1. Определение и функция на сгъстителя
Добавките, които могат значително да увеличат вискозитета на боите на водна основа, се наричат сгъстители.
Сгъстителите играят важна роля в производството, съхранението и изграждането на покрития.
Основната функция на сгъстителя е да увеличи вискозитета на покритието, за да отговори на изискванията на различните етапи на употреба. Въпреки това вискозитетът, изискван от покритието на различните етапи, е различен. например:
По време на процеса на съхранение е желателно да има висок вискозитет, за да се предотврати утаяването на пигмента;
По време на строителния процес е желателно да има умерен вискозитет, за да се гарантира, че боята има добра възможност за нанасяне с четка без прекомерно оцветяване;
След изграждането се надяваме, че вискозитетът може бързо да се върне към висок вискозитет след кратко забавяне (процес на изравняване), за да се предотврати увисване.
Течливостта на покритията на водна основа е ненютонова.
Когато вискозитетът на боята намалява с увеличаването на силата на срязване, тя се нарича псевдопластична течност и по-голямата част от боята е псевдопластична течност.
Когато поведението на потока на псевдопластична течност е свързано с нейната история, т.е. зависи от времето, тя се нарича тиксотропна течност.
Когато произвеждаме покрития, ние често съзнателно се опитваме да направим покритията тиксотропни, като например добавяне на добавки.
Когато тиксотропията на покритието е подходяща, тя може да разреши противоречията на различните етапи на покритието и да отговори на техническите нужди на различния вискозитет на покритието в етапите на съхранение, изравняване на конструкцията и сушене.
Някои сгъстители могат да придадат на боята висока тиксотропност, така че тя да има по-висок вискозитет в покой или при ниска скорост на срязване (като съхранение или транспортиране), така че да се предотврати утаяването на пигмента в боята. И при висока скорост на срязване (като процес на нанасяне на покритие), той има нисък вискозитет, така че покритието има достатъчен поток и изравняване.
Тиксотропията се представя чрез тиксотропен индекс TI и се измерва с вискозиметър на Brookfield.
TI=вискозитет (измерен при 6r/min)/вискозитет (измерен при 60r/min)
2. Видове сгъстители и тяхното влияние върху свойствата на покритието
(1) Видове По отношение на химичния състав сгъстителите се разделят на две категории: органични и неорганични.
Неорганичните видове включват бентонит, атапулгит, алуминиев магнезиев силикат, литиево-магнезиев силикат и др., органични видове като метил целулоза, хидроксиетил целулоза, полиакрилат, полиметакрилат, акрилова киселина или метил акрилен хомополимер или съполимер и полиуретан и др.
От гледна точка на влиянието върху реологичните свойства на покритията, сгъстителите се разделят на тиксотропни сгъстители и асоциативни сгъстители. По отношение на изискванията за ефективност, количеството на сгъстителя трябва да бъде по-малко и ефектът на сгъстяване е добър; не е лесно да бъде разяден от ензими; когато температурата или pH стойността на системата се промени, вискозитетът на покритието няма да бъде значително намален и пигментът и пълнителят няма да бъдат флокулирани. ; Добра стабилност при съхранение; добро задържане на вода, без очевидно разпенване и без неблагоприятни ефекти върху работата на покриващия филм.
①Целулозен сгъстител
Целулозните сгъстители, използвани в покритията, са главно метилцелулоза, хидроксиетилцелулоза и хидроксипропилметилцелулоза, като последните две са по-често използвани.
Хидроксиетилцелулозата е продукт, получен чрез заместване на хидроксилните групи на глюкозните единици на естествената целулоза с хидроксиетилгрупи. Спецификациите и моделите на продуктите се разграничават главно според степента на заместване и вискозитет.
Разновидностите на хидроксиетилцелулозата също се разделят на тип нормално разтваряне, тип бърза дисперсия и тип биологична стабилност. Що се отнася до метода на използване, хидроксиетилцелулозата може да се добавя на различни етапи от производствения процес на покритието. Бързо диспергиращият се тип може да се добави директно под формата на сух прах. Въпреки това стойността на pH на системата преди добавяне трябва да бъде по-малка от 7, главно защото хидроксиетилцелулозата се разтваря бавно при ниска стойност на pH и има достатъчно време водата да проникне във вътрешността на частиците, след което стойността на pH се повишава, за да се разтваря бързо. Съответните стъпки могат да се използват и за приготвяне на определена концентрация на лепилен разтвор и добавянето му към системата за покритие.
Хидроксипропил метилцелулозае продукт, получен чрез заместване на хидроксилната група на глюкозната единица на естествената целулоза с метокси група, докато другата част е заменена с хидроксипропилова група. Неговият сгъстяващ ефект е основно същият като този на хидроксиетилцелулозата. И е устойчив на ензимно разграждане, но разтворимостта му във вода не е толкова добра, колкото тази на хидроксиетил целулозата, и има недостатъка да се желира при нагряване. За повърхностно обработената хидроксипропил метилцелулоза, тя може да се добави директно към водата, когато се използва. След разбъркване и диспергиране добавете алкални вещества като амонячна вода, за да регулирате стойността на рН до 8-9 и разбъркайте до пълното им разтваряне. За хидроксипропил метилцелулоза без повърхностна обработка, тя може да се накисне и набъбне с гореща вода над 85°C преди употреба и след това да се охлади до стайна температура, след което да се разбърка със студена вода или ледена вода, за да се разтвори напълно.
②Неорганичен сгъстител
Този вид сгъстител са предимно някои продукти от активирана глина, като бентонит, магнезиево-алуминиева силикатна глина и др. Характеризира се с това, че в допълнение към сгъстяващия ефект има и добър ефект на суспензия, може да предотврати потъване и няма да повлияе на водоустойчивостта на покритието. След като покритието изсъхне и се оформи във филм, то действа като пълнител във филма на покритието и т.н. Неблагоприятният фактор е, че ще повлияе значително на изравняването на покритието.
③ Синтетичен полимерен сгъстител
Синтетичните полимерни сгъстители се използват най-вече в акрил и полиуретан (асоциативни сгъстители). Акрилните сгъстители са предимно акрилни полимери, съдържащи карбоксилни групи. Във вода с рН стойност 8-10 карбоксилната група се дисоциира и набъбва; когато стойността на рН е по-голяма от 10, тя се разтваря във вода и губи сгъстяващия ефект, така че сгъстяващият ефект е много чувствителен към стойността на рН.
Механизмът на сгъстяване на акрилатния сгъстител е, че неговите частици могат да бъдат адсорбирани върху повърхността на латексовите частици в боята и да образуват покривен слой след алкално набъбване, което увеличава обема на латексовите частици, възпрепятства брауновото движение на частиците и увеличава вискозитета на бояджийската система. ; Второ, набъбването на сгъстителя повишава вискозитета на водната фаза.
(2) Влияние на сгъстителя върху свойствата на покритието
Ефектът на вида на сгъстителя върху реологичните свойства на покритието е както следва:
Когато количеството на сгъстителя се увеличи, статичният вискозитет на боята се увеличава значително и тенденцията на промяна на вискозитета е основно постоянна, когато е подложена на външна сила на срязване.
С ефекта на сгъстителя, вискозитетът на боята пада бързо, когато е подложена на срязваща сила, показвайки псевдопластичност.
Използвайки хидрофобно модифициран целулозен сгъстител (като EBS451FQ), при високи скорости на срязване, вискозитетът е все още висок, когато количеството е голямо.
Използвайки асоциативни полиуретанови сгъстители (като WT105A), при високи скорости на срязване, вискозитетът е все още висок, когато количеството е голямо.
При използване на акрилни сгъстители (като ASE60), въпреки че статичният вискозитет се повишава бързо, когато количеството е голямо, вискозитетът намалява бързо при по-висока скорост на срязване.
3. Асоциативен удебелител
(1) механизъм за удебеляване
Целулозен етер и алкално набъбващи акрилни сгъстители могат само да сгъстят водната фаза, но нямат сгъстяващ ефект върху други компоненти в боята на водна основа, нито могат да причинят значително взаимодействие между пигментите в боята и частиците на емулсията, така че реологията на боята не може да се регулира.
Асоциативните сгъстители се характеризират с това, че в допълнение към сгъстяването чрез хидратация, те също се сгъстяват чрез асоциации помежду си, с диспергирани частици и с други компоненти в системата. Тази асоциация се разпада при високи скорости на срязване и се свързва отново при ниски скорости на срязване, което позволява регулиране на реологията на покритието.
Механизмът на сгъстяване на асоциативния сгъстител е, че неговата молекула е линейна хидрофилна верига, полимерно съединение с липофилни групи в двата края, тоест има хидрофилни и хидрофобни групи в структурата, така че има характеристиките на молекулите на повърхностно активното вещество. природа. Такива молекули на сгъстителя могат не само да хидратират и да набъбват, за да сгъстят водната фаза, но също така да образуват мицели, когато концентрацията на неговия воден разтвор надвиши определена стойност. Мицелите могат да се свържат с полимерните частици на емулсията и пигментните частици, които са адсорбирали диспергатора, за да образуват триизмерна мрежеста структура, и са взаимосвързани и заплетени, за да увеличат вискозитета на системата.
По-важното е, че тези асоциации са в състояние на динамичен баланс и тези свързани мицели могат да коригират своите позиции, когато са подложени на външни сили, така че покритието да има изравняващи свойства. Освен това, тъй като молекулата има няколко мицела, тази структура намалява склонността на водните молекули да мигрират и по този начин увеличава вискозитета на водната фаза.
(2) Ролята в покритията
Повечето от асоциативните сгъстители са полиуретани и техните относителни молекулни тегла са между 103-104 порядъка, два порядъка по-ниски от обикновената полиакрилова киселина и целулозните сгъстители с относителни молекулни тегла между 105-106. Поради ниското молекулно тегло, ефективното увеличение на обема след хидратиране е по-малко, така че неговата крива на вискозитет е по-плоска от тази на неасоциативните сгъстители.
Поради ниското молекулно тегло на асоциативния сгъстител, неговото междумолекулно заплитане във водната фаза е ограничено, така че неговият сгъстяващ ефект върху водната фаза не е значителен. В диапазона на ниска скорост на срязване преобразуването на асоциацията между молекулите е повече от разрушаването на асоциацията между молекулите, цялата система поддържа присъщо състояние на суспензия и дисперсия, а вискозитетът е близък до вискозитета на дисперсионната среда (вода). Следователно, асоциативният сгъстител кара системата за боядисване на водна основа да показва по-нисък привиден вискозитет, когато е в областта с ниска скорост на срязване.
Асоциативните сгъстители увеличават потенциалната енергия между молекулите поради връзката между частиците в дисперсната фаза. По този начин е необходима повече енергия, за да се прекъсне връзката между молекулите при високи скорости на срязване, а силата на срязване, необходима за постигане на същата деформация на срязване, също е по-голяма, така че системата показва по-висока скорост на срязване при високи скорости на срязване. Привиден вискозитет. По-високият вискозитет при високо срязване и по-ниският вискозитет при ниско срязване могат просто да компенсират липсата на общи сгъстители в реологичните свойства на боята, тоест двата сгъстителя могат да се използват в комбинация за регулиране на течливостта на латексовата боя. Променлива производителност, за да отговори на всеобхватните изисквания за покритие в дебел филм и поток на покритие.
Време на публикуване: 28 април 2024 г