۱. تعریف و عملکرد غلیظکننده
افزودنیهایی که میتوانند ویسکوزیته رنگهای پایه آب را به میزان قابل توجهی افزایش دهند، غلیظکننده نامیده میشوند.
غلظت دهنده ها نقش مهمی در تولید، ذخیره سازی و ساخت پوشش ها دارند.
وظیفه اصلی غلیظ کننده افزایش ویسکوزیته پوشش برای برآورده کردن نیازهای مراحل مختلف استفاده است. با این حال، ویسکوزیته مورد نیاز پوشش در مراحل مختلف متفاوت است. به عنوان مثال:
در طول فرآیند ذخیرهسازی، مطلوب است که ویسکوزیته بالایی داشته باشد تا از تهنشین شدن رنگدانه جلوگیری شود.
در طول فرآیند ساخت، مطلوب است که ویسکوزیته متوسطی داشته باشد تا اطمینان حاصل شود که رنگ قابلیت برسزنی خوبی دارد و لکههای رنگ بیش از حد ایجاد نمیکند.
پس از ساخت، امید است که ویسکوزیته بتواند پس از یک تأخیر زمانی کوتاه (فرآیند تراز کردن) به سرعت به ویسکوزیته بالا بازگردد تا از افتادگی جلوگیری شود.
سیالیت پوششهای پایه آب غیر نیوتنی است.
وقتی ویسکوزیته رنگ با افزایش نیروی برشی کاهش مییابد، به آن سیال شبهپلاستیک میگویند و بیشتر رنگ یک سیال شبهپلاستیک است.
وقتی رفتار جریان یک سیال شبهپلاستیک به تاریخچه آن مربوط باشد، یعنی وابسته به زمان باشد، به آن سیال تیکسوتروپیک میگویند.
هنگام تولید پوششها، ما اغلب آگاهانه سعی میکنیم پوششها را تیکسوتروپیک کنیم، مانند افزودن افزودنیها.
وقتی تیکسوتروپی پوشش مناسب باشد، میتواند تناقضات مراحل مختلف پوشش را حل کند و نیازهای فنی ویسکوزیته مختلف پوشش را در مراحل ذخیرهسازی، تراز کردن ساخت و ساز و خشک کردن برآورده سازد.
برخی از غلیظکنندهها میتوانند به رنگ، تیکسوتروپی بالایی بدهند، به طوری که در حالت سکون یا با سرعت برشی کم (مانند ذخیرهسازی یا حمل و نقل)، ویسکوزیته بالاتری داشته باشد تا از تهنشین شدن رنگدانه در رنگ جلوگیری شود. و تحت سرعت برشی بالا (مانند فرآیند پوششدهی)، ویسکوزیته پایینی دارد، به طوری که پوشش جریان و یکنواختی کافی دارد.
تیکسوتروپی با شاخص تیکسوتروپیک TI نشان داده میشود و توسط ویسکومتر بروکفیلد اندازهگیری میشود.
TI=ویسکوزیته (اندازهگیری شده در 6 دور در دقیقه) / ویسکوزیته (اندازهگیری شده در 60 دور در دقیقه)
۲. انواع غلظتدهندهها و تأثیر آنها بر خواص پوشش
(1) انواع از نظر ترکیب شیمیایی، غلیظ کننده ها به دو دسته آلی و معدنی تقسیم می شوند.
انواع معدنی شامل بنتونیت، آتاپولژیت، سیلیکات آلومینیوم منیزیم، سیلیکات لیتیوم منیزیم و غیره، انواع آلی مانند متیل سلولز، هیدروکسی اتیل سلولز، پلی اکریلات، پلی متاکریلات، هموپلیمر یا کوپلیمر اکریلیک اسید یا متیل اکریلیک و پلی اورتان و غیره.
از دیدگاه تأثیر بر خواص رئولوژیکی پوششها، غلظتدهندهها به غلظتدهندههای تیکسوتروپیک و غلظتدهندههای تجمعی تقسیم میشوند. از نظر الزامات عملکرد، مقدار غلظتدهنده باید کمتر باشد و اثر غلظتدهی خوبی داشته باشد؛ به راحتی توسط آنزیمها فرسایش نیابد؛ وقتی دما یا مقدار pH سیستم تغییر میکند، ویسکوزیته پوشش به طور قابل توجهی کاهش نمییابد و رنگدانه و پرکننده لخته نمیشوند. پایداری ذخیرهسازی خوب؛ احتباس آب خوب، بدون پدیده کف کردن آشکار و بدون اثرات نامطلوب بر عملکرد فیلم پوشش.
①غلیظ کننده سلولز
غلظت دهنده های سلولزی مورد استفاده در پوشش ها عمدتاً متیل سلولز، هیدروکسی اتیل سلولز و هیدروکسی پروپیل متیل سلولز هستند و دو مورد آخر بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند.
هیدروکسی اتیل سلولز محصولی است که با جایگزینی گروههای هیدروکسیل روی واحدهای گلوکز سلولز طبیعی با گروههای هیدروکسی اتیل به دست میآید. مشخصات و مدلهای محصولات عمدتاً بر اساس درجه جایگزینی و ویسکوزیته متمایز میشوند.
انواع هیدروکسی اتیل سلولز نیز به نوع انحلال عادی، نوع پراکندگی سریع و نوع پایداری بیولوژیکی تقسیم میشوند. از نظر روش استفاده، هیدروکسی اتیل سلولز را میتوان در مراحل مختلف فرآیند تولید پوشش اضافه کرد. نوع پراکندگی سریع را میتوان 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 میشود و زمان کافی برای نفوذ آب به داخل ذرات وجود دارد و سپس مقدار pH افزایش مییابد تا به سرعت حل شود. همچنین میتوان از مراحل مربوطه برای تهیه غلظت مشخصی از محلول چسب و افزودن آن به سیستم پوشش استفاده کرد.
هیدروکسی پروپیل متیل سلولزمحصولی است که با جایگزینی گروه هیدروکسیل در واحد گلوکز سلولز طبیعی با یک گروه متوکسی و بخش دیگر با یک گروه هیدروکسی پروپیل جایگزین میشود. اثر غلیظکنندگی آن اساساً مشابه هیدروکسی اتیل سلولز است. و در برابر تخریب آنزیمی مقاوم است، اما حلالیت آن در آب به خوبی هیدروکسی اتیل سلولز نیست و عیب آن تشکیل ژل در هنگام گرم شدن است. برای هیدروکسی پروپیل متیل سلولز تیمار شده سطحی، میتوان آن را هنگام استفاده مستقیماً به آب اضافه کرد. پس از هم زدن و پخش کردن، مواد قلیایی مانند آب آمونیاک را برای تنظیم مقدار pH به 8-9 اضافه کنید و تا حل شدن کامل هم بزنید. برای هیدروکسی پروپیل متیل سلولز بدون تیمار سطحی، میتوان آن را قبل از استفاده با آب داغ بالای 85 درجه سانتیگراد خیساند و متورم کرد و سپس تا دمای اتاق خنک کرد، سپس با آب سرد یا آب یخ هم زد تا کاملاً حل شود.
②غلیظ کننده معدنی
این نوع غلیظکننده عمدتاً از برخی محصولات رسی فعالشده مانند بنتونیت، خاک رس منیزیم آلومینیوم سیلیکات و غیره تشکیل شده است. علاوه بر اثر غلیظکنندگی، دارای اثر تعلیق خوبی نیز هست، میتواند از فرورفتگی جلوگیری کند و بر مقاومت در برابر آب پوشش تأثیری نخواهد گذاشت. پس از خشک شدن و تشکیل فیلم، به عنوان پرکننده در فیلم پوشش و غیره عمل میکند. عامل نامطلوب این است که به طور قابل توجهی بر تراز شدن پوشش تأثیر میگذارد.
③ غلیظکننده پلیمری مصنوعی
غلظتدهندههای پلیمری مصنوعی بیشتر در اکریلیک و پلییورتان (غلظتدهندههای تجمعی) استفاده میشوند. غلظتدهندههای اکریلیکی اغلب پلیمرهای اکریلیکی حاوی گروههای کربوکسیل هستند. در آبی با pH بین ۸ تا ۱۰، گروه کربوکسیل تفکیک شده و متورم میشود؛ وقتی pH بیشتر از ۱۰ باشد، در آب حل شده و اثر غلظتدهی خود را از دست میدهد، بنابراین اثر غلظتدهی به مقدار pH بسیار حساس است.
مکانیسم غلیظکننده اکریلات به این صورت است که ذرات آن میتوانند 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، جلوگیری از حرکت براونی ذرات و افزایش ویسکوزیته سیستم رنگ میشود. دوم، تورم غلیظکننده، ویسکوزیته فاز آب را افزایش میدهد.
(2) تأثیر غلیظکننده بر خواص پوشش
تأثیر نوع غلیظکننده بر خواص رئولوژیکی پوشش به شرح زیر است:
وقتی مقدار غلیظکننده افزایش مییابد، ویسکوزیته استاتیک رنگ به طور قابل توجهی افزایش مییابد و روند تغییر ویسکوزیته اساساً در هنگام اعمال نیروی برشی خارجی ثابت است.
با اثر غلیظکننده، ویسکوزیته رنگ هنگام قرار گرفتن در معرض نیروی برشی به سرعت کاهش مییابد و شبهپلاستیسیته از خود نشان میدهد.
با استفاده از یک غلیظکننده سلولزی اصلاحشده با آبگریزی (مانند EBS451FQ)، در سرعتهای برشی بالا، ویسکوزیته حتی با وجود مقدار زیاد، همچنان بالا است.
با استفاده از غلظتدهندههای پلییورتان تجمعی (مانند WT105A)، در سرعتهای برشی بالا، ویسکوزیته حتی با وجود مقدار زیاد، همچنان بالا است.
با استفاده از غلظتدهندههای اکریلیکی (مانند ASE60)، اگرچه ویسکوزیته استاتیک وقتی مقدار زیاد باشد به سرعت افزایش مییابد، اما ویسکوزیته در سرعت برشی بالاتر به سرعت کاهش مییابد.
۳. غلیظکنندهی انجمنی
(1) مکانیسم غلیظ شدن
غلظتدهندههای اتر سلولز و اکریلیک متورمشونده با قلیا فقط میتوانند فاز آب را غلیظ کنند، اما هیچ اثر غلیظکنندهای بر سایر اجزای رنگ پایه آب ندارند و همچنین نمیتوانند باعث برهمکنش قابل توجهی بین رنگدانههای رنگ و ذرات امولسیون شوند، بنابراین رئولوژی رنگ قابل تنظیم نیست.
غلیظکنندههای تجمعی علاوه بر غلیظ شدن از طریق هیدراتاسیون، از طریق ایجاد ارتباط بین خودشان، با ذرات پراکنده و با سایر اجزای سیستم نیز غلیظ میشوند. این ارتباط در سرعتهای برشی بالا از هم جدا و در سرعتهای برشی پایین دوباره متصل میشود و امکان تنظیم رئولوژی پوشش را فراهم میکند.
مکانیسم غلیظکنندهی تجمعی این است که مولکول آن یک زنجیرهی خطی آبدوست است، یک ترکیب پلیمری با گروههای لیپوفیل در هر دو انتها، یعنی دارای گروههای آبدوست و آبگریز در ساختار است، بنابراین ویژگیهای مولکولهای سورفکتانت را دارد. طبیعت. چنین مولکولهای غلیظکنندهای نه تنها میتوانند هیدراته و متورم شوند تا فاز آب را غلیظ کنند، بلکه وقتی غلظت محلول آبی آن از مقدار مشخصی بیشتر شود، میسل تشکیل میدهند. میسلها میتوانند با ذرات پلیمری امولسیون و ذرات رنگدانه که پراکندهساز را جذب کردهاند، ترکیب شوند تا یک ساختار شبکهای سهبعدی تشکیل دهند و به هم پیوسته و درهمتنیده شوند تا ویسکوزیته سیستم را افزایش دهند.
نکته مهمتر این است که این تجمعات در حالت تعادل دینامیکی قرار دارند و آن میسلهای مرتبط میتوانند موقعیت خود را هنگام قرار گرفتن در معرض نیروهای خارجی تنظیم کنند، به طوری که پوشش دارای خواص ترازبندی باشد. علاوه بر این، از آنجایی که مولکول دارای چندین میسل است، این ساختار تمایل مولکولهای آب به مهاجرت را کاهش میدهد و در نتیجه ویسکوزیته فاز آبی را افزایش میدهد.
(2) نقش در پوششها
بیشتر غلظتدهندههای تجمعی، پلییورتانها هستند و وزن مولکولی نسبی آنها بین 103 تا 104 مرتبه بزرگی است که دو مرتبه بزرگی کمتر از غلظتدهندههای پلیآکریلیک اسید معمولی و سلولزی با وزن مولکولی نسبی بین 105 تا 106 است. به دلیل وزن مولکولی کم، افزایش حجم مؤثر پس از هیدراتاسیون کمتر است، بنابراین منحنی ویسکوزیته آن نسبت به غلظتدهندههای غیر تجمعی مسطحتر است.
به دلیل وزن مولکولی پایین غلیظکننده تجمعی، درهمتنیدگی بین مولکولی آن در فاز آب محدود است، بنابراین اثر غلیظکنندگی آن بر فاز آب قابل توجه نیست. در محدوده سرعت برشی پایین، تبدیل تجمعی بین مولکولها بیشتر از تخریب تجمعی بین مولکولها است، کل سیستم حالت تعلیق و پراکندگی ذاتی را حفظ میکند و ویسکوزیته نزدیک به ویسکوزیته محیط پراکندگی (آب) است. بنابراین، غلیظکننده تجمعی باعث میشود سیستم رنگ پایه آب وقتی در ناحیه سرعت برشی پایین قرار دارد، ویسکوزیته ظاهری کمتری نشان دهد.
غلظتدهندههای تجمعی به دلیل تجمع ذرات در فاز پراکنده، انرژی پتانسیل بین مولکولها را افزایش میدهند. به این ترتیب، برای شکستن تجمع بین مولکولها در سرعتهای برشی بالا، انرژی بیشتری لازم است و نیروی برشی مورد نیاز برای دستیابی به کرنش برشی یکسان نیز بیشتر است، به طوری که سیستم در سرعتهای برشی بالا، سرعت برشی بالاتری را نشان میدهد. ویسکوزیته ظاهری. ویسکوزیته برشی بالای بالاتر و ویسکوزیته برشی پایین پایینتر میتوانند کمبود غلظتدهندههای رایج در خواص رئولوژیکی رنگ را جبران کنند، یعنی میتوان از دو غلظتدهنده به صورت ترکیبی برای تنظیم سیالیت رنگ لاتکس استفاده کرد. عملکرد متغیر، برای برآورده کردن الزامات جامع پوشش به فیلم ضخیم و جریان فیلم پوشش.
زمان ارسال: ۲۸ آوریل ۲۰۲۴