1. Definició i funció de l'espessador
Els additius que poden augmentar significativament la viscositat de les pintures a base d'aigua s'anomenen espessidors.
Els espessidors tenen un paper important en la producció, l'emmagatzematge i la construcció de recobriments.
La funció principal de l'espessador és augmentar la viscositat del recobriment per satisfer els requisits de les diferents etapes d'ús. Tanmateix, la viscositat requerida pel recobriment en les diferents etapes és diferent. Per exemple:
Durant el procés d'emmagatzematge, és desitjable tenir una viscositat alta per evitar que el pigment s'assenti;
Durant el procés de construcció, és desitjable tenir una viscositat moderada per garantir que la pintura tingui una bona pinzellabilitat sense taques excessives de pintura;
Després de la construcció, s'espera que la viscositat pugui tornar ràpidament a una viscositat alta després d'un curt període de temps (procés d'anivellament) per evitar l'enfonsament.
La fluïdesa dels recobriments a base d'aigua no és newtoniana.
Quan la viscositat de la pintura disminueix amb l'augment de la força de cisallament, s'anomena fluid pseudoplàstic, i la major part de la pintura és un fluid pseudoplàstic.
Quan el comportament de flux d'un fluid pseudoplàstic està relacionat amb la seva història, és a dir, depèn del temps, s'anomena fluid tixotròpic.
Quan fabriquem recobriments, sovint intentem conscientment fer-los tixotròpics, com ara afegint-hi additius.
Quan la tixotropia del recobriment és adequada, pot resoldre les contradiccions de les diverses etapes del recobriment i satisfer les necessitats tècniques de la diferent viscositat del recobriment en les etapes d'emmagatzematge, anivellament de la construcció i assecat.
Alguns espessidors poden dotar la pintura d'una alta tixotropia, de manera que té una viscositat més alta en repòs o a una baixa velocitat de cisallament (com ara l'emmagatzematge o el transport), per evitar que el pigment de la pintura s'assenti. I sota una alta velocitat de cisallament (com ara el procés de recobriment), té baixa viscositat, de manera que el recobriment té un flux i una anivellament suficients.
La tixotropia es representa mitjançant l'índex tixotròpic TI i es mesura amb un viscosímetre de Brookfield.
TI = viscositat (mesurada a 6 r/min) / viscositat (mesurada a 60 r/min)
2. Tipus d'espessants i els seus efectes sobre les propietats del recobriment
(1) Tipus Pel que fa a la composició química, els espessidors es divideixen en dues categories: orgànics i inorgànics.
Els tipus inorgànics inclouen bentonita, atapulgita, silicat d'alumini i magnesi, silicat de liti i magnesi, etc., tipus orgànics com la metilcel·lulosa, la hidroxietilcel·lulosa, el poliacrilat, el polimetacrilat, l'àcid acrílic o l'homopolímer o copolímer de metil acrílic i el poliuretà, etc.
Des de la perspectiva de la influència en les propietats reològiques dels recobriments, els espessidors es divideixen en espessidors tixotròpics i espessidors associatius. Pel que fa als requisits de rendiment, la quantitat d'espessent ha de ser menor i l'efecte espessidor ha de ser bo; no és fàcil que els enzims l'erosionin; quan canvia la temperatura o el valor del pH del sistema, la viscositat del recobriment no es reduirà significativament i el pigment i el farciment no es flocularan. ; Bona estabilitat d'emmagatzematge; bona retenció d'aigua, sense fenomens d'escuma evidents i sense efectes adversos sobre el rendiment de la pel·lícula de recobriment.
①Espessent de cel·lulosa
Els espessidors de cel·lulosa utilitzats en recobriments són principalment la metilcel·lulosa, la hidroxietilcel·lulosa i la hidroxipropilmetilcel·lulosa, i els dos últims són els més utilitzats.
La hidroxietilcel·lulosa és un producte que s'obté substituint els grups hidroxil de les unitats de glucosa de la cel·lulosa natural per grups hidroxietil. Les especificacions i els models dels productes es distingeixen principalment segons el grau de substitució i la viscositat.
Les varietats d'hidroxietilcel·lulosa també es divideixen en tipus de dissolució normal, tipus de dispersió ràpida i tipus d'estabilitat biològica. Pel que fa al mètode d'ús, la hidroxietilcel·lulosa es pot afegir en diferents etapes del procés de producció del recobriment. El tipus de dispersió ràpida es pot afegir directament en forma de pols seca. Tanmateix, el valor del pH del sistema abans d'afegir-lo ha de ser inferior a 7, principalment perquè la hidroxietilcel·lulosa es dissol lentament a un valor de pH baix i hi ha temps suficient perquè l'aigua s'infiltri a l'interior de les partícules i, a continuació, s'augmenta el valor del pH per fer que es dissolgui ràpidament. També es poden utilitzar els passos corresponents per preparar una certa concentració de solució de cola i afegir-la al sistema de recobriment.
Hidroxipropilmetilcel·lulosaés un producte obtingut substituint el grup hidroxil de la unitat de glucosa de la cel·lulosa natural per un grup metoxi, mentre que l'altra part es substitueix per un grup hidroxipropil. El seu efecte espessidor és bàsicament el mateix que el de la hidroxietilcel·lulosa. I és resistent a la degradació enzimàtica, però la seva solubilitat en aigua no és tan bona com la de la hidroxietilcel·lulosa, i té el desavantatge de gelificar quan s'escalfa. Per a la hidroxipropilmetilcel·lulosa tractada superficialment, es pot afegir directament a l'aigua quan s'utilitza. Després de remenar i dispersar, afegiu substàncies alcalines com ara aigua amb amoníac per ajustar el valor del pH a 8-9 i remeneu fins que estigui completament dissolt. Per a la hidroxipropilmetilcel·lulosa sense tractament superficial, es pot remullar i inflar amb aigua calenta per sobre de 85 °C abans d'utilitzar-la, i després refredar-la a temperatura ambient i després remenar-la amb aigua freda o aigua amb gel per dissoldre-la completament.
②Espessent inorgànic
Aquest tipus d'espessador consisteix principalment en productes d'argila activada, com ara la bentonita, l'argila de silicat de magnesi i alumini, etc. Es caracteritza perquè, a més de l'efecte espessidor, també té un bon efecte de suspensió, pot evitar l'enfonsament i no afecta la resistència a l'aigua del recobriment. Després que el recobriment s'assequi i es formi en una pel·lícula, actua com a farciment a la pel·lícula de recobriment, etc. El factor desfavorable és que afectarà significativament l'anivellament del recobriment.
③ Espessidor de polímer sintètic
Els espessidors de polímers sintètics s'utilitzen principalment en acrílic i poliuretà (espessants associatius). Els espessidors acrílics són principalment polímers acrílics que contenen grups carboxil. En aigua amb un valor de pH de 8-10, el grup carboxil es dissocia i s'infla; quan el valor de pH és superior a 10, es dissol en aigua i perd l'efecte espessidor, de manera que l'efecte espessidor és molt sensible al valor de pH.
El mecanisme d'espessiment de l'espessidor d'acrilat és que les seves partícules es poden adsorbir a la superfície de les partícules de làtex de la pintura i formar una capa de recobriment després de la inflor àlcali, cosa que augmenta el volum de les partícules de làtex, dificulta el moviment brownià de les partícules i augmenta la viscositat del sistema de pintura. ; En segon lloc, la inflor de l'espessidor augmenta la viscositat de la fase aquosa.
(2) Influència de l'espessador en les propietats del recobriment
L'efecte del tipus d'espessant sobre les propietats reològiques del recobriment és el següent:
Quan augmenta la quantitat d'espessent, la viscositat estàtica de la pintura augmenta significativament i la tendència de canvi de viscositat és bàsicament consistent quan se sotmet a una força de cisallament externa.
Amb l'efecte de l'espessent, la viscositat de la pintura disminueix ràpidament quan se sotmet a una força de cisallament, mostrant pseudoplasticitat.
Si s'utilitza un espessidor de cel·lulosa modificada hidrofòbicament (com ara EBS451FQ), a altes velocitats de cisallament, la viscositat continua sent alta quan la quantitat és gran.
Si s'utilitzen espessidors de poliuretà associatius (com ara WT105A), a altes velocitats de cisallament, la viscositat continua sent alta quan la quantitat és gran.
Si s'utilitzen espessidors acrílics (com ara ASE60), tot i que la viscositat estàtica augmenta ràpidament quan la quantitat és gran, la viscositat disminueix ràpidament a una velocitat de cisallament més alta.
3. Espessidor associatiu
(1) mecanisme d'engruiximent
L'èter de cel·lulosa i els espessidors acrílics inflables per àlcalis només poden espessir la fase aquosa, però no tenen cap efecte espessidor sobre altres components de la pintura a base d'aigua, ni poden causar una interacció significativa entre els pigments de la pintura i les partícules de l'emulsió, de manera que la reologia de la pintura no es pot ajustar.
Els espessidors associatius es caracteritzen perquè, a més d'espessir-se per hidratació, també s'espessixen per associacions entre ells mateixos, amb partícules disperses i amb altres components del sistema. Aquesta associació es dissocia a altes taxes de cisallament i es reassocia a baixes taxes de cisallament, permetent ajustar la reologia del recobriment.
El mecanisme d'espessament de l'espessador associatiu és que la seva molècula és una cadena hidròfila lineal, un compost polimèric amb grups lipòfils als dos extrems, és a dir, té grups hidròfils i hidròfobs a l'estructura, de manera que té les característiques de les molècules tensioactives. Aquestes molècules espessidores no només es poden hidratar i inflar per espessir la fase aquosa, sinó que també formen micel·les quan la concentració de la seva solució aquosa supera un cert valor. Les micel·les es poden associar amb les partícules de polímer de l'emulsió i les partícules de pigment que han adsorbit el dispersant per formar una estructura de xarxa tridimensional, i estan interconnectades i entrellaçades per augmentar la viscositat del sistema.
El que és més important és que aquestes associacions es troben en un estat d'equilibri dinàmic, i que les micel·les associades poden ajustar les seves posicions quan se sotmeten a forces externes, de manera que el recobriment té propietats anivelladores. A més, com que la molècula té diverses micel·les, aquesta estructura redueix la tendència de les molècules d'aigua a migrar i, per tant, augmenta la viscositat de la fase aquosa.
(2) El paper en els recobriments
La majoria dels espessidors associatius són poliuretans, i els seus pesos moleculars relatius es troben entre 10³ i 10⁴ ordres de magnitud, dos ordres de magnitud inferiors als espessidors d'àcid poliacrílic ordinari i cel·lulosa amb pesos moleculars relatius entre 10⁵ i 10⁶. A causa del baix pes molecular, l'augment de volum efectiu després de la hidratació és menor, de manera que la seva corba de viscositat és més plana que la dels espessidors no associatius.
A causa del baix pes molecular de l'espessador associatiu, el seu entrellaçament intermolecular en la fase aquosa és limitat, de manera que el seu efecte espessidor sobre la fase aquosa no és significatiu. En el rang de baixa velocitat de cisallament, la conversió d'associació entre molècules és superior a la destrucció d'associació entre molècules, tot el sistema manté un estat de suspensió i dispersió inherent, i la viscositat és propera a la viscositat del medi de dispersió (aigua). Per tant, l'espessador associatiu fa que el sistema de pintura a base d'aigua mostri una viscositat aparent més baixa quan es troba a la regió de baixa velocitat de cisallament.
Els espessidors associatius augmenten l'energia potencial entre les molècules a causa de l'associació entre les partícules en la fase dispersa. D'aquesta manera, es necessita més energia per trencar l'associació entre les molècules a altes velocitats de cisallament, i la força de cisallament necessària per aconseguir la mateixa tensió de cisallament també és més gran, de manera que el sistema presenta una velocitat de cisallament més alta a altes velocitats de cisallament. Viscositat aparent. La viscositat d'alt cisallament més alta i la viscositat de baix cisallament més baixa poden compensar la manca d'espessidors comuns en les propietats reològiques de la pintura, és a dir, els dos espessidors es poden utilitzar en combinació per ajustar la fluïdesa de la pintura de làtex. Rendiment variable, per satisfer els requisits integrals del recobriment en pel·lícula gruixuda i el flux de pel·lícula de recobriment.
Data de publicació: 28 d'abril de 2024