पानी आधारित पेंट को गाढ़ा करने की तकनीक पर सबसे संक्षिप्त ट्यूटोरियल

1. गाढ़ा करने वाले पदार्थ की परिभाषा और कार्य

ऐसे योजक पदार्थ जो पानी आधारित पेंट की चिपचिपाहट को काफी हद तक बढ़ा सकते हैं, उन्हें थिकनर कहा जाता है।

कोटिंग के उत्पादन, भंडारण और निर्माण में गाढ़ापन लाने वाले पदार्थों की महत्वपूर्ण भूमिका होती है।

गाढ़ापन बढ़ाने वाले पदार्थ का मुख्य कार्य कोटिंग की चिपचिपाहट को बढ़ाना है ताकि उपयोग के विभिन्न चरणों की आवश्यकताओं को पूरा किया जा सके। हालांकि, कोटिंग द्वारा विभिन्न चरणों में आवश्यक चिपचिपाहट अलग-अलग होती है। उदाहरण के लिए:

भंडारण प्रक्रिया के दौरान, रंगद्रव्य को जमने से रोकने के लिए उच्च चिपचिपाहट का होना वांछनीय है;

निर्माण प्रक्रिया के दौरान, यह वांछनीय है कि पेंट की चिपचिपाहट मध्यम हो ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि पेंट को ब्रश से आसानी से लगाया जा सके और अत्यधिक पेंट के दाग न लगें;

निर्माण के बाद, यह आशा की जाती है कि थोड़े समय के अंतराल (समतलीकरण प्रक्रिया) के बाद चिपचिपाहट जल्दी से उच्च स्तर पर वापस आ जाएगी ताकि धंसने से रोका जा सके।

जल आधारित कोटिंग्स की तरलता न्यूटन के नियमों के अनुरूप नहीं होती है।

जब अपरूपण बल में वृद्धि के साथ पेंट की श्यानता घटती है, तो इसे स्यूडोप्लास्टिक द्रव कहा जाता है, और अधिकांश पेंट स्यूडोप्लास्टिक द्रव ही होता है।

जब किसी स्यूडोप्लास्टिक द्रव का प्रवाह व्यवहार उसके इतिहास से संबंधित होता है, यानी यह समय पर निर्भर होता है, तो इसे थिक्सोट्रोपिक द्रव कहा जाता है।

कोटिंग्स का निर्माण करते समय, हम अक्सर जानबूझकर कोटिंग्स को थिक्सोट्रोपिक बनाने की कोशिश करते हैं, जैसे कि एडिटिव्स मिलाना।

जब कोटिंग की थिक्सोट्रोपी उपयुक्त होती है, तो यह कोटिंग के विभिन्न चरणों की विरोधाभासों को हल कर सकती है, और भंडारण, निर्माण समतलीकरण और सुखाने के चरणों में कोटिंग की विभिन्न चिपचिपाहट की तकनीकी आवश्यकताओं को पूरा कर सकती है।

कुछ गाढ़ापन बढ़ाने वाले पदार्थ पेंट को उच्च थिक्सोट्रोपी प्रदान कर सकते हैं, जिससे स्थिर अवस्था में या कम अपरूपण दर (जैसे भंडारण या परिवहन) पर इसकी श्यानता अधिक होती है, ताकि पेंट में मौजूद वर्णक नीचे न बैठें। वहीं, उच्च अपरूपण दर (जैसे कोटिंग प्रक्रिया) पर इसकी श्यानता कम हो जाती है, जिससे कोटिंग का प्रवाह और समतलीकरण पर्याप्त होता है।

थिक्सोट्रोपी को थिक्सोट्रोपिक इंडेक्स TI द्वारा दर्शाया जाता है और इसे ब्रुकफील्ड विस्कोमीटर द्वारा मापा जाता है।

TI = श्यानता (6r/min पर मापी गई) / श्यानता (60r/min पर मापी गई)

2. गाढ़ापन बढ़ाने वाले पदार्थों के प्रकार और कोटिंग के गुणों पर उनका प्रभाव

(1) प्रकार रासायनिक संरचना के संदर्भ में, गाढ़ा करने वाले पदार्थों को दो श्रेणियों में विभाजित किया गया है: कार्बनिक और अकार्बनिक।

अकार्बनिक प्रकारों में बेंटोनाइट, एटैपुलगाइट, एल्यूमीनियम मैग्नीशियम सिलिकेट, लिथियम मैग्नीशियम सिलिकेट आदि शामिल हैं, जबकि कार्बनिक प्रकारों में मिथाइल सेलुलोज, हाइड्रॉक्सीएथिल सेलुलोज, पॉलीएक्रिलेट, पॉलीमेथैक्रिलेट, एक्रिलिक एसिड या मिथाइल एक्रिलिक होमोपॉलिमर या कोपॉलिमर और पॉलीयुरेथेन आदि शामिल हैं।

कोटिंग के रियोलॉजिकल गुणों पर प्रभाव के दृष्टिकोण से, थिकनर को थिक्सोट्रोपिक थिकनर और एसोसिएटिव थिकनर में विभाजित किया जाता है। प्रदर्शन आवश्यकताओं के संदर्भ में, थिकनर की मात्रा कम होनी चाहिए और गाढ़ापन प्रभाव अच्छा होना चाहिए; एंजाइमों द्वारा आसानी से नष्ट नहीं होना चाहिए; सिस्टम के तापमान या पीएच मान में परिवर्तन होने पर, कोटिंग की चिपचिपाहट में उल्लेखनीय कमी नहीं होनी चाहिए, और पिगमेंट और फिलर का जमाव नहीं होना चाहिए; अच्छी भंडारण स्थिरता; अच्छा जल प्रतिधारण, कोई स्पष्ट झाग नहीं बनना चाहिए और कोटिंग फिल्म के प्रदर्शन पर कोई प्रतिकूल प्रभाव नहीं पड़ना चाहिए।

①सेल्यूलोज थिकनर

कोटिंग में उपयोग किए जाने वाले सेल्युलोज थिकनर मुख्य रूप से मिथाइलसेल्युलोज, हाइड्रॉक्सीएथिलसेल्युलोज और हाइड्रॉक्सीप्रोपाइलमिथाइलसेल्युलोज हैं, और इनमें से अंतिम दो का उपयोग अधिक सामान्यतः किया जाता है।

हाइड्रॉक्सीएथिल सेलुलोज एक ऐसा उत्पाद है जो प्राकृतिक सेलुलोज की ग्लूकोज इकाइयों पर मौजूद हाइड्रॉक्सिल समूहों को हाइड्रॉक्सीएथिल समूहों से प्रतिस्थापित करके प्राप्त किया जाता है। उत्पादों की विशिष्टताएँ और मॉडल मुख्य रूप से प्रतिस्थापन की मात्रा और चिपचिपाहट के आधार पर निर्धारित किए जाते हैं।

हाइड्रॉक्सीएथिल सेलुलोज को सामान्य घुलनशीलता प्रकार, तीव्र फैलाव प्रकार और जैविक स्थिरता प्रकार में विभाजित किया गया है। उपयोग विधि की बात करें तो, कोटिंग उत्पादन प्रक्रिया में विभिन्न चरणों में हाइड्रॉक्सीएथिल सेलुलोज मिलाया जा सकता है। तीव्र फैलाव प्रकार को सीधे शुष्क पाउडर के रूप में मिलाया जा सकता है। हालांकि, मिलाने से पहले सिस्टम का pH मान 7 से कम होना चाहिए, क्योंकि कम pH मान पर हाइड्रॉक्सीएथिल सेलुलोज धीरे-धीरे घुलता है और पानी को कणों के अंदर तक पहुंचने के लिए पर्याप्त समय मिल जाता है। इसके बाद pH मान बढ़ाकर इसे तेजी से घुलाया जा सकता है। इसी प्रकार, एक निश्चित सांद्रता का गोंद घोल तैयार करके उसे कोटिंग सिस्टम में मिलाया जा सकता है।

हायड्रोक्सीप्रोपायल मिथायलसेलुलॉजयह एक ऐसा उत्पाद है जो प्राकृतिक सेलुलोज की ग्लूकोज इकाई पर मौजूद हाइड्रॉक्सिल समूह को मेथोक्सी समूह से और दूसरे भाग को हाइड्रॉक्सीप्रोपिल समूह से प्रतिस्थापित करके प्राप्त किया जाता है। इसका गाढ़ापन प्रभाव मूलतः हाइड्रॉक्सीएथिल सेलुलोज के समान ही होता है। यह एंजाइम द्वारा अपघटन के प्रति प्रतिरोधी है, लेकिन इसकी जल घुलनशीलता हाइड्रॉक्सीएथिल सेलुलोज जितनी अच्छी नहीं है और गर्म करने पर यह जेल जैसा बन जाता है। सतह-उपचारित हाइड्रॉक्सीप्रोपिल मिथाइलसेलुलोज को उपयोग के समय सीधे पानी में मिलाया जा सकता है। अच्छी तरह से हिलाने और फैलाने के बाद, pH मान को 8-9 तक समायोजित करने के लिए अमोनिया जैसे क्षारीय पदार्थ मिलाएं और पूरी तरह घुलने तक हिलाते रहें। सतह-उपचार रहित हाइड्रॉक्सीप्रोपिल मिथाइलसेलुलोज को उपयोग से पहले 85°C से अधिक गर्म पानी में भिगोकर फुलाया जा सकता है, फिर कमरे के तापमान पर ठंडा करके ठंडे पानी या बर्फ के पानी से अच्छी तरह घोल लें।

② अकार्बनिक गाढ़ा करने वाला पदार्थ

इस प्रकार के थिकनर मुख्य रूप से कुछ सक्रिय मिट्टी उत्पाद होते हैं, जैसे बेंटोनाइट, मैग्नीशियम एल्युमीनियम सिलिकेट मिट्टी आदि। इसकी विशेषता यह है कि गाढ़ापन बढ़ाने के साथ-साथ, इसमें अच्छा निलंबन प्रभाव भी होता है, यह धंसने से रोकता है और कोटिंग के जल प्रतिरोध को प्रभावित नहीं करता है। कोटिंग के सूखने और फिल्म बनने के बाद, यह कोटिंग फिल्म में फिलर आदि के रूप में कार्य करता है। इसका नकारात्मक पहलू यह है कि यह कोटिंग के समतलीकरण को काफी हद तक प्रभावित करता है।

③ सिंथेटिक पॉलीमर थिकनर

सिंथेटिक पॉलीमर थिकनर मुख्य रूप से एक्रिलिक और पॉलीयुरेथेन (एसोसिएटिव थिकनर) में उपयोग किए जाते हैं। एक्रिलिक थिकनर ज्यादातर कार्बोक्सिल समूह वाले एक्रिलिक पॉलीमर होते हैं। 8-10 के pH मान वाले पानी में, कार्बोक्सिल समूह विघटित होकर फूल जाता है; pH मान 10 से अधिक होने पर, यह पानी में घुल जाता है और गाढ़ा करने का प्रभाव खो देता है, इसलिए गाढ़ा करने का प्रभाव pH मान के प्रति बहुत संवेदनशील होता है।

एक्रिलेट थिकनर की गाढ़ापन बढ़ाने की प्रक्रिया यह है कि इसके कण पेंट में मौजूद लेटेक्स कणों की सतह पर अधिशोषित हो जाते हैं और क्षार के कारण फूलने पर एक परत बना लेते हैं, जिससे लेटेक्स कणों का आयतन बढ़ जाता है, कणों की ब्राउनियन गति बाधित होती है और पेंट की चिपचिपाहट बढ़ जाती है। दूसरा, थिकनर के फूलने से जल चरण की चिपचिपाहट भी बढ़ जाती है।

(2) कोटिंग के गुणों पर गाढ़ापन लाने वाले पदार्थ का प्रभाव

कोटिंग के रियोलॉजिकल गुणों पर थिकनर के प्रकार का प्रभाव निम्नलिखित है:

जब गाढ़ापन बढ़ाने वाले पदार्थ की मात्रा बढ़ती है, तो पेंट की स्थिर श्यानता में काफी वृद्धि होती है, और बाहरी अपरूपण बल के अधीन होने पर श्यानता परिवर्तन का रुझान मूल रूप से स्थिर रहता है।

गाढ़ापन बढ़ाने वाले पदार्थ के प्रभाव से, पेंट पर कतरनी बल लगने पर उसकी चिपचिपाहट तेजी से कम हो जाती है, जो छद्म प्लास्टिसिटी को दर्शाती है।

हाइड्रोफोबिक रूप से संशोधित सेलुलोज थिकनर (जैसे कि EBS451FQ) का उपयोग करने पर, उच्च अपरूपण दरों पर, जब इसकी मात्रा अधिक होती है तो श्यानता अभी भी अधिक रहती है।

एसोसिएटिव पॉलीयुरेथेन थिकनर (जैसे WT105A) का उपयोग करने पर, उच्च अपरूपण दरों पर, जब इसकी मात्रा अधिक होती है तो श्यानता अभी भी अधिक रहती है।

एक्रिलिक थिकनर (जैसे कि ASE60) का उपयोग करने पर, यद्यपि अधिक मात्रा में होने पर स्थैतिक श्यानता तेजी से बढ़ती है, लेकिन उच्च अपरूपण दर पर श्यानता तेजी से घटती है।

3. सहयोगी गाढ़ापन

(1) गाढ़ा करने की प्रक्रिया

सेल्यूलोज ईथर और क्षार-सूजन योग्य ऐक्रेलिक थिकनर केवल जल चरण को गाढ़ा कर सकते हैं, लेकिन जल-आधारित पेंट में अन्य घटकों पर इनका कोई गाढ़ा करने वाला प्रभाव नहीं होता है, न ही ये पेंट में मौजूद पिगमेंट और इमल्शन के कणों के बीच महत्वपूर्ण परस्पर क्रिया उत्पन्न कर सकते हैं, इसलिए पेंट की रियोलॉजी को समायोजित नहीं किया जा सकता है।

एसोसिएटिव थिकनर की विशेषता यह है कि जलयोजन के माध्यम से गाढ़ापन बढ़ाने के अलावा, वे आपस में, बिखरे हुए कणों के साथ और सिस्टम में मौजूद अन्य घटकों के साथ जुड़ाव के माध्यम से भी गाढ़ापन बढ़ाते हैं। यह जुड़ाव उच्च अपरूपण दरों पर टूट जाता है और निम्न अपरूपण दरों पर पुनः जुड़ जाता है, जिससे कोटिंग की रियोलॉजी को समायोजित किया जा सकता है।

एसोसिएटिव थिकनर की गाढ़ापन बढ़ाने की प्रक्रिया यह है कि इसका अणु एक रेखीय हाइड्रोफिलिक श्रृंखला होता है, एक बहुलक यौगिक जिसके दोनों सिरों पर लिपोफिलिक समूह होते हैं, यानी इसकी संरचना में हाइड्रोफिलिक और हाइड्रोफोबिक दोनों समूह होते हैं, इसलिए इसमें सर्फेक्टेंट अणुओं के गुण होते हैं। ऐसे थिकनर अणु न केवल जल को गाढ़ा करने के लिए हाइड्रेट और फूल सकते हैं, बल्कि जब इसके जलीय विलयन की सांद्रता एक निश्चित मान से अधिक हो जाती है तो माइसेल भी बना सकते हैं। माइसेल इमल्शन के बहुलक कणों और डिस्पर्सेन्ट को सोखने वाले वर्णक कणों के साथ जुड़कर एक त्रि-आयामी नेटवर्क संरचना बनाते हैं, और आपस में जुड़कर सिस्टम की चिपचिपाहट को बढ़ाते हैं।

इससे भी अधिक महत्वपूर्ण बात यह है कि ये संरचनाएं गतिशील संतुलन की स्थिति में होती हैं, और ये संबद्ध माइसेल्स बाहरी बलों के प्रभाव में अपनी स्थिति को समायोजित कर सकते हैं, जिससे कोटिंग में समतलीकरण गुण आ जाते हैं। इसके अतिरिक्त, चूंकि अणु में कई माइसेल्स होते हैं, इसलिए यह संरचना जल अणुओं के स्थानांतरण की प्रवृत्ति को कम करती है और इस प्रकार जलीय चरण की श्यानता को बढ़ाती है।

(2) कोटिंग्स में भूमिका

अधिकांश सहक्रियात्मक संक्षारक पॉलीयुरेथेन होते हैं, और इनका सापेक्षिक आणविक भार 10³-10⁴ परिमाण के बीच होता है, जो सामान्य पॉलीएक्रिलिक अम्ल और सेलुलोज संक्षारक की तुलना में दो परिमाण के कम होता है, जिनका सापेक्षिक आणविक भार 10⁵-10⁶ के बीच होता है। कम आणविक भार के कारण, जलयोजन के बाद प्रभावी आयतन वृद्धि कम होती है, इसलिए इसका श्यानता वक्र गैर-सहक्रियात्मक संक्षारक की तुलना में अधिक सपाट होता है।

एसोसिएटिव थिकनर के कम आणविक भार के कारण, जल अवस्था में इसका अंतर-आणविक जुड़ाव सीमित होता है, इसलिए जल अवस्था पर इसका गाढ़ापन प्रभाव नगण्य होता है। कम अपरूपण दर सीमा में, अणुओं के बीच जुड़ाव का रूपांतरण अणुओं के बीच जुड़ाव के विघटन से अधिक होता है, संपूर्ण प्रणाली एक अंतर्निहित निलंबन और फैलाव अवस्था बनाए रखती है, और श्यानता फैलाव माध्यम (जल) की श्यानता के लगभग बराबर होती है। अतः, एसोसिएटिव थिकनर जल-आधारित पेंट प्रणाली को कम अपरूपण दर क्षेत्र में कम आभासी श्यानता प्रदर्शित करने में सक्षम बनाता है।

संयोजी संक्षारक (एसोसिएटिव थिकनर) विक्षेपित अवस्था में कणों के बीच संयोजन के कारण अणुओं की संभावित ऊर्जा को बढ़ाते हैं। इस प्रकार, उच्च अपरूपण दर पर अणुओं के बीच संयोजन को तोड़ने के लिए अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है, और समान अपरूपण विकृति प्राप्त करने के लिए आवश्यक अपरूपण बल भी अधिक होता है, जिससे उच्च अपरूपण दर पर प्रणाली उच्च अपरूपण दर प्रदर्शित करती है। आभासी श्यानता (प्रत्यक्ष श्यानता) उच्च अपरूपण श्यानता और निम्न अपरूपण श्यानता पेंट के रियोलॉजिकल गुणों में सामान्य संक्षारक की कमी को पूरा कर सकती है, अर्थात्, लेटेक्स पेंट की तरलता को समायोजित करने के लिए दोनों संक्षारक का संयोजन में उपयोग किया जा सकता है। परिवर्तनीय प्रदर्शन, गाढ़ी परत में कोटिंग और कोटिंग फिल्म प्रवाह की व्यापक आवश्यकताओं को पूरा करता है।