1. Definition og funktion af fortykningsmiddel
Tilsætningsstoffer, der kan øge viskositeten af vandbaserede malinger betydeligt, kaldes fortykningsmidler.
Fortykkelsesmidler spiller en vigtig rolle i produktion, opbevaring og konstruktion af belægninger.
Fortykkelsesmidlets hovedfunktion er at øge belægningens viskositet for at opfylde kravene i forskellige anvendelsestrin. Den viskositet, der kræves af belægningen i forskellige faser, er dog forskellig. F.eks.:
Under opbevaringsprocessen er det ønskeligt at have en høj viskositet for at forhindre pigmentet i at bundfælde sig;
Under byggeprocessen er det ønskeligt at have en moderat viskositet for at sikre, at malingen har god påstrygbarhed uden overdreven misfarvning af malingen;
Efter konstruktionen håbes det, at viskositeten hurtigt kan vende tilbage til en høj viskositet efter en kort tidsforsinkelse (nivelleringsproces) for at forhindre nedbøjning.
Flydeevnen af vandbaserede belægninger er ikke-newtonsk.
Når malingens viskositet falder med stigende forskydningskraft, kaldes den en pseudoplastisk væske, og det meste af malingen er en pseudoplastisk væske.
Når strømningsadfærden af en pseudoplastisk væske er relateret til dens historie, det vil sige, den er tidsafhængig, kaldes den en thixotrop væske.
Når vi fremstiller belægninger, forsøger vi ofte bevidst at gøre belægningerne tiksotrope, f.eks. ved at tilsætte additiver.
Når belægningens thixotropi er passende, kan den løse modsætningerne i belægningens forskellige stadier og opfylde de tekniske behov for belægningens forskellige viskositet i opbevarings-, konstruktions-, nivellerings- og tørringsfaser.
Nogle fortykningsmidler kan give malingen høj thixotropi, så den har en højere viskositet i hvile eller ved lav forskydningshastighed (f.eks. under opbevaring eller transport), for at forhindre pigmentet i malingen i at bundfælde sig. Og under høj forskydningshastighed (f.eks. under belægningsprocessen) har den lav viskositet, så belægningen har tilstrækkelig flydeevne og udjævning.
Thixotropi er repræsenteret ved det thixotropiske indeks TI og målt med et Brookfield-viskosimeter.
TI = viskositet (målt ved 6 o/min) / viskositet (målt ved 60 o/min)
2. Typer af fortykningsmidler og deres virkning på belægningsegenskaber
(1) Typer Med hensyn til kemisk sammensætning er fortykningsmidler opdelt i to kategorier: organiske og uorganiske.
Uorganiske typer omfatter bentonit, attapulgit, aluminiummagnesiumsilikat, lithiummagnesiumsilikat osv., organiske typer såsom methylcellulose, hydroxyethylcellulose, polyacrylat, polymethacrylat, acrylsyre eller methylacrylhomopolymer eller -copolymer og polyurethan osv.
Fra et perspektiv af indflydelsen på belægningers rheologiske egenskaber er fortykningsmidler opdelt i thixotrope fortykningsmidler og associative fortykningsmidler. Med hensyn til ydeevnekrav bør mængden af fortykningsmiddel være mindre, og fortykningseffekten er god; det er ikke let at blive eroderet af enzymer; når systemets temperatur eller pH-værdi ændres, vil belægningens viskositet ikke blive reduceret væsentligt, og pigment og fyldstof vil ikke flokkuleres. ; God opbevaringsstabilitet; god vandretention, ingen åbenlys skumdannelse og ingen negative virkninger på belægningsfilmens ydeevne.
①Cellulosefortykningsmiddel
De cellulosefortykningsmidler, der anvendes i belægninger, er hovedsageligt methylcellulose, hydroxyethylcellulose og hydroxypropylmethylcellulose, og de to sidstnævnte er mere almindeligt anvendte.
Hydroxyethylcellulose er et produkt, der opnås ved at erstatte hydroxylgrupperne på glukoseenhederne i naturlig cellulose med hydroxyethylgrupper. Produktspecifikationerne og modellerne adskiller sig hovedsageligt i henhold til substitutionsgraden og viskositeten.
Hydroxyethylcellulosetyperne er også opdelt i normal opløsningstype, hurtig dispersionstype og biologisk stabilitetstype. Med hensyn til anvendelsesmetoden kan hydroxyethylcellulose tilsættes på forskellige stadier i belægningsproduktionsprocessen. Den hurtigt dispergerende type kan tilsættes direkte i form af tørt pulver. Systemets pH-værdi før tilsætning bør dog være mindre end 7, primært fordi hydroxyethylcellulose opløses langsomt ved lav pH-værdi, og der er tilstrækkelig tid til, at vand kan infiltrere partiklernes indre, og derefter øges pH-værdien for at opløses hurtigt. Tilsvarende trin kan også bruges til at fremstille en bestemt koncentration af limopløsning og tilsætte den til belægningssystemet.
Hydroxypropylmethylcelluloseer et produkt, der opnås ved at erstatte hydroxylgruppen på glukoseenheden i naturlig cellulose med en methoxygruppe, mens den anden del erstattes af en hydroxypropylgruppe. Dens fortykningseffekt er grundlæggende den samme som for hydroxyethylcellulose. Og den er modstandsdygtig over for enzymatisk nedbrydning, men dens vandopløselighed er ikke så god som for hydroxyethylcellulose, og den har den ulempe, at den gelerer ved opvarmning. Overfladebehandlet hydroxypropylmethylcellulose kan tilsættes direkte til vand, når den bruges. Efter omrøring og dispergering tilsættes alkaliske stoffer såsom ammoniakvand for at justere pH-værdien til 8-9, og der omrøres, indtil den er fuldstændig opløst. Hydroxypropylmethylcellulose uden overfladebehandling kan udblødes og svulmes op med varmt vand over 85°C før brug, og derefter afkøles til stuetemperatur, derefter omrøres med koldt vand eller isvand for at opløse den fuldstændigt.
②Uorganisk fortykningsmiddel
Denne type fortykningsmiddel er hovedsageligt nogle aktiverede lerprodukter, såsom bentonit, magnesiumaluminiumsilikatler osv. Det er kendetegnet ved, at det udover fortykkelseseffekten også har en god suspensionseffekt, kan forhindre synkning og vil ikke påvirke belægningens vandmodstand. Efter at belægningen er tørret og formet til en film, fungerer den som et fyldstof i belægningsfilmen osv. Den ugunstige faktor er, at det vil påvirke belægningens udjævning betydeligt.
③ Syntetisk polymerfortykningsmiddel
Syntetiske polymerfortykningsmidler anvendes mest i akryl og polyurethan (associative fortykningsmidler). Akrylfortykningsmidler er hovedsageligt akrylpolymerer, der indeholder carboxylgrupper. I vand med en pH-værdi på 8-10 dissocierer carboxylgruppen og hæver sig; når pH-værdien er større end 10, opløses den i vand og mister sin fortykningseffekt, så fortykningseffekten er meget følsom over for pH-værdien.
Acrylatfortykningsmidlets fortykkelsesmekanisme er, at dets partikler kan adsorberes på overfladen af latexpartiklerne i malingen og danne et belægningslag efter alkalisk kvældning, hvilket øger latexpartiklernes volumen, hæmmer partiklernes Brownske bevægelse og øger malingssystemets viskositet. For det andet øger kvældningen af fortykningsmidlet viskositeten af vandfasen.
(2) Fortykkelsesmiddelets indflydelse på belægningens egenskaber
Effekten af typen af fortykningsmiddel på belægningens reologiske egenskaber er som følger:
Når mængden af fortykningsmiddel øges, øges malingens statiske viskositet betydeligt, og viskositetsændringstendensen er stort set konsistent, når den udsættes for en ekstern forskydningskraft.
Med effekten af fortykningsmiddel falder malingens viskositet hurtigt, når den udsættes for forskydningskraft, hvilket viser pseudoplasticitet.
Ved brug af et hydrofobt modificeret cellulosefortykningsmiddel (såsom EBS451FQ) er viskositeten stadig høj ved høje forskydningshastigheder, når mængden er stor.
Ved brug af associative polyurethanfortykningsmidler (såsom WT105A) er viskositeten stadig høj ved høje forskydningshastigheder, selv når mængden er stor.
Ved brug af akrylfortykningsmidler (såsom ASE60) stiger den statiske viskositet hurtigt, når mængden er stor, men viskositeten falder hurtigt ved en højere forskydningshastighed.
3. Associativt fortykningsmiddel
(1) fortykkelsesmekanisme
Celluloseether og alkali-kvældbare akrylfortykningsmidler kan kun fortykke vandfasen, men har ingen fortykkende effekt på andre komponenter i den vandbaserede maling, og de kan heller ikke forårsage signifikant interaktion mellem pigmenterne i malingen og emulsionspartiklerne, så malingens reologi kan ikke justeres.
Associative fortykningsmidler er karakteriseret ved, at de udover at fortykkes gennem hydrering, også fortykkes gennem associationer indbyrdes, med dispergerede partikler og med andre komponenter i systemet. Denne association dissocieres ved høje forskydningshastigheder og reassocieres ved lave forskydningshastigheder, hvilket gør det muligt at justere belægningens reologi.
Fortykkelsesmekanismen for det associative fortykningsmiddel er, at dets molekyle er en lineær hydrofil kæde, en polymerforbindelse med lipofile grupper i begge ender, dvs. den har hydrofile og hydrofobe grupper i strukturen, så den har karakteristika for overfladeaktive molekyler. Sådanne fortykningsmiddelmolekyler kan ikke kun hydrere og svulme op for at fortykke vandfasen, men også danne miceller, når koncentrationen af dens vandige opløsning overstiger en vis værdi. Micellerne kan associere med emulsionens polymerpartikler og pigmentpartiklerne, der har adsorberet dispergeringsmidlet, for at danne en tredimensionel netværksstruktur og er forbundet og sammenfiltret for at øge systemets viskositet.
Hvad der er endnu vigtigere er, at disse associationer er i en dynamisk balance, og at de associerede miceller kan justere deres positioner, når de udsættes for eksterne kræfter, således at belægningen har udjævnende egenskaber. Da molekylet desuden har flere miceller, reducerer denne struktur vandmolekylernes tendens til at migrere og øger dermed viskositeten af den vandige fase.
(2) Rollen i belægninger
De fleste associative fortykningsmidler er polyurethaner, og deres relative molekylvægte er mellem 103-104 størrelsesordener, to størrelsesordener lavere end almindelige polyacrylsyre- og cellulosefortykningsmidler med relative molekylvægte mellem 105-106. På grund af den lave molekylvægt er den effektive volumenforøgelse efter hydrering mindre, så viskositetskurven er fladere end for ikke-associative fortykningsmidler.
På grund af den lave molekylvægt af det associative fortykningsmiddel er dets intermolekylære sammenfiltring i vandfasen begrænset, så dets fortykningseffekt på vandfasen er ikke signifikant. I området med lav forskydningshastighed er associationskonverteringen mellem molekyler større end associationsdestruktionen mellem molekyler, hele systemet opretholder en iboende suspensions- og dispersionstilstand, og viskositeten er tæt på viskositeten af dispersionsmediet (vand). Derfor får det associative fortykningsmiddel det vandbaserede malingssystem til at udvise lavere tilsyneladende viskositet, når det er i området med lav forskydningshastighed.
Associative fortykningsmidler øger den potentielle energi mellem molekyler på grund af associationen mellem partikler i den dispergerede fase. På denne måde kræves der mere energi for at bryde associationen mellem molekyler ved høje forskydningshastigheder, og den forskydningskraft, der kræves for at opnå den samme forskydningsspænding, er også større, så systemet udviser en højere forskydningshastighed ved høje forskydningshastigheder. Tilsyneladende viskositet. Den højere viskositet ved høj forskydning og den lavere viskositet ved lav forskydning kan netop kompensere for manglen på fælles fortykningsmidler i malingens reologiske egenskaber, det vil sige, at de to fortykningsmidler kan bruges i kombination til at justere latexmalingens fluiditet. Variabel ydeevne for at opfylde de omfattende krav til belægning i tyk film og belægningsfilmens flydeevne.
Opslagstidspunkt: 28. april 2024