1. Definición e función do espesante
Os aditivos que poden aumentar significativamente a viscosidade das pinturas a base de auga chámanse espesantes.
Os espesantes xogan un papel importante na produción, almacenamento e construción de revestimentos.
A función principal do espesante é aumentar a viscosidade do revestimento para cumprir cos requisitos das diferentes etapas de uso. Non obstante, a viscosidade requirida polo revestimento nas diferentes etapas é diferente. Por exemplo:
Durante o proceso de almacenamento, é desexable ter unha viscosidade alta para evitar que o pigmento se asente;
Durante o proceso de construción, é desexable ter unha viscosidade moderada para garantir que a pintura teña unha boa cepillaxe sen manchas excesivas;
Despois da construción, espérase que a viscosidade poida volver rapidamente a unha viscosidade alta despois dun curto período de tempo (proceso de nivelación) para evitar a flacidez.
A fluidez dos revestimentos a base de auga non é newtoniana.
Cando a viscosidade da pintura diminúe co aumento da forza de cizallamento, chámase fluído pseudoplástico, e a maior parte da pintura é un fluído pseudoplástico.
Cando o comportamento de fluxo dun fluído pseudoplástico está relacionado coa súa historia, é dicir, depende do tempo, denomínase fluído tixotrópico.
Ao fabricar revestimentos, a miúdo tentamos conscientemente facelos tixotrópicos, como engadindo aditivos.
Cando a tixotropía do revestimento é axeitada, pode resolver as contradicións das distintas etapas do revestimento e satisfacer as necesidades técnicas da diferente viscosidade do revestimento nas etapas de almacenamento, nivelación da construción e secado.
Algúns espesantes poden dotar á pintura dunha alta tixotropía, de xeito que teña unha maior viscosidade en repouso ou a unha baixa taxa de cizamento (como no almacenamento ou no transporte), para evitar que o pigmento da pintura se asente. E a unha alta taxa de cizamento (como no proceso de revestimento), ten baixa viscosidade, de xeito que o revestimento ten unha fluidez e unha nivelación suficientes.
A tixotropía represéntase polo índice tixotrópico TI e mídese cun viscosímetro Brookfield.
TI=viscosidade (medida a 6 r/min)/viscosidade (medida a 60 r/min)
2. Tipos de espesantes e os seus efectos nas propiedades do revestimento
(1) Tipos En termos de composición química, os espesantes divídense en dúas categorías: orgánicos e inorgánicos.
Os tipos inorgánicos inclúen bentonita, atapulgita, silicato de aluminio e magnesio, silicato de litio e magnesio, etc., e tipos orgánicos como metilcelulosa, hidroxietilcelulosa, poliacrilato, polimetacrilato, ácido acrílico ou homopolímero ou copolímero metil acrílico e poliuretano, etc.
Desde a perspectiva da influencia nas propiedades reolóxicas dos recubrimentos, os espesantes divídense en espesantes tixotrópicos e espesantes asociativos. En termos de requisitos de rendemento, a cantidade de espesante debe ser menor e o efecto espesante debe ser bo; non é doado ser erosionado por encimas; cando cambia a temperatura ou o valor do pH do sistema, a viscosidade do recubrimento non se reducirá significativamente e o pigmento e o recheo non se flocularán. ; Boa estabilidade de almacenamento; boa retención de auga, sen fenómenos de formación de escuma evidentes e sen efectos adversos no rendemento da película de recubrimento.
①Espesante de celulosa
Os espesantes de celulosa empregados nos recubrimentos son principalmente a metilcelulosa, a hidroxietilcelulosa e a hidroxipropilmetilcelulosa, sendo estas dúas últimas as máis empregadas.
A hidroxietilcelulosa é un produto que se obtén substituíndo os grupos hidroxilo das unidades de glicosa da celulosa natural por grupos hidroxietilo. As especificacións e os modelos dos produtos distínguense principalmente segundo o grao de substitución e a viscosidade.
As variedades de hidroxietilcelulosa tamén se dividen en tipo de disolución normal, tipo de dispersión rápida e tipo de estabilidade biolóxica. En canto ao método de uso, a hidroxietilcelulosa pódese engadir en diferentes etapas do proceso de produción do revestimento. O tipo de dispersión rápida pódese engadir directamente en forma de po seco. Non obstante, o valor do pH do sistema antes de engadir debe ser inferior a 7, principalmente porque a hidroxietilcelulosa disólvese lentamente a un valor de pH baixo e hai tempo suficiente para que a auga se infiltre no interior das partículas, e despois o valor do pH aumenta para que se disolva rapidamente. Tamén se poden usar os pasos correspondentes para preparar unha determinada concentración de solución de cola e engadila ao sistema de revestimento.
hidroxipropilmetilcelulosaé un produto obtido ao substituír o grupo hidroxilo da unidade de glicosa da celulosa natural por un grupo metoxi, mentres que a outra parte se substitúe por un grupo hidroxipropilo. O seu efecto espesante é basicamente o mesmo que o da hidroxietilcelulosa. E é resistente á degradación encimática, pero a súa solubilidade en auga non é tan boa como a da hidroxietilcelulosa e ten a desvantaxe de xelificar ao quentala. Para a hidroxipropilmetilcelulosa tratada superficialmente, pódese engadir directamente á auga cando se usa. Despois de remexer e dispersar, engádense substancias alcalinas como auga de amoníaco para axustar o valor de pH a 8-9 e remóvese ata que se disolva completamente. Para a hidroxipropilmetilcelulosa sen tratamento superficial, pódese remollar e inchar con auga quente por riba dos 85 °C antes do seu uso e logo arrefriar a temperatura ambiente e logo remóvese con auga fría ou auga con xeo para disolvela completamente.
②Espesante inorgánico
Este tipo de espesante consiste principalmente en produtos de arxila activada, como a bentonita, a arxila de silicato de magnesio e aluminio, etc. Caracterízase porque, ademais do efecto espesante, tamén ten un bo efecto de suspensión, pode evitar o afundimento e non afecta á resistencia á auga do revestimento. Despois de que o revestimento se seque e se forme nunha película, actúa como recheo na película de revestimento, etc. O factor desfavorable é que afectará significativamente á nivelación do revestimento.
③ Espesante de polímero sintético
Os espesantes de polímeros sintéticos úsanse principalmente en acrílico e poliuretano (espesantes asociativos). Os espesantes acrílicos son principalmente polímeros acrílicos que conteñen grupos carboxilo. En auga cun valor de pH de 8-10, o grupo carboxilo disóciase e ínchase; cando o valor de pH é superior a 10, disólvese en auga e perde o efecto espesante, polo que o efecto espesante é moi sensible ao valor de pH.
O mecanismo de espesamento do espesante de acrilato é que as súas partículas poden adsorberse na superficie das partículas de látex da pintura e formar unha capa de revestimento despois do inchazo alcalino, o que aumenta o volume das partículas de látex, dificulta o movemento browniano das partículas e aumenta a viscosidade do sistema de pintura. ; En segundo lugar, o inchazo do espesante aumenta a viscosidade da fase acuosa.
(2) Influencia do espesante nas propiedades do revestimento
O efecto do tipo de espesante sobre as propiedades reolóxicas do recubrimento é o seguinte:
Cando a cantidade de espesante aumenta, a viscosidade estática da pintura aumenta significativamente e a tendencia de cambio de viscosidade é basicamente consistente cando se somete a unha forza de cizallamento externa.
Co efecto do espesante, a viscosidade da pintura diminúe rapidamente cando se somete a unha forza de cizallamento, mostrando pseudoplasticidade.
Usando un espesante de celulosa modificada hidrofobicamente (como EBS451FQ), a altas taxas de cizallamento, a viscosidade segue sendo alta cando a cantidade é grande.
Usando espesantes de poliuretano asociativos (como WT105A), a altas taxas de cizallamento, a viscosidade segue sendo alta cando a cantidade é grande.
Usando espesantes acrílicos (como ASE60), aínda que a viscosidade estática aumenta rapidamente cando a cantidade é grande, a viscosidade diminúe rapidamente a unha taxa de cizallamento máis alta.
3. Espesante asociativo
(1) mecanismo de espesamento
O éter de celulosa e os espesantes acrílicos inchables con álcalis só poden espesar a fase acuosa, pero non teñen ningún efecto espesante noutros compoñentes da pintura a base de auga, nin poden causar unha interacción significativa entre os pigmentos da pintura e as partículas da emulsión, polo que a reoloxía da pintura non se pode axustar.
Os espesantes asociativos caracterízanse porque, ademais de espesar por hidratación, tamén espesan por asociacións entre si mesmos, con partículas dispersas e con outros compoñentes do sistema. Esta asociación disóciase a altas taxas de cizamento e reasociase a baixas taxas de cizamento, o que permite axustar a reoloxía do revestimento.
O mecanismo de espesamento do espesante asociativo é que a súa molécula é unha cadea hidrófila lineal, un composto polimérico con grupos lipófilos en ambos extremos, é dicir, ten grupos hidrófilos e hidrófobos na estrutura, polo que ten as características das moléculas de surfactante. Estas moléculas espesantes non só poden hidratarse e incharse para espesar a fase acuosa, senón que tamén forman micelas cando a concentración da súa solución acuosa supera un certo valor. As micelas poden asociarse coas partículas poliméricas da emulsión e as partículas de pigmento que adsorberon o dispersante para formar unha estrutura de rede tridimensional, e están interconectadas e enredadas para aumentar a viscosidade do sistema.
O máis importante é que estas asociacións estean nun estado de equilibrio dinámico e que esas micelas asociadas poidan axustar as súas posicións cando se someten a forzas externas, de xeito que o revestimento teña propiedades de nivelación. Ademais, dado que a molécula ten varias micelas, esta estrutura reduce a tendencia das moléculas de auga a migrar e, polo tanto, aumenta a viscosidade da fase acuosa.
(2) O papel nos revestimentos
A maioría dos espesantes asociativos son poliuretanos, e os seus pesos moleculares relativos están entre 10³ e 10⁴ ordes de magnitude, dúas ordes de magnitude inferiores aos do ácido poliacrílico ordinario e aos espesantes de celulosa con pesos moleculares relativos entre 10⁵ e 10⁶. Debido ao baixo peso molecular, o aumento de volume efectivo despois da hidratación é menor, polo que a súa curva de viscosidade é máis plana que a dos espesantes non asociativos.
Debido ao baixo peso molecular do espesante asociativo, o seu entrelazamento intermolecular na fase acuosa é limitado, polo que o seu efecto espesante na fase acuosa non é significativo. No rango de baixa taxa de cizamento, a conversión de asociación entre moléculas é maior que a destrución de asociación entre moléculas, todo o sistema mantén un estado de suspensión e dispersión inherente e a viscosidade é próxima á viscosidade do medio de dispersión (auga). Polo tanto, o espesante asociativo fai que o sistema de pintura a base de auga presente unha menor viscosidade aparente cando se atopa na rexión de baixa taxa de cizamento.
Os espesantes asociativos aumentan a enerxía potencial entre as moléculas debido á asociación entre as partículas na fase dispersa. Deste xeito, necesítase máis enerxía para romper a asociación entre as moléculas a altas taxas de cizamento, e a forza de cizamento necesaria para lograr a mesma deformación de cizamento tamén é maior, de xeito que o sistema presenta unha maior taxa de cizamento a altas taxas de cizamento. Viscosidade aparente. A maior viscosidade de alto cizamento e a menor viscosidade de baixo cizamento poden compensar a falta de espesantes comúns nas propiedades reolóxicas da pintura, é dicir, os dous espesantes pódense usar en combinación para axustar a fluidez da pintura de látex. Rendemento variable, para cumprir os requisitos completos do revestimento en película grosa e o fluxo da película de revestimento.
Data de publicación: 28 de abril de 2024