1. Definicija i funkcija zgušnjivača
Aditivi koji mogu značajno povećati viskoznost boja na bazi vode nazivaju se zgušnjivači.
Zgušnjivači igraju važnu ulogu u proizvodnji, skladištenju i konstrukciji premaza.
Glavna funkcija zgušnjivača je povećanje viskoznosti premaza kako bi se zadovoljili zahtjevi različitih faza upotrebe. Međutim, viskoznost koja je potrebna premazu u različitim fazama je različita. Npr.:
Tokom procesa skladištenja, poželjno je imati visoku viskoznost kako bi se spriječilo taloženje pigmenta;
Tokom procesa izgradnje, poželjno je imati umjerenu viskoznost kako bi se osiguralo da boja ima dobru sposobnost nanošenja četkom bez prekomjernog mrljanja boje;
Nakon izgradnje, nada se da će se viskoznost brzo vratiti na visoku viskoznost nakon kratkog vremenskog zastoja (proces izravnavanja) kako bi se spriječilo slijeganje.
Fluidnost premaza na bazi vode nije Newtonova.
Kada se viskoznost boje smanjuje s povećanjem sile smicanja, to se naziva pseudoplastična tekućina, a većina boje je pseudoplastična tekućina.
Kada je ponašanje toka pseudoplastične tekućine povezano s njenom historijom, odnosno ovisi o vremenu, naziva se tiksotropna tekućina.
Prilikom proizvodnje premaza, često svjesno pokušavamo učiniti premaze tiksotropnim, na primjer dodavanjem aditiva.
Kada je tiksotropija premaza odgovarajuća, može riješiti kontradikcije različitih faza premazivanja i zadovoljiti tehničke potrebe različitih viskoziteta premaza u fazama skladištenja, izravnavanja konstrukcije i sušenja.
Neki zgušnjivači mogu dati boji visoku tiksotropiju, tako da ima veću viskoznost u mirovanju ili pri niskoj brzini smicanja (kao što je skladištenje ili transport), kako bi se spriječilo taloženje pigmenta u boji. A pri visokoj brzini smicanja (kao što je proces nanošenja premaza), ima nisku viskoznost, tako da premaz ima dovoljnu tečnost i nivelaciju.
Tiksotropija je predstavljena tiksotropnim indeksom TI i mjeri se Brookfieldovim viskozimetrom.
TI=viskoznost (mjerena pri 6 o/min)/viskoznost (mjerena pri 60 o/min)
2. Vrste zgušnjivača i njihov uticaj na svojstva premaza
(1) Vrste U pogledu hemijskog sastava, zgušnjivači se dijele u dvije kategorije: organske i neorganske.
Neorganske vrste uključuju bentonit, atapulgit, aluminijum magnezijum silikat, litijum magnezijum silikat itd., organske vrste kao što su metil celuloza, hidroksietil celuloza, poliakrilat, polimetakrilat, akrilna kiselina ili metil akrilni homopolimer ili kopolimer i poliuretan itd.
Sa stanovišta uticaja na reološka svojstva premaza, zgušnjivači se dijele na tiksotropne zgušnjivače i asocijativne zgušnjivače. Što se tiče zahtjeva za performansama, količina zgušnjivača treba biti manja, a efekat zgušnjavanja dobar; nije lako da ga enzimi erodiraju; kada se promijeni temperatura ili pH vrijednost sistema, viskoznost premaza se neće značajno smanjiti, a pigment i punilo se neće flokulirati.; Dobra stabilnost pri skladištenju; dobro zadržavanje vode, bez očiglednog fenomena pjenjenja i bez negativnih efekata na performanse filma premaza.
①Zgušnjivač celuloze
Zgušnjivači celuloze koji se koriste u premazima su uglavnom metilceluloza, hidroksietilceluloza i hidroksipropilmetilceluloza, a posljednja dva se češće koriste.
Hidroksietil celuloza je proizvod dobijen zamjenom hidroksilnih grupa na glukoznim jedinicama prirodne celuloze hidroksietilnim grupama. Specifikacije i modeli proizvoda se uglavnom razlikuju prema stepenu supstitucije i viskoznosti.
Vrste hidroksietil celuloze se također dijele na tip normalnog rastvaranja, tip brze disperzije i tip biološke stabilnosti. Što se tiče načina upotrebe, hidroksietil celuloza se može dodavati u različitim fazama procesa proizvodnje premaza. Tip brzo disperzije može se dodati direktno u obliku suhog praha. Međutim, pH vrijednost sistema prije dodavanja treba biti manja od 7, uglavnom zato što se hidroksietil celuloza sporo rastvara pri niskoj pH vrijednosti, te ima dovoljno vremena da voda prodre u unutrašnjost čestica, a zatim se pH vrijednost povećava kako bi se brzo rastvarala. Odgovarajući koraci se također mogu koristiti za pripremu određene koncentracije rastvora ljepila i njegovo dodavanje u sistem premaza.
Hidroksipropil metilcelulozaje proizvod dobijen zamjenom hidroksilne grupe na glukoznoj jedinici prirodne celuloze metoksi grupom, dok je drugi dio zamijenjen hidroksipropil grupom. Njegov efekat zgušnjavanja je u osnovi isti kao i kod hidroksietil celuloze. Otporan je na enzimsku razgradnju, ali njegova topljivost u vodi nije tako dobra kao kod hidroksietil celuloze, a nedostatak mu je želiranje pri zagrijavanju. Površinski tretirana hidroksipropil metilceluloza se može direktno dodati u vodu prilikom upotrebe. Nakon miješanja i disperzije, dodati alkalne supstance poput amonijačne vode da se pH vrijednost podesi na 8-9 i miješati dok se potpuno ne rastvori. Hidroksipropil metilceluloza bez površinskog tretmana, može se prije upotrebe natopiti i nabubriti vrućom vodom iznad 85°C, a zatim ohladiti na sobnu temperaturu, a zatim miješati hladnom vodom ili ledenom vodom da se potpuno rastvori.
②Neorganski zgušnjivač
Ova vrsta zgušnjivača uglavnom se sastoji od nekih aktiviranih glinenih proizvoda, kao što su bentonit, magnezijum aluminijum silikatna glina itd. Karakterizira ga to što pored efekta zgušnjavanja, ima i dobar efekat suspenzije, može spriječiti tonjenje i ne utiče na vodootpornost premaza. Nakon što se premaz osuši i formira film, djeluje kao punilo u filmu premaza itd. Nepovoljan faktor je što će značajno uticati na nivelaciju premaza.
③ Sintetički polimerni zgušnjivač
Sintetički polimerni zgušnjivači se uglavnom koriste u akrilu i poliuretanu (asocijativni zgušnjivači). Akrilni zgušnjivači su uglavnom akrilni polimeri koji sadrže karboksilne grupe. U vodi sa pH vrijednošću od 8-10, karboksilna grupa disocira i bubri; kada je pH vrijednost veća od 10, rastvara se u vodi i gubi efekat zgušnjavanja, tako da je efekat zgušnjavanja vrlo osjetljiv na pH vrijednost.
Mehanizam zgušnjavanja akrilatnog zgušnjivača je taj što se njegove čestice mogu adsorbovati na površinu čestica lateksa u boji i formirati sloj premaza nakon bubrenja pod utjecajem alkalija, što povećava volumen čestica lateksa, ometa Brownovo kretanje čestica i povećava viskoznost sistema boje. Drugo, bubrenje zgušnjivača povećava viskoznost vodene faze.
(2) Utjecaj zgušnjivača na svojstva premaza
Utjecaj vrste zgušnjivača na reološka svojstva premaza je sljedeći:
Kada se količina zgušnjivača poveća, statička viskoznost boje se značajno povećava, a trend promjene viskoznosti je u osnovi konzistentan kada je izložena vanjskoj sili smicanja.
Pod utjecajem zgušnjivača, viskoznost boje naglo opada kada je izložena sili smicanja, pokazujući pseudoplastičnost.
Korištenjem hidrofobno modificiranog celuloznog zgušnjivača (kao što je EBS451FQ), pri visokim brzinama smicanja, viskoznost je i dalje visoka čak i kada je količina velika.
Korištenjem asocijativnih poliuretanskih zgušnjivača (kao što je WT105A), pri visokim brzinama smicanja, viskoznost je i dalje visoka čak i kada je količina velika.
Korištenjem akrilnih zgušnjivača (kao što je ASE60), iako statička viskoznost brzo raste kada je količina velika, viskoznost se brzo smanjuje pri većoj brzini smicanja.
3. Asocijativni zgušnjivač
(1) mehanizam zgušnjavanja
Zgušnjivači na bazi celuloznog etra i akrila koji bubre u alkalijama mogu zgusnuti samo vodenu fazu, ali nemaju učinak zgušnjavanja na druge komponente u boji na bazi vode, niti mogu uzrokovati značajnu interakciju između pigmenata u boji i čestica emulzije, tako da se reologija boje ne može podesiti.
Asocijativni zgušnjivači karakteriziraju se time što se, pored zgušnjavanja putem hidratacije, zgušnjavaju i putem međusobnog povezivanja, povezivanja s dispergiranim česticama i povezivanja s drugim komponentama u sistemu. Ovo povezivanje se disocira pri visokim brzinama smicanja i ponovo povezuje pri niskim brzinama smicanja, omogućavajući podešavanje reologije premaza.
Mehanizam zgušnjavanja asocijativnog zgušnjivača je taj što je njegov molekul linearni hidrofilni lanac, polimerni spoj s lipofilnim grupama na oba kraja, odnosno ima hidrofilne i hidrofobne grupe u strukturi, pa ima karakteristike molekula surfaktanata. Takvi molekuli zgušnjivača ne samo da mogu hidratizirati i bubriti kako bi zgusnuli vodenu fazu, već i formirati micele kada koncentracija njihovog vodenog rastvora pređe određenu vrijednost. Micele se mogu povezati s polimernim česticama emulzije i česticama pigmenta koje su adsorbovale disperzant kako bi formirale trodimenzionalnu mrežnu strukturu, te su međusobno povezani i isprepleteni kako bi povećali viskoznost sistema.
Još važnije je da su ove asocijacije u stanju dinamičke ravnoteže, a te povezane micele mogu prilagoditi svoje položaje kada su izložene vanjskim silama, tako da premaz ima svojstva izravnavanja. Osim toga, budući da molekula ima nekoliko micela, ova struktura smanjuje tendenciju migracije molekula vode i time povećava viskoznost vodene faze.
(2) Uloga u premazima
Većina asocijativnih zgušnjivača su poliuretani, a njihove relativne molekularne težine su između 103-104 reda veličine, dva reda veličine manje od običnih zgušnjivača na bazi poliakrilne kiseline i celuloze s relativnim molekularnim težinama između 105-106. Zbog niske molekularne težine, efektivno povećanje volumena nakon hidratacije je manje, pa je njegova krivulja viskoznosti ravnija nego kod neasocijativnih zgušnjivača.
Zbog niske molekularne težine asocijativnog zgušnjivača, njegovo intermolekularno preplitanje u vodenoj fazi je ograničeno, tako da njegov učinak zgušnjavanja na vodenu fazu nije značajan. U području niske brzine smicanja, konverzija asocijacije između molekula je veća od razaranja asocijacije između molekula, cijeli sistem održava inherentno stanje suspenzije i disperzije, a viskoznost je bliska viskoznosti disperzionog medija (vode). Stoga, asocijativni zgušnjivač čini da sistem boja na bazi vode pokazuje nižu prividnu viskoznost kada se nalazi u području niske brzine smicanja.
Asocijativni zgušnjivači povećavaju potencijalnu energiju između molekula zbog povezanosti između čestica u disperznoj fazi. Na taj način, potrebna je veća energija za prekid povezanosti između molekula pri visokim brzinama smicanja, a sila smicanja potrebna za postizanje istog naprezanja smicanja je također veća, tako da sistem pokazuje veću brzinu smicanja pri visokim brzinama smicanja. Prividna viskoznost. Veća viskoznost pri visokom smicanju i niža viskoznost pri niskom smicanju mogu samo nadoknaditi nedostatak uobičajenih zgušnjivača u reološkim svojstvima boje, odnosno, dva zgušnjivača se mogu koristiti u kombinaciji za podešavanje fluidnosti lateks boje. Promjenjive performanse, kako bi se zadovoljili sveobuhvatni zahtjevi premazivanja u debeli film i tečenja filma premaza.
Vrijeme objave: 28. april 2024.