مختصرترین آموزش تکنولوژی غلیظ کردن رنگ مبتنی بر آب

1. تعریف و عملکرد قوام دهنده

مواد افزودنی که می توانند ویسکوزیته رنگ های پایه آب را به میزان قابل توجهی افزایش دهند، ضخیم کننده نامیده می شوند.

ضخیم کننده ها نقش مهمی در تولید، نگهداری و ساخت پوشش ها دارند.

وظیفه اصلی ضخیم کننده افزایش ویسکوزیته پوشش برای برآوردن نیازهای مراحل مختلف استفاده است. با این حال، ویسکوزیته مورد نیاز پوشش در مراحل مختلف متفاوت است. به عنوان مثال:

در طول فرآیند ذخیره سازی، مطلوب است که ویسکوزیته بالایی داشته باشد تا از ته نشین شدن رنگدانه جلوگیری شود.

در طول فرآیند ساخت، مطلوب است که ویسکوزیته متوسط ​​​​داشته شود تا اطمینان حاصل شود که رنگ دارای برس پذیری خوب و بدون لکه گیری بیش از حد رنگ است.

پس از ساخت، امید است که ویسکوزیته بتواند به سرعت پس از تاخیر زمانی کوتاه (فرایند تراز کردن) به ویسکوزیته بالا برگردد تا از افتادگی جلوگیری شود.

سیالیت پوشش های موجود در آب غیر نیوتنی است.

هنگامی که ویسکوزیته رنگ با افزایش نیروی برشی کاهش می یابد به آن سیال شبه پلاستیک می گویند و بیشتر رنگ را سیال شبه پلاستیک تشکیل می دهد.

هنگامی که رفتار جریان یک سیال شبه پلاستیک مربوط به تاریخچه آن باشد، یعنی وابسته به زمان باشد، به آن سیال تیکسوتروپیک می گویند.

هنگام تولید پوشش‌ها، اغلب آگاهانه سعی می‌کنیم که پوشش‌ها را تیکسوتروپیک کنیم، مانند افزودن مواد افزودنی.

هنگامی که تیکسوتروپی پوشش مناسب باشد، می تواند تضادهای مراحل مختلف پوشش را حل کند و نیازهای فنی ویسکوزیته مختلف پوشش را در مراحل ذخیره سازی، تراز ساخت و خشک کردن برآورده کند.

برخی از ضخیم‌کننده‌ها می‌توانند رنگ را با تیکسوتروپی بالا اعطا کنند، به طوری که در حالت استراحت یا با نرخ برش کم (مانند ذخیره‌سازی یا حمل و نقل)، ویسکوزیته بالاتری داشته باشد تا از ته نشین شدن رنگدانه در رنگ جلوگیری شود. و تحت سرعت برش بالا (مانند فرآیند پوشش)، ویسکوزیته پایینی دارد، به طوری که پوشش دارای جریان و تسطیح کافی است.

تیکسوتروپی با شاخص تیکسوتروپیک TI نشان داده می شود و با ویسکومتر بروکفیلد اندازه گیری می شود.

TI = ویسکوزیته (اندازه‌گیری شده در 6r/min)/ویسکوزیته (اندازه‌گیری شده در 60r/min)

2. انواع ضخیم کننده ها و تاثیر آنها بر خواص پوشش

(1) انواع قوام دهنده ها از نظر ترکیب شیمیایی به دو دسته آلی و معدنی تقسیم می شوند.

انواع غیر آلی عبارتند از بنتونیت، آتاپولژیت، سیلیکات آلومینیوم منیزیم، سیلیکات لیتیوم منیزیم و غیره، انواع آلی مانند متیل سلولز، هیدروکسی اتیل سلولز، پلی آکریلات، پلی متاکریلات، اسید اکریلیک یا متیل اکریلیک هموپلیمر یا پلیمر کوپلیمر متیل اکریلیک و غیره.

از منظر تأثیر بر خواص رئولوژیکی پوشش ها، ضخیم کننده ها به ضخیم کننده های تیکسوتروپیک و ضخیم کننده های انجمنی تقسیم می شوند. از نظر عملکرد مورد نیاز، مقدار ضخیم کننده باید کمتر باشد و اثر غلیظ کننده خوب است. فرسایش آنزیم ها آسان نیست. هنگامی که دما یا مقدار pH سیستم تغییر می کند، ویسکوزیته پوشش به طور قابل توجهی کاهش نمی یابد و رنگدانه و پرکننده لخته نمی شوند. ; ثبات ذخیره سازی خوب؛ احتباس آب خوب، بدون پدیده کف آشکار و بدون اثرات نامطلوب بر عملکرد فیلم پوشش.

① غلیظ کننده سلولز

ضخیم کننده های سلولزی مورد استفاده در پوشش ها عمدتا متیل سلولز، هیدروکسی اتیل سلولز و هیدروکسی پروپیل متیل سلولز هستند و دو مورد اخیر بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند.

هیدروکسی اتیل سلولز محصولی است که از جایگزینی گروه های هیدروکسیل روی واحدهای گلوکز سلولز طبیعی با گروه های هیدروکسی اتیل به دست می آید. مشخصات و مدل های محصولات عمدتاً با توجه به درجه جایگزینی و ویسکوزیته متمایز می شوند.

انواع هیدروکسی اتیل سلولز نیز به نوع انحلال معمولی، نوع پراکندگی سریع و نوع پایداری بیولوژیکی تقسیم می شوند. تا آنجا که به روش استفاده مربوط می شود، هیدروکسی اتیل سلولز را می توان در مراحل مختلف فرآیند تولید پوشش اضافه کرد. نوع پراکنده سریع را می توان مستقیماً به شکل پودر خشک اضافه کرد. با این حال، مقدار pH سیستم قبل از افزودن باید کمتر از 7 باشد، عمدتاً به این دلیل که هیدروکسی اتیل سلولز در pH پایین به آرامی حل می شود و زمان کافی برای نفوذ آب به داخل ذرات وجود دارد و سپس مقدار pH افزایش می یابد تا به سرعت حل شود. از مراحل مربوطه نیز می توان برای تهیه غلظت معینی از محلول چسب و افزودن آن به سیستم پوشش استفاده کرد.

هیدروکسی پروپیل متیل سلولزمحصولی است که با جایگزینی گروه هیدروکسیل بر روی واحد گلوکز سلولز طبیعی با یک گروه متوکسی به دست می آید، در حالی که قسمت دیگر با یک گروه هیدروکسی پروپیل جایگزین می شود. اثر ضخیم کنندگی آن اساساً مانند هیدروکسی اتیل سلولز است. و در برابر تجزیه آنزیمی مقاوم است، اما حلالیت آن در آب به خوبی هیدروکسی اتیل سلولز نیست و در هنگام حرارت دادن این عیب را دارد که ژل می شود. برای هیدروکسی پروپیل متیل سلولز تیمار شده با سطح، می توان آن را مستقیماً به آب اضافه کرد. پس از هم زدن و پراکندگی، مواد قلیایی مانند آب آمونیاک را اضافه کنید تا مقدار pH را روی 8-9 تنظیم کنید و هم بزنید تا کاملا حل شود. برای هیدروکسی پروپیل متیل سلولز بدون عملیات سطحی، می توان آن را قبل از استفاده با آب داغ بالای 85 درجه سانتی گراد خیس کرد و متورم کرد و سپس تا دمای اتاق خنک کرد، سپس با آب سرد یا آب یخ هم زد تا کاملا حل شود.

②قطع کننده غیر آلی

این نوع ضخیم کننده عمدتاً برخی از محصولات خاک رس فعال مانند بنتونیت، خاک رس سیلیکات آلومینیوم منیزیم و غیره است. مشخصه آن این است که علاوه بر اثر ضخیم کننده، دارای اثر تعلیق خوبی نیز می باشد، می تواند از فرورفتگی جلوگیری کند و بر مقاومت پوشش در برابر آب تأثیری نخواهد گذاشت. پس از خشک شدن پوشش و تبدیل آن به یک فیلم، به عنوان پرکننده در فیلم پوشش و غیره عمل می کند. عامل نامطلوب آن این است که به طور قابل توجهی بر تسطیح پوشش تأثیر می گذارد.

③ ضخیم کننده پلیمری مصنوعی

ضخیم کننده های پلیمری مصنوعی بیشتر در اکریلیک و پلی اورتان (ضخیم کننده های انجمنی) استفاده می شوند. ضخیم کننده های اکریلیک بیشتر پلیمرهای اکریلیک حاوی گروه های کربوکسیل هستند. در آب با مقدار pH 8-10، گروه کربوکسیل جدا شده و متورم می شود. هنگامی که مقدار pH بیشتر از 10 باشد، در آب حل می شود و اثر غلیظ شدن را از دست می دهد، بنابراین اثر ضخیم شدن به مقدار pH بسیار حساس است.

مکانیسم ضخیم شدن ضخیم کننده آکریلات به این صورت است که ذرات آن می توانند روی سطح ذرات لاتکس موجود در رنگ جذب شوند و پس از تورم قلیایی یک لایه پوششی تشکیل دهند که باعث افزایش حجم ذرات لاتکس، مانع از حرکت براونی ذرات و افزایش ویسکوزیته سیستم رنگ می شود. ; دوم، تورم غلیظ کننده، ویسکوزیته فاز آب را افزایش می دهد.

(2) تأثیر قوام دهنده بر خواص پوشش

تأثیر نوع غلیظ کننده بر خواص رئولوژیکی پوشش به شرح زیر است:

هنگامی که مقدار ضخیم کننده افزایش می یابد، ویسکوزیته ساکن رنگ به طور قابل توجهی افزایش می یابد و روند تغییر ویسکوزیته زمانی که تحت یک نیروی برشی خارجی قرار می گیرد، اساساً ثابت است.

با اثر غلیظ کننده، ویسکوزیته رنگ در اثر نیروی برشی به سرعت کاهش می یابد و شبه پلاستیسیته را نشان می دهد.

با استفاده از یک غلیظ کننده سلولز اصلاح شده آبگریز (مانند EBS451FQ)، در نرخ های برش بالا، ویسکوزیته همچنان بالا است که مقدار آن زیاد باشد.

با استفاده از ضخیم‌کننده‌های پلی‌اورتان مرتبط (مانند WT105A)، در نرخ‌های برش بالا، وقتی مقدار زیاد باشد، ویسکوزیته همچنان بالاست.

با استفاده از ضخیم‌کننده‌های اکریلیک (مانند ASE60)، اگرچه ویسکوزیته استاتیکی به سرعت در صورت زیاد افزایش می‌یابد، اما ویسکوزیته به سرعت با نرخ برشی بالاتر کاهش می‌یابد.

3. غلیظ کننده انجمنی

(1) مکانیسم ضخیم شدن

اتر سلولزی و ضخیم کننده های اکریلیک متورم قلیایی فقط می توانند فاز آب را ضخیم کنند، اما هیچ اثر ضخیم کنندگی بر روی سایر اجزای رنگ پایه آب ندارند و همچنین نمی توانند برهمکنش قابل توجهی بین رنگدانه های رنگ و ذرات امولسیون ایجاد کنند، بنابراین رئولوژی رنگ قابل تنظیم نیست.

ضخیم‌کننده‌های انجمنی از این جهت مشخص می‌شوند که علاوه بر ضخیم شدن از طریق هیدراتاسیون، از طریق ارتباط بین خود، با ذرات پراکنده و سایر اجزای سیستم نیز ضخیم می‌شوند. این ارتباط در نرخ‌های برش بالا جدا می‌شود و در نرخ‌های برش پایین مجدداً مرتبط می‌شود، که اجازه می‌دهد رئولوژی پوشش تنظیم شود.

مکانیسم ضخیم شدن ضخیم کننده انجمنی به این صورت است که مولکول آن یک زنجیره آبدوست خطی، یک ترکیب پلیمری با گروه های چربی دوست در دو انتها است، یعنی دارای گروه های آبدوست و آبگریز در ساختار است، بنابراین دارای ویژگی های مولکول های سورفکتانت است. طبیعت چنین مولکول های غلیظ کننده نه تنها می توانند هیدراته و متورم شوند تا فاز آب را غلیظ کنند، بلکه زمانی که غلظت محلول آبی آن از مقدار معینی فراتر رود، میسل تشکیل می دهند. میسل‌ها می‌توانند با ذرات پلیمری امولسیون و ذرات رنگدانه‌ای که ماده پراکنده را جذب کرده‌اند و ساختار شبکه‌ای سه‌بعدی را جذب کرده‌اند، مرتبط شوند و برای افزایش ویسکوزیته سیستم به هم متصل و درهم می‌شوند.

آنچه مهمتر است این است که این تداعی ها در حالت تعادل دینامیکی هستند و آن میسل های مرتبط می توانند موقعیت خود را در صورت قرار گرفتن در معرض نیروهای خارجی تنظیم کنند، به طوری که پوشش خاصیت تراز کنندگی داشته باشد. علاوه بر این، از آنجایی که مولکول چندین میسل دارد، این ساختار تمایل مولکول های آب را به مهاجرت کاهش می دهد و در نتیجه ویسکوزیته فاز آبی را افزایش می دهد.

(2) نقش در پوشش ها

بیشتر ضخیم کننده های انجمنی پلی یورتان هستند و وزن مولکولی نسبی آنها بین 103-104 مرتبه بزرگی است که دو مرتبه قدر کمتر از ضخیم کننده های پلی اکریلیک اسید و سلولزی معمولی با وزن مولکولی نسبی بین 105-106 است. به دلیل وزن مولکولی کم، افزایش حجم موثر پس از هیدراتاسیون کمتر است، بنابراین منحنی ویسکوزیته آن صاف تر از ضخیم کننده های غیر انجمنی است.

به دلیل وزن مولکولی کم ضخیم کننده انجمنی، درهم تنیدگی بین مولکولی آن در فاز آب محدود است، بنابراین اثر ضخیم شدن آن بر فاز آب قابل توجه نیست. در محدوده سرعت برشی پایین، تبدیل ارتباط بین مولکول ها بیشتر از تخریب ارتباط بین مولکول ها است، کل سیستم حالت تعلیق و پراکندگی ذاتی را حفظ می کند و ویسکوزیته نزدیک به ویسکوزیته محیط پراکندگی (آب) است. بنابراین، ضخیم‌کننده انجمنی باعث می‌شود که سیستم رنگ مبتنی بر آب هنگامی که در ناحیه نرخ برش پایین قرار دارد، ویسکوزیته ظاهری کمتری از خود نشان دهد.

ضخیم کننده های انجمنی به دلیل ارتباط بین ذرات در فاز پراکنده، انرژی پتانسیل بین مولکول ها را افزایش می دهند. به این ترتیب، انرژی بیشتری برای شکستن ارتباط بین مولکول ها در نرخ های برشی بالا مورد نیاز است و نیروی برشی مورد نیاز برای دستیابی به همان کرنش برشی نیز بیشتر است، به طوری که سیستم نرخ برشی بالاتری را در نرخ های برشی بالا نشان می دهد. ویسکوزیته ظاهری ویسکوزیته با برش بالا و ویسکوزیته برش پایین کمتر می تواند کمبود ضخیم کننده های رایج در خواص رئولوژیکی رنگ را جبران کند، یعنی می توان از این دو ضخیم کننده در ترکیب برای تنظیم سیالیت رنگ لاتکس استفاده کرد. عملکرد متغیر، برای پاسخگویی به الزامات جامع پوشش به فیلم ضخیم و جریان فیلم پوشش.