1. Définition et fonction de l'épaississant
Les additifs qui peuvent augmenter considérablement la viscosité des peintures à l’eau sont appelés épaississants.
Les épaississants jouent un rôle important dans la production, le stockage et la construction des revêtements.
La fonction principale de l'épaississant est d'augmenter la viscosité du revêtement afin de répondre aux exigences des différentes étapes d'utilisation. Cependant, la viscosité requise varie selon les étapes. Par exemple :
Pendant le processus de stockage, il est souhaitable d’avoir une viscosité élevée pour éviter que le pigment ne se dépose ;
Pendant le processus de construction, il est souhaitable d'avoir une viscosité modérée pour garantir que la peinture ait une bonne aptitude au brossage sans taches excessives de peinture ;
Après la construction, on espère que la viscosité pourra rapidement revenir à une viscosité élevée après un court laps de temps (processus de nivellement) pour éviter l'affaissement.
La fluidité des revêtements à base d’eau n’est pas newtonienne.
Lorsque la viscosité de la peinture diminue avec l'augmentation de la force de cisaillement, on parle de fluide pseudoplastique, et la plupart des peintures sont des fluides pseudoplastiques.
Lorsque le comportement d'écoulement d'un fluide pseudoplastique est lié à son histoire, c'est-à-dire qu'il dépend du temps, on parle de fluide thixotrope.
Lors de la fabrication de revêtements, nous essayons souvent consciemment de rendre les revêtements thixotropes, par exemple en ajoutant des additifs.
Lorsque la thixotropie du revêtement est appropriée, elle peut résoudre les contradictions des différentes étapes du revêtement et répondre aux besoins techniques des différentes viscosités du revêtement dans les étapes de stockage, de nivellement de construction et de séchage.
Certains épaississants confèrent à la peinture une thixotropie élevée, lui conférant ainsi une viscosité plus élevée au repos ou à faible taux de cisaillement (comme lors du stockage ou du transport), empêchant ainsi la sédimentation des pigments. À taux de cisaillement élevé (comme lors d'un procédé de revêtement), leur faible viscosité assure une fluidité et un étalement suffisants.
La thixotropie est représentée par l'indice thixotrope TI et mesurée par un viscosimètre Brookfield.
TI = viscosité (mesurée à 6 tr/min) / viscosité (mesurée à 60 tr/min)
2. Types d'épaississants et leurs effets sur les propriétés du revêtement
(1) Types En termes de composition chimique, les épaississants sont divisés en deux catégories : organiques et inorganiques.
Les types inorganiques comprennent la bentonite, l'attapulgite, le silicate d'aluminium et de magnésium, le silicate de lithium et de magnésium, etc., les types organiques tels que la méthylcellulose, l'hydroxyéthylcellulose, le polyacrylate, le polyméthacrylate, l'acide acrylique ou l'homopolymère ou copolymère méthylacrylique et le polyuréthane, etc.
Du point de vue de leur influence sur les propriétés rhéologiques des revêtements, les épaississants se divisent en épaississants thixotropes et épaississants associatifs. En termes de performances, la quantité d'épaississant doit être faible et l'effet épaississant doit être bon ; il est difficilement érodé par les enzymes ; les variations de température ou de pH du système ne réduisent pas significativement la viscosité du revêtement et les pigments et charges ne floculent pas. Bonne stabilité au stockage ; bonne rétention d'eau, absence de phénomène de moussage évident et aucun effet néfaste sur les performances du film de revêtement.
1Épaississant cellulosique
Les épaississants cellulosiques utilisés dans les revêtements sont principalement la méthylcellulose, l'hydroxyéthylcellulose et l'hydroxypropylméthylcellulose, les deux derniers étant les plus couramment utilisés.
L'hydroxyéthylcellulose est un produit obtenu en remplaçant les groupes hydroxyles des unités glucose de la cellulose naturelle par des groupes hydroxyéthyles. Les spécifications et les modèles des produits se distinguent principalement par leur degré de substitution et leur viscosité.
Les variétés d'hydroxyéthylcellulose sont également divisées en deux catégories : à dissolution normale, à dispersion rapide et à stabilité biologique. Concernant son mode d'utilisation, l'hydroxyéthylcellulose peut être ajoutée à différentes étapes du processus de production du revêtement. La version à dispersion rapide peut être ajoutée directement sous forme de poudre sèche. Cependant, le pH du système avant l'ajout doit être inférieur à 7, principalement parce que l'hydroxyéthylcellulose se dissout lentement à faible pH, ce qui laisse suffisamment de temps à l'eau pour s'infiltrer à l'intérieur des particules. Le pH est ensuite augmenté pour une dissolution rapide. Les étapes correspondantes peuvent également être utilisées pour préparer une solution de colle à une certaine concentration et l'ajouter au système de revêtement.
HydroxypropylméthylcelluloseL'hydroxypropylméthylcellulose est un produit obtenu en remplaçant le groupe hydroxyle de l'unité glucose de la cellulose naturelle par un groupe méthoxy, l'autre partie par un groupe hydroxypropyle. Son effet épaississant est sensiblement le même que celui de l'hydroxyéthylcellulose. Elle résiste à la dégradation enzymatique, mais sa solubilité dans l'eau est inférieure à celle de l'hydroxyéthylcellulose et présente l'inconvénient de gélifier à la chaleur. L'hydroxypropylméthylcellulose traitée en surface peut être ajoutée directement à l'eau lors de son utilisation. Après agitation et dispersion, ajouter des substances alcalines telles que de l'ammoniaque pour ajuster le pH à 8-9, puis agiter jusqu'à dissolution complète. L'hydroxypropylméthylcellulose non traitée en surface peut être trempée et gonflée dans de l'eau chaude à plus de 85 °C avant utilisation, puis refroidie à température ambiante, puis agitée avec de l'eau froide ou de l'eau glacée pour la dissoudre complètement.
2Épaississant inorganique
Ce type d'épaississant est principalement composé d'argiles activées, telles que la bentonite et l'argile silicate de magnésium et d'aluminium. Outre son effet épaississant, il possède un bon effet de suspension, empêche le coulage et n'affecte pas l'imperméabilité du revêtement. Une fois le revêtement sec et formé en film, il agit comme charge dans le film. Son inconvénient est qu'il affecte significativement le nivellement du revêtement.
③ Épaississant polymère synthétique
Les épaississants polymères synthétiques sont principalement utilisés dans l'acrylique et le polyuréthane (épaississants associatifs). Les épaississants acryliques sont principalement des polymères acryliques contenant des groupes carboxyles. Dans l'eau à un pH de 8 à 10, le groupe carboxyle se dissocie et gonfle ; lorsque le pH est supérieur à 10, il se dissout dans l'eau et perd son effet épaississant. Cet effet est donc très sensible au pH.
Le mécanisme d'épaississement de l'épaississant acrylate est que ses particules peuvent être adsorbées sur la surface des particules de latex dans la peinture et former une couche de revêtement après gonflement alcalin, ce qui augmente le volume des particules de latex, entrave le mouvement brownien des particules et augmente la viscosité du système de peinture. ; Deuxièmement, le gonflement de l'épaississant augmente la viscosité de la phase aqueuse.
(2) Influence de l'épaississant sur les propriétés du revêtement
L'effet du type d'épaississant sur les propriétés rhéologiques du revêtement est le suivant :
Lorsque la quantité d'épaississant augmente, la viscosité statique de la peinture augmente considérablement et la tendance au changement de viscosité est fondamentalement cohérente lorsqu'elle est soumise à une force de cisaillement externe.
Sous l'effet de l'épaississant, la viscosité de la peinture chute rapidement lorsqu'elle est soumise à une force de cisaillement, montrant une pseudoplasticité.
En utilisant un épaississant cellulosique modifié de manière hydrophobe (tel que EBS451FQ), à des taux de cisaillement élevés, la viscosité reste élevée lorsque la quantité est importante.
En utilisant des épaississants polyuréthanes associatifs (tels que WT105A), à des taux de cisaillement élevés, la viscosité reste élevée lorsque la quantité est importante.
En utilisant des épaississants acryliques (tels que l'ASE60), bien que la viscosité statique augmente rapidement lorsque la quantité est importante, la viscosité diminue rapidement à un taux de cisaillement plus élevé.
3. Épaississant associatif
(1) mécanisme d'épaississement
L'éther de cellulose et les épaississants acryliques gonflables en milieu alcalin ne peuvent épaissir que la phase aqueuse, mais n'ont aucun effet épaississant sur les autres composants de la peinture à base d'eau, ni ne peuvent provoquer d'interaction significative entre les pigments de la peinture et les particules de l'émulsion, de sorte que la rhéologie de la peinture ne peut pas être ajustée.
Les épaississants associatifs se caractérisent par le fait qu'en plus de s'épaissir par hydratation, ils s'épaississent également par association entre eux, avec des particules dispersées et avec d'autres composants du système. Cette association se dissocie à des taux de cisaillement élevés et se réassocie à des taux de cisaillement faibles, permettant ainsi d'ajuster la rhéologie du revêtement.
Le mécanisme d'épaississement de l'épaississant associatif réside dans le fait que sa molécule est une chaîne hydrophile linéaire, un composé polymère possédant des groupes lipophiles à ses deux extrémités. Sa structure présente donc des groupes hydrophiles et hydrophobes, lui conférant ainsi les caractéristiques d'un tensioactif. Ces molécules épaississantes peuvent non seulement s'hydrater et gonfler pour épaissir la phase aqueuse, mais aussi former des micelles lorsque la concentration de leur solution aqueuse dépasse une certaine valeur. Ces micelles peuvent s'associer aux particules de polymère de l'émulsion et aux particules de pigment ayant adsorbé le dispersant pour former un réseau tridimensionnel, et s'interconnecter et s'enchevêtrer pour augmenter la viscosité du système.
Plus important encore, ces associations sont en équilibre dynamique et les micelles associées peuvent ajuster leur position sous l'effet de forces externes, ce qui confère au revêtement des propriétés nivelantes. De plus, la molécule comportant plusieurs micelles, cette structure réduit la tendance des molécules d'eau à migrer et augmente ainsi la viscosité de la phase aqueuse.
(2) Le rôle dans les revêtements
La plupart des épaississants associatifs sont des polyuréthanes, dont les masses moléculaires relatives se situent entre 103 et 104, soit deux ordres de grandeur inférieurs à celles des épaississants classiques à base d'acide polyacrylique et de cellulose, dont les masses moléculaires relatives se situent entre 105 et 106. En raison de leur faible masse moléculaire, l'augmentation de volume effective après hydratation est moindre, ce qui explique leur courbe de viscosité plus plate que celle des épaississants non associatifs.
En raison de sa faible masse moléculaire, l'épaississant associatif limite son enchevêtrement intermoléculaire dans la phase aqueuse, ce qui rend son effet épaississant négligeable. À faible taux de cisaillement, la conversion d'association entre molécules est supérieure à la destruction d'association entre molécules, l'ensemble du système maintient un état de suspension et de dispersion inhérent, et la viscosité est proche de celle du milieu de dispersion (eau). Par conséquent, l'épaississant associatif permet au système de peinture à l'eau de présenter une viscosité apparente plus faible à faible taux de cisaillement.
Les épaississants associatifs augmentent l'énergie potentielle entre les molécules grâce à l'association des particules en phase dispersée. Ainsi, une énergie plus importante est nécessaire pour rompre l'association entre les molécules à taux de cisaillement élevé, et la force de cisaillement requise pour obtenir la même contrainte de cisaillement est également plus importante, de sorte que le système présente un taux de cisaillement plus élevé à taux de cisaillement élevé. Viscosité apparente. La viscosité à haut cisaillement plus élevée et la viscosité à bas cisaillement plus faible peuvent compenser l'absence d'épaississants communs dans les propriétés rhéologiques de la peinture. Autrement dit, les deux épaississants peuvent être utilisés en combinaison pour ajuster la fluidité de la peinture au latex. Performances variables, pour répondre aux exigences complètes de revêtement en film épais et d'écoulement du film de revêtement.
Date de publication : 28 avril 2024