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 от употреба. Вискозитетът, необходим за покритието на различните етапи, обаче 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 четкаемост без прекомерно оцветяване;
След строителството се надява, че вискозитетът може бързо да се върне до висок вискозитет след кратко време закъснение (процес на изравняване), за да се предотврати провисване.
Течливостта на покритията на водна основа е ненютонова.
Когато вискозитетът на боята намалява с увеличаване на силата на срязване, тя се нарича псевдопластична течност и по-голямата част от боята е псевдопластична течност.
Когато поведението на потока на псевдопластичен флуид е свързано с неговата история, т.е. зависи от времето, той се нарича тиксотропен флуид.
Когато произвеждаме покрития, често съзнателно се опитваме да направим покритията тиксотропни, като например добавяме добавки.
Когато тиксотропията на покритието е подходяща, тя може да реши противоречията на различните етапи на покритието и да отговори на техническите нужди на различния вискозитет на покритието по време на етапите на съхранение, изравняване на конструкцията и сушене.
Някои сгъстители могат да придадат на боята висока тиксотропия, така че тя да има по-висок вискозитет в покой или при ниска скорост на срязване (като съхранение или транспорт), за да се предотврати утаяването на пигмента в боята. А при висока скорост на срязване (като процес на нанасяне на покритие) тя има нисък вискозитет, така че покритието да има достатъчна течливост и изравняване.
Тиксотропията се представя чрез тиксотропен индекс TI и се измерва с вискозиметър Brookfield.
TI=вискозитет (измерен при 6 об/мин)/вискозитет (измерен при 60 об/мин)
2. Видове сгъстители и тяхното влияние върху свойствата на покритието
(1) Видове По химичен състав сгъстителите се разделят на две категории: органични и неорганични.
Неорганичните видове включват бентонит, атапулгит, алуминиево-магнезиев силикат, литиево-магнезиев силикат и др., органичните видове като метилцелулоза, хидроксиетилцелулоза, 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 производителност, количеството на сгъстителя трябва да е по-малко, а сгъстителният ефект да е добър; не се разгражда лесно от ензими; когато температурата или pH стойността на системата се променят, вискозитетът на покритието няма да се намали значително и пигментът и пълнителят няма да се флокулират.; Добра стабилност при съхранение; добро задържане на вода, без видимо пенене и без неблагоприятни ефекти върху производителността на покривния филм.
①Сгъстител за целулоза
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 в глюкозните единици на естествената целулоза с хидроксиетилови групи. Спецификациите и моделите на продуктите се различават главно според степента на заместване и вискозитета.
Видовете хидроксиетилцелулоза се разделят на нормално разтварящи се, бързо диспергиращи се и биологично стабилни. Що се отнася до метода на употреба, хидроксиетилцелулозата може да се добавя на различни етапи от производствения процес на покритието. Бързо диспергиращите се видове могат да се добавят директно под формата на сух прах. Въпреки това, pH стойността на системата преди добавяне трябва да бъде по-ниска от 7, главно защото хидроксиетилцелулозата се разтваря бавно при ниски pH стойности и има достатъчно време водата да проникне във вътрешността на частиците, след което pH стойността се повишава, за да се разтвори бързо. Съответните стъпки могат да се използват и за приготвяне на определена концентрация на лепилен разтвор и добавянето му към покривната система.
Хидроксипропил метилцелулозае продукт, получен чрез заместване на хидроксилната група в глюкозната единица на естествената целулоза с метокси група, докато другата част е заменена с хидроксипропилна група. Сгъстяващият му ефект е по същество същият като този на хидроксиетилцелулозата. Устойчив е на ензимно разграждане, но разтворимостта му във вода не е толкова добра, колкото на хидроксиетилцелулозата, и има недостатъка да желира при нагряване. Повърхностно обработената хидроксипропилметилцелулоза може да се добави директно към вода преди употреба. След разбъркване и диспергиране, добавете алкални вещества, като амонячна вода, за да регулирате pH стойността до 8-9, и разбърквайте до пълно разтваряне. Хидроксипропилметилцелулозата без повърхностна обработка може да се накисне и набъбне с гореща вода над 85°C преди употреба, след което да се охлади до стайна температура и след това да се разбърка със студена или ледена вода до пълно разтваряне.
②Неорганичен сгъстител
Този вид сгъстител е основно от някои активирани глинени продукти, като бентонит, магнезиево-алуминиево-силикатна глина и др. Характеризира се с това, че освен сгъстяващ ефект, има и добър суспендиращ ефект, може да предотврати потъване и не влияе на водоустойчивостта на покритието. След като покритието изсъхне и се оформи във филм, действа като пълнител в него и др. Неблагоприятният фактор е, че значително влияе върху изравняването на покритието.
③ Синтетичен полимерен сгъстител
Синтетичните полимерни сгъстители се използват най-вече в акрила и полиуретана (асоциативни сгъстители). Акрилните сгъстители са предимно акрилни полимери, съдържащи карбоксилни групи. Във вода с pH стойност 8-10, карбоксилната група дисоциира и набъбва; когато pH стойността е по-голяма от 10, тя се разтваря във вода и губи сгъстяващия си ефект, така че сгъстяващият ефект е много чувствителен към pH стойността.
Механизмът на сгъстяване на акрилатния сгъстител е, че неговите частици могат да се адсорбират върху повърхността на латексовите частици в боята и след алкално набъбване да образуват покривен слой, което увеличава обема на латексовите частици, възпрепятства Брауновото движение на частиците и увеличава вискозитета на боята. Второ, набъбването на сгъстителя увеличава вискозитета на водната фаза.
(2) Влияние на сгъстителя върху свойствата на покритието
Влиянието на вида сгъстител върху реологичните свойства на покритието е следното:
Когато количеството сгъстител 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.
Под въздействието на сгъстителя, вискозитетът на боята спада бързо, когато е подложена на срязваща сила, показвайки псевдопластичност.
При използване на хидрофобно модифициран целулозен сгъстител (като EBS451FQ), при високи скорости на срязване, вискозитетът е все още висок, дори когато количеството е голямо.
При използване на асоциативни полиуретанови сгъстители (като WT105A), при високи скорости на срязване, вискозитетът е все още висок, дори 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 сгъстител
(1) механизъм на сгъстяване
Целулозните етери и алкално-набъбващите акрилни сгъстители могат да сгъстят само водната фаза, но нямат сгъстяващ ефект върху други компоненти във водно-базираната боя, нито пък 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 освен сгъстяването чрез хидратация, те се сгъстяват и чрез асоциации помежду си, с диспергирани частици и с други компоненти в системата. Тази асоциация се дисоциира при високи скорости на срязване и се реасоциира 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, т.е. има хидрофилни и хидрофобни групи в структурата си, така че притежава характеристиките на повърхностноактивни молекули. Такива молекули на сгъстителя могат не само да хидратират и набъбват, за да сгъстят водната фаза, но и да образуват мицели, когато концентрацията на водния му разтвор надвиши определена стойност. Мицелите могат да се асоциират с полимерните частици на емулсията и пигментните частици, които са адсорбирали диспергатора, за да образуват триизмерна мрежова 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 свързаните с тях мицели могат да променят позициите си, 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, а относителните им молекулни тегла са между 10^3-10^4 порядъка, с два порядъка по-ниски от обикновените полиакрилови киселини и целулозни сгъстители с относителни молекулни тегла между 10^5-10^6. Поради ниското молекулно тегло, ефективното увеличение на обема след хидратация е по-малко, така че кривата на вискозитета им 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 сгъстяващият му ефект върху водната фаза не е значителен. В диапазона на ниски скорости на срязване, превръщането на асоциациите между молекулите е по-голямо от разрушаването на асоциациите 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 боя на водна основа да показва по-нисък привиден вискозитет, когато е в областта на ниски скорости 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 разкъса връзката между молекулите при високи скорости на срязване, а силата на срязване, необходима за постигане на същото напрежение на срязване, също е по-голяма, така че системата показва по-висока скорост на срязване при високи скорости на срязване. Видим вискозитет. По-високият вискозитет при високо срязване и по-ниският вискозитет при ниско срязване могат да компенсират липсата на често срещани сгъстители в реологичните свойства на боята, т.е. двата сгъстителя могат да се използват в комбинация за регулиране на течливостта на латексовата боя. Променлива производителност, за да се отговорят на комплексните изисквания за покритие в дебел филм и течливост на покритието.
Време на публикуване: 28 април 2024 г.