1. Definice a funkce zahušťovadla
Přísady, které mohou výrazně zvýšit viskozitu vodou ředitelných barev, se nazývají zahušťovadla.
Zahušťovadla hrají důležitou roli při výrobě, skladování a konstrukci nátěrových hmot.
Hlavní funkcí zahušťovadla je zvýšit viskozitu povlaku tak, aby splňoval požadavky různých fází použití. Viskozita požadovaná povlakem v různých fázích se však liší. Např.:
Během skladování je žádoucí vysoká viskozita, aby se zabránilo usazování pigmentu;
Během stavebního procesu je žádoucí mít střední viskozitu, aby se zajistila dobrá nanášetelnost barvy bez nadměrného zabarvení;
Po dokončení výstavby se očekává, že se viskozita po krátkém časovém zpoždění (proces vyrovnání) rychle vrátí na vysokou úroveň, aby se zabránilo prohýbání.
Tekutost vodou ředitelných nátěrů je nenewtonovská.
Když viskozita barvy klesá se zvyšující se smykovou silou, nazývá se to pseudoplastická tekutina a většina barvy je pseudoplastická tekutina.
Pokud je chování proudění pseudoplastické tekutiny spojeno s její historií, tj. je časově závislé, nazývá se tixotropní tekutina.
Při výrobě nátěrů se často vědomě snažíme o jejich tixotropní vlastnosti, například přidáním přísad.
Pokud je tixotropie povlaku vhodná, může vyřešit rozpory různých fází povlakování a splnit technické požadavky na různou viskozitu povlaku ve fázích skladování, vyrovnávání konstrukce a sušení.
Některá zahušťovadla mohou dodat barvě vysokou tixotropii, takže má vyšší viskozitu v klidu nebo při nízké smykové rychlosti (například při skladování nebo přepravě), aby se zabránilo usazování pigmentu v barvě. A při vysoké smykové rychlosti (například při nanášení nátěru) má barva nízkou viskozitu, takže nátěr má dostatečný rozliv a vyrovnání.
Tixotropie je vyjádřena tixotropním indexem TI a měřena Brookfieldovým viskozimetrem.
TI = viskozita (měřeno při 6 ot./min) / viskozita (měřeno při 60 ot./min)
2. Typy zahušťovadel a jejich vliv na vlastnosti povlaků
(1) Typy Z hlediska chemického složení se zahušťovadla dělí do dvou kategorií: organická a anorganická.
Mezi anorganické typy patří bentonit, attapulgit, křemičitan hlinito-hořečnatý, křemičitan lithno-hořečnatý atd., organické typy jako methylcelulóza, hydroxyethylcelulóza, polyakrylát, polymethakrylát, homopolymer nebo kopolymer kyseliny akrylové nebo methylakrylátu a polyuretan atd.
Z hlediska vlivu na reologické vlastnosti nátěrů se zahušťovadla dělí na tixotropní zahušťovadla a asociativní zahušťovadla. Z hlediska požadavků na výkon by množství zahušťovadla mělo být menší a zahušťovací účinek dobrý; zahušťovadlo se snadno nerozkládá enzymy; při změně teploty nebo pH systému se viskozita nátěru významně nesníží a pigment a plnivo se neflokulují. Dobrá skladovací stabilita; dobrá retence vody, žádné zjevné pěnění a žádné nepříznivé účinky na výkon nátěrového filmu.
①Zahušťovadlo celulózy
Celulózová zahušťovadla používaná v povlacích jsou hlavně methylcelulóza, hydroxyethylcelulóza a hydroxypropylmethylcelulóza, přičemž poslední dvě jsou používány běžněji.
Hydroxyethylcelulóza je produkt získaný nahrazením hydroxylových skupin na glukózových jednotkách přírodní celulózy hydroxyethylovými skupinami. Specifikace a modely produktů se rozlišují především podle stupně substituce a viskozity.
Druhy hydroxyethylcelulózy se také dělí na typ s normálním rozpouštěním, typ s rychlou disperzí a typ s biologickou stabilitou. Pokud jde o způsob použití, hydroxyethylcelulóza se může přidávat v různých fázích procesu výroby povlaku. Typ s rychlou disperzí se může přidávat přímo ve formě suchého prášku. Hodnota pH systému před přidáním by však měla být nižší než 7, zejména proto, že hydroxyethylcelulóza se při nízké hodnotě pH rozpouští pomalu a je dostatek času na to, aby voda pronikla do vnitřku částic, a poté se hodnota pH zvýší, aby se rychle rozpustila. Odpovídající kroky lze také použít k přípravě určité koncentrace roztoku lepidla a jeho přidání do povlakového systému.
Hydroxypropylmethylcelulózaje produkt získaný nahrazením hydroxylové skupiny na glukózové jednotce přírodní celulózy methoxyskupinou, zatímco druhá část je nahrazena hydroxypropylovou skupinou. Jeho zahušťovací účinek je v podstatě stejný jako u hydroxyethylcelulózy. Je odolný vůči enzymatické degradaci, ale jeho rozpustnost ve vodě není tak dobrá jako u hydroxyethylcelulózy a jeho nevýhodou je, že při zahřátí želíruje. Povrchově upravená hydroxypropylmethylcelulóza se může při použití přímo přidat do vody. Po promíchání a dispergaci se přidají alkalické látky, jako je čpavková voda, aby se upravila hodnota pH na 8-9, a míchejte se, dokud se zcela nerozpustí. Hydroxypropylmethylcelulóza bez povrchové úpravy se může před použitím namočit a nabobtnat v horké vodě o teplotě nad 85 °C, poté se ochladí na pokojovou teplotu a poté se promíchá se studenou vodou nebo ledovou vodou, aby se zcela rozpustila.
②Anorganické zahušťovadlo
Tento druh zahušťovadla se týká především některých aktivovaných jílových produktů, jako je bentonit, hořečnato-hlinitokřemičitý jíl atd. Vyznačuje se tím, že kromě zahušťovacího účinku má také dobrý suspenzní účinek, může zabránit klesání a neovlivňuje vodotěsnost nátěru. Po zaschnutí a vytvoření filmu působí jako plnivo v nátěrovém filmu atd. Nevýhodou je, že významně ovlivňuje vyrovnání nátěru.
③ Syntetické polymerní zahušťovadlo
Syntetická polymerní zahušťovadla se nejčastěji používají v akrylových a polyuretanových polyuretanech (asociativní zahušťovadla). Akrylová zahušťovadla jsou většinou akrylové polymery obsahující karboxylové skupiny. Ve vodě s hodnotou pH 8-10 se karboxylová skupina disociuje a bobtná; když je hodnota pH vyšší než 10, rozpouští se ve vodě a ztrácí zahušťovací účinek, takže zahušťovací účinek je na hodnotu pH velmi citlivý.
Mechanismus zahušťování akrylátového zahušťovadla spočívá v tom, že jeho částice se mohou adsorbovat na povrch latexových částic v barvě a po alkalickém zbobtnání vytvořit povlakovou vrstvu, což zvětšuje objem latexových částic, brání Brownovu pohybu částic a zvyšuje viskozitu barevného systému. Za druhé, bobtnání zahušťovadla zvyšuje viskozitu vodné fáze.
(2) Vliv zahušťovadla na vlastnosti povlaku
Vliv typu zahušťovadla na reologické vlastnosti povlaku je následující:
Se zvýšením množství zahušťovadla se výrazně zvyšuje statická viskozita barvy a trend změny viskozity je v podstatě konzistentní i při působení vnější smykové síly.
Vlivem zahušťovadla viskozita barvy při působení smykové síly rychle klesá, což ukazuje pseudoplasticitu.
Při použití hydrofobně modifikovaného celulózového zahušťovadla (jako je EBS451FQ) při vysokých smykových rychlostech je viskozita stále vysoká, i když je množství velké.
Při použití asociativních polyuretanových zahušťovadel (jako je WT105A) při vysokých smykových rychlostech je viskozita stále vysoká, i když je množství velké.
Při použití akrylových zahušťovadel (jako je ASE60) statická viskozita sice při velkém množství rychle stoupá, ale při vyšší smykové rychlosti viskozita rychle klesá.
3. Asociativní zahušťovadlo
(1) mechanismus zahušťování
Zahušťovadla na bázi celulózového éteru a alkalicky bobtnající akrylátová zahušťovadla mohou zahušťovat pouze vodnou fázi, ale nemají žádný zahušťovací účinek na ostatní složky ve vodní bázi barvy, ani nemohou způsobit významnou interakci mezi pigmenty v barvě a částicemi emulze, takže reologii barvy nelze upravit.
Asociativní zahušťovadla se vyznačují tím, že kromě zahušťování hydratací zahušťují také vazbou mezi sebou, s dispergovanými částicemi a s dalšími složkami v systému. Tato vazba se disociuje při vysokých smykových rychlostech a znovu se spojuje při nízkých smykových rychlostech, což umožňuje úpravu reologie povlaku.
Mechanismus zahušťování asociativního zahušťovadla spočívá v tom, že jeho molekula je lineární hydrofilní řetězec, polymerní sloučenina s lipofilními skupinami na obou koncích, tj. má ve struktuře hydrofilní a hydrofobní skupiny, takže má vlastnosti molekul povrchově aktivních látek. Takové molekuly zahušťovadla mohou nejen hydratovat a bobtnat, čímž zahušťují vodnou fázi, ale také tvořit micely, když koncentrace jejich vodného roztoku překročí určitou hodnotu. Micely se mohou asociovat s polymerními částicemi emulze a pigmentovými částicemi, které adsorbovaly dispergační činidlo, za vzniku trojrozměrné síťové struktury a jsou vzájemně propojeny a zapleteny, čímž se zvyšuje viskozita systému.
Důležitější je, že tyto asociace jsou ve stavu dynamické rovnováhy a tyto asociované micely mohou upravovat svou polohu, když jsou vystaveny vnějším silám, takže povlak má vyrovnávací vlastnosti. Navíc, protože molekula má několik micel, tato struktura snižuje tendenci molekul vody k migraci a tím zvyšuje viskozitu vodné fáze.
(2) Úloha v nátěrech
Většina asociativních zahušťovadel jsou polyuretany a jejich relativní molekulové hmotnosti se pohybují mezi 103-104 řády, což je o dva řády méně než u běžných zahušťovadel na bázi kyseliny polyakrylové a celulózy s relativními molekulovými hmotnostmi mezi 105-106. Vzhledem k nízké molekulové hmotnosti je efektivní nárůst objemu po hydrataci menší, takže jejich viskozitní křivka je plošší než u neasociativních zahušťovadel.
Vzhledem k nízké molekulové hmotnosti asociativního zahušťovadla je jeho intermolekulární provázání ve vodné fázi omezené, takže jeho zahušťovací účinek na vodní fázi není významný. V oblasti nízkých smykových rychlostí je asociační konverze mezi molekulami větší než destrukce asociace mezi molekulami, celý systém si udržuje inherentní suspenzní a disperzní stav a viskozita se blíží viskozitě disperzního média (vody). Asociativní zahušťovadlo proto způsobuje, že systém barev na vodní bázi vykazuje v oblasti nízkých smykových rychlostí nižší zdánlivou viskozitu.
Asociativní zahušťovadla zvyšují potenciální energii mezi molekulami v důsledku asociace mezi částicemi v dispergované fázi. Tímto způsobem je k přerušení asociace mezi molekulami při vysokých smykových rychlostech zapotřebí více energie a smyková síla potřebná k dosažení stejného smykového napětí je také větší, takže systém vykazuje při vysokých smykových rychlostech vyšší smykovou rychlost. Zdánlivá viskozita. Vyšší viskozita při vysokém smykovém napětí a nižší viskozita při nízkém smykovém napětí mohou kompenzovat nedostatek běžných zahušťovadel v reologických vlastnostech barvy, to znamená, že obě zahušťovadla lze použít v kombinaci k úpravě tekutosti latexové barvy. Variabilní výkon pro splnění komplexních požadavků na nanášení na silnou vrstvu a tok nátěrové vrstvy.
Čas zveřejnění: 28. dubna 2024