳化劑,保鮮劑和穩定劑.廣泛用于制造粒粒橙及各種飲料,果凍,冰淇淋,糕點,軟糖,罐頭,肉制品,八寶粥,銀耳燕窩,羹類食品,涼拌食品等等.瓊脂在化學工業,醫學科研,可作培養基,藥膏基及其他用途.

瓊脂是以藻類的石花菜屬(Gelidium)及江蘺屬(Gracilaria)制成的明膠產品,為最常用的微生物培養基的固化劑,也用於肉、魚、禽類罐頭和化妝品、藥品及牙科醫療。在釀造和葡萄酒工業中用作澄清劑,制作冰淇淋、糕點及沙拉調味料時用作增稠劑,并作金屬拉絲的潤滑劑等。

在低濃度（0.5%以下）時具有天然樹膠的最高黏度,可溶于冷水。水溶液具有典型的假塑性流動,在受到剪切時,黏度逐漸下降,而剪切力降低時,黏度又立即恢復。水溶液的黏度在較大溫度范圍內基本恒定。多數樹膠當其溫度每升高5℃,黏度約降低15%,而黃原膠僅降低5%左右。黃原膠還具有耐鹽性,在食鹽存在下加熱不會鹽析。與刺槐樹膠、瓜爾豆膠等含半乳甘露聚糖的膠類混用有增效作用。如與刺槐樹膠組合可明顯增稠,與瓜爾豆膠組合可形成凝膠。

使用范圍

可廣泛用于增稠劑、乳化劑、穩定劑和凝膠強化劑。用于果肉型飲料、蛋白質飲料等,可增加飲料的濃厚感,并穩定各成分的懸濁性。因黃原膠具有假塑性,用于飲料增稠但無黏糊感,并有良好的放香性。將CMC作膠體保護劑,與黃原膠組合可防止飲料凝聚。黃原膠還可用于固體粉末飲料,標準用量為1%。

為白色或淡黃色粉末,無味無臭,在60℃以上的熱水中完全溶解,不溶于有機溶劑。在pH9時穩定性最好,pH6以上可以高溫加熱,pH3.5以下時加熱會發生酸水解。水溶液在有鉀、鈣離子存在時可生成可逆性凝膠。

使用范圍

作增稠劑、懸浮劑、凝膠劑、乳化劑和穩定劑,一般用量0.03%-0.5%。如在可可牛奶中用量為0.025%-0.035%,牛乳凝膠為0.2%-0.3%,酸乳為0.02%-0.03%,加熱殺菌的飲料和牛乳凝膠選取K型。同時,卡拉膠與刺槐樹膠有增效作用,可提高其凝乳強度和黏度。