1. Definition und Funktion des Verdickungsmittels
Als Verdicker werden Zusatzstoffe bezeichnet, die die Viskosität von Wasserlacken deutlich erhöhen können.
Verdickungsmittel spielen bei der Herstellung, Lagerung und Konstruktion von Beschichtungen eine wichtige Rolle.
Die Hauptfunktion des Verdickungsmittels besteht darin, die Viskosität der Beschichtung zu erhöhen, um den Anforderungen verschiedener Anwendungsphasen gerecht zu werden. Die von der Beschichtung benötigte Viskosität ist jedoch in verschiedenen Phasen unterschiedlich. Beispiel:
Während des Lagerungsprozesses ist eine hohe Viskosität wünschenswert, um ein Absetzen des Pigments zu verhindern.
Während des Bauprozesses ist eine moderate Viskosität wünschenswert, um sicherzustellen, dass die Farbe gut streichbar ist, ohne dass es zu übermäßigen Farbflecken kommt.
Nach dem Bau ist zu hoffen, dass die Viskosität nach einer kurzen Zeitverzögerung (Nivellierungsprozess) schnell wieder einen hohen Viskositätsgrad erreichen kann, um ein Absacken zu verhindern.
Die Fließfähigkeit von wasserbasierten Beschichtungen ist nicht-newtonsch.
Wenn die Viskosität der Farbe mit zunehmender Scherkraft abnimmt, spricht man von einer pseudoplastischen Flüssigkeit, und die meisten Farben sind pseudoplastische Flüssigkeiten.
Wenn das Fließverhalten einer pseudoplastischen Flüssigkeit zeitlich bedingt ist, also zeitabhängig, spricht man von einer thixotropen Flüssigkeit.
Bei der Herstellung von Beschichtungen wird oft bewusst versucht, die Beschichtungen thixotrop zu machen, beispielsweise durch die Zugabe von Additiven.
Wenn die Thixotropie der Beschichtung angemessen ist, kann sie die Widersprüche der verschiedenen Phasen der Beschichtung lösen und die technischen Anforderungen der unterschiedlichen Viskosität der Beschichtung in den Phasen Lagerung, Baunivellierung und Trocknung erfüllen.
Einige Verdickungsmittel verleihen der Farbe eine hohe Thixotropie, sodass sie im Ruhezustand oder bei geringer Schergeschwindigkeit (z. B. bei Lagerung oder Transport) eine höhere Viskosität aufweist und so ein Absetzen des Pigments in der Farbe verhindert. Unter hoher Schergeschwindigkeit (z. B. beim Beschichtungsprozess) weist die Farbe eine niedrige Viskosität auf, sodass die Beschichtung ausreichend fließt und sich gleichmäßig verteilt.
Die Thixotropie wird durch den Thixotropieindex TI dargestellt und mit einem Brookfield-Viskosimeter gemessen.
TI = Viskosität (gemessen bei 6 U/min)/Viskosität (gemessen bei 60 U/min)
2. Arten von Verdickungsmitteln und ihre Auswirkungen auf die Beschichtungseigenschaften
(1) Arten: Verdickungsmittel werden hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung in zwei Kategorien unterteilt: organische und anorganische.
Zu den anorganischen Typen zählen Bentonit, Attapulgit, Aluminiummagnesiumsilikat, Lithiummagnesiumsilikat usw., zu den organischen Typen beispielsweise Methylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Polyacrylat, Polymethacrylat, Acrylsäure oder Methylacryl-Homopolymer oder -Copolymer und Polyurethan usw.
Aufgrund ihres Einflusses auf die rheologischen Eigenschaften von Beschichtungen werden Verdickungsmittel in thixotrope und assoziative Verdickungsmittel unterteilt. Die Leistungsanforderungen sehen eine geringe Verdickungsmenge und eine gute Verdickungswirkung vor. Die Verdickungsmittel werden nicht leicht durch Enzyme abgebaut. Bei Temperatur- oder pH-Wert-Änderungen des Systems verringert sich die Viskosität der Beschichtung nicht signifikant, und Pigmente und Füllstoffe flocken nicht aus. Die Verdickungsmittel sind lagerstabil, weisen eine gute Wasserspeicherfähigkeit auf, bilden keine sichtbaren Schaumbildungen und beeinträchtigen die Leistung des Beschichtungsfilms nicht.
①Zelluloseverdicker
Die in Beschichtungen verwendeten Celluloseverdicker sind hauptsächlich Methylcellulose, Hydroxyethylcellulose und Hydroxypropylmethylcellulose, wobei die beiden letzteren häufiger verwendet werden.
Hydroxyethylcellulose ist ein Produkt, das durch den Ersatz der Hydroxylgruppen an den Glucoseeinheiten natürlicher Cellulose durch Hydroxyethylgruppen gewonnen wird. Die Spezifikationen und Modelle der Produkte unterscheiden sich hauptsächlich nach dem Substitutionsgrad und der Viskosität.
Hydroxyethylcellulose wird in verschiedene Typen unterteilt: normallösliche, schnelldispersive und biologisch stabile Cellulose. Je nach Anwendungsmethode kann Hydroxyethylcellulose in verschiedenen Phasen des Beschichtungsprozesses zugegeben werden. Die schnelldispersive Cellulose kann direkt als Trockenpulver zugegeben werden. Der pH-Wert des Systems sollte vor der Zugabe jedoch unter 7 liegen, da sich Hydroxyethylcellulose bei niedrigem pH-Wert langsam auflöst und genügend Zeit bleibt, damit Wasser in die Partikel eindringen kann. Anschließend wird der pH-Wert erhöht, um eine schnelle Auflösung zu erreichen. In entsprechenden Schritten kann auch eine bestimmte Konzentration der Klebstofflösung hergestellt und dem Beschichtungssystem zugegeben werden.
Hydroxypropylmethylcelluloseist ein Produkt, das durch Ersetzen der Hydroxylgruppe an der Glucoseeinheit natürlicher Cellulose durch eine Methoxygruppe und des restlichen Teils durch eine Hydroxypropylgruppe gewonnen wird. Die verdickende Wirkung ist grundsätzlich die gleiche wie die von Hydroxyethylcellulose. Es ist beständig gegen enzymatischen Abbau, jedoch ist seine Wasserlöslichkeit nicht so gut wie die von Hydroxyethylcellulose und es hat den Nachteil, beim Erhitzen zu gelieren. Oberflächenbehandelte Hydroxypropylmethylcellulose kann vor Gebrauch direkt in Wasser gegeben werden. Nach dem Umrühren und Dispergieren kann der pH-Wert mit einer alkalischen Substanz wie Ammoniakwasser auf 8–9 eingestellt werden. Rühren, bis die Masse vollständig aufgelöst ist. Unbehandelte Hydroxypropylmethylcellulose kann vor Gebrauch in über 85 °C heißem Wasser eingeweicht und gequollen, auf Raumtemperatur abgekühlt und zur vollständigen Auflösung mit kaltem oder Eiswasser verrührt werden.
②Anorganisches Verdickungsmittel
Bei dieser Art von Verdickungsmitteln handelt es sich hauptsächlich um aktivierte Tonprodukte wie Bentonit, Magnesium-Aluminium-Silikat-Ton usw. Sie zeichnen sich dadurch aus, dass sie neben der Verdickungswirkung auch eine gute Suspensionswirkung haben, ein Absinken verhindern und die Wasserbeständigkeit der Beschichtung nicht beeinträchtigen. Nachdem die Beschichtung getrocknet und zu einem Film geformt wurde, wirkt es als Füllstoff im Beschichtungsfilm usw. Der Nachteil ist, dass es den Verlauf der Beschichtung erheblich beeinträchtigt.
3 Synthetisches Polymerverdickungsmittel
Synthetische Polymerverdicker werden hauptsächlich in Acryl- und Polyurethan-Werkstoffen (assoziative Verdicker) verwendet. Acrylverdicker sind meist Acrylpolymere mit Carboxylgruppen. In Wasser mit einem pH-Wert von 8–10 dissoziiert die Carboxylgruppe und quillt auf. Bei einem pH-Wert über 10 löst sie sich in Wasser auf und verliert ihre Verdickungswirkung. Daher ist die Verdickungswirkung sehr empfindlich gegenüber dem pH-Wert.
Der Verdickungsmechanismus des Acrylatverdickers besteht darin, dass seine Partikel an der Oberfläche der Latexpartikel in der Farbe adsorbiert werden können und nach dem Quellen in Alkali eine Beschichtungsschicht bilden, die das Volumen der Latexpartikel vergrößert, die Brownsche Bewegung der Partikel behindert und die Viskosität des Farbsystems erhöht. ; Zweitens erhöht das Quellen des Verdickers die Viskosität der Wasserphase.
(2) Einfluss des Verdickers auf die Beschichtungseigenschaften
Die Art des Verdickungsmittels hat folgenden Einfluss auf die rheologischen Eigenschaften der Beschichtung:
Wenn die Menge des Verdickungsmittels zunimmt, erhöht sich die statische Viskosität der Farbe erheblich, und der Viskositätsänderungstrend ist im Wesentlichen konsistent, wenn eine äußere Scherkraft auf die Farbe ausgeübt wird.
Durch die Wirkung des Verdickungsmittels sinkt die Viskosität der Farbe schnell, wenn sie Scherkräften ausgesetzt wird, was zu einer Strukturviskosität führt.
Bei Verwendung eines hydrophob modifizierten Celluloseverdickers (wie etwa EBS451FQ) ist die Viskosität bei hohen Schergeschwindigkeiten auch dann noch hoch, wenn die Menge groß ist.
Bei Verwendung assoziativer Polyurethan-Verdicker (wie WT105A) ist die Viskosität bei hohen Schergeschwindigkeiten auch dann noch hoch, wenn die Menge groß ist.
Bei Verwendung von Acrylverdickern (wie etwa ASE60) steigt die statische Viskosität zwar schnell an, wenn die Menge groß ist, bei einer höheren Schergeschwindigkeit nimmt sie jedoch schnell ab.
3. Assoziativverdicker
(1) Verdickungsmechanismus
Celluloseether und alkaliquellbare Acrylverdicker können nur die Wasserphase verdicken, haben jedoch keine verdickende Wirkung auf andere Komponenten der Farbe auf Wasserbasis und können auch keine signifikante Wechselwirkung zwischen den Pigmenten in der Farbe und den Partikeln der Emulsion verursachen, sodass die Rheologie der Farbe nicht angepasst werden kann.
Assoziative Verdicker zeichnen sich dadurch aus, dass sie neben der Hydratisierung auch durch Assoziationen untereinander, mit dispergierten Partikeln und mit anderen Komponenten im System verdicken. Diese Assoziation löst sich bei hohen Scherraten auf und bildet sich bei niedrigen Scherraten wieder, wodurch die Rheologie der Beschichtung angepasst werden kann.
Der Verdickungsmechanismus des assoziativen Verdickers besteht darin, dass sein Molekül eine lineare hydrophile Kette ist, eine Polymerverbindung mit lipophilen Gruppen an beiden Enden. Das heißt, es weist hydrophile und hydrophobe Gruppen in der Struktur auf und besitzt daher die Eigenschaften von Tensidmolekülen. Solche Verdickermoleküle können nicht nur hydratisieren und quellen, um die Wasserphase zu verdicken, sondern auch Mizellen bilden, wenn die Konzentration ihrer wässrigen Lösung einen bestimmten Wert überschreitet. Die Mizellen können sich mit den Polymerpartikeln der Emulsion und den Pigmentpartikeln, die das Dispergiermittel adsorbiert haben, zu einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur verbinden und miteinander verbunden und verwickelt sein, wodurch die Viskosität des Systems erhöht wird.
Wichtiger ist, dass sich diese Assoziationen in einem dynamischen Gleichgewicht befinden und die assoziierten Mizellen ihre Position unter Einwirkung äußerer Kräfte anpassen können, sodass die Beschichtung nivellierende Eigenschaften besitzt. Da das Molekül mehrere Mizellen aufweist, verringert diese Struktur zudem die Migrationsneigung der Wassermoleküle und erhöht so die Viskosität der wässrigen Phase.
(2) Die Rolle in Beschichtungen
Die meisten assoziativen Verdickungsmittel sind Polyurethane und ihre relativen Molekulargewichte liegen zwischen 103 und 104 Größenordnungen, also zwei Größenordnungen niedriger als bei gewöhnlichen Polyacrylsäure- und Celluloseverdickungsmitteln mit relativen Molekulargewichten zwischen 105 und 106. Aufgrund des niedrigen Molekulargewichts ist die effektive Volumenzunahme nach der Hydratisierung geringer, sodass ihre Viskositätskurve flacher ist als die von nicht-assoziativen Verdickungsmitteln.
Aufgrund des geringen Molekulargewichts des Assoziativverdickers ist seine intermolekulare Verflechtung in der Wasserphase begrenzt, sodass seine verdickende Wirkung auf die Wasserphase nicht signifikant ist. Im Bereich niedriger Schergeschwindigkeiten ist die Assoziationsumwandlung zwischen Molekülen größer als der Assoziationsabbau, das gesamte System behält einen inhärenten Suspensions- und Dispersionszustand bei, und die Viskosität liegt nahe der Viskosität des Dispersionsmediums (Wasser). Daher führt der Assoziativverdicker dazu, dass das wasserbasierte Lacksystem im Bereich niedriger Schergeschwindigkeiten eine geringere scheinbare Viskosität aufweist.
Assoziative Verdicker erhöhen die potentielle Energie zwischen Molekülen aufgrund der Assoziation zwischen Partikeln in der dispergierten Phase. Dadurch wird mehr Energie benötigt, um die Assoziation zwischen Molekülen bei hohen Schergeschwindigkeiten aufzubrechen, und die zum Erreichen der gleichen Scherspannung erforderliche Scherkraft ist ebenfalls größer, sodass das System bei hohen Schergeschwindigkeiten eine höhere Schergeschwindigkeit aufweist. Scheinbare Viskosität. Die höhere Hochscherviskosität und die niedrigere Niedrigscherviskosität können die Mängel herkömmlicher Verdicker in den rheologischen Eigenschaften der Farbe ausgleichen, d. h. die beiden Verdicker können in Kombination verwendet werden, um die Fließfähigkeit der Latexfarbe anzupassen. Variable Leistung, um den umfassenden Anforderungen der Beschichtung zu Dickschicht und des Beschichtungsfilmflusses gerecht zu werden.
Veröffentlichungszeit: 28. April 2024