1. Definicija i funkcija zgušnjivača
Aditivi koji mogu značajno povećati viskoznost boja na bazi vode nazivaju se zgušnjivači.
Zgušnjivači igraju važnu ulogu u proizvodnji, skladištenju i konstrukciji premaza.
Glavna funkcija zgušnjivača je povećanje viskoznosti premaza kako bi se zadovoljili zahtjevi različitih faza upotrebe. Međutim, viskoznost koja je potrebna premazu u različitim fazama je različita. Npr.:
Tijekom procesa skladištenja poželjno je imati visoku viskoznost kako bi se spriječilo taloženje pigmenta;
Tijekom procesa gradnje poželjno je imati umjerenu viskoznost kako bi se osiguralo da boja ima dobru sposobnost nanošenja četkom bez prekomjernog mrljanja boje;
Nakon izgradnje, nada se da će se viskoznost brzo vratiti na visoku viskoznost nakon kratkog vremenskog zastoja (proces izravnavanja) kako bi se spriječilo slijeganje.
Fluidnost premaza na bazi vode nije Newtonova.
Kada se viskoznost boje smanjuje s povećanjem sile smicanja, to se naziva pseudoplastična tekućina, a većina boje je pseudoplastična tekućina.
Kada je ponašanje toka pseudoplastične tekućine povezano s njezinom poviješću, odnosno ovisi o vremenu, naziva se tiksotropnom tekućinom.
Prilikom proizvodnje premaza, često svjesno pokušavamo učiniti premaze tiksotropnima, primjerice dodavanjem aditiva.
Kada je tiksotropija premaza odgovarajuća, može riješiti kontradikcije različitih faza premazivanja i zadovoljiti tehničke potrebe različitih viskoznosti premaza u fazama skladištenja, izravnavanja konstrukcije i sušenja.
Neki zgušnjivači mogu boji dati visoku tiksotropiju, tako da ima veću viskoznost u mirovanju ili pri niskoj brzini smicanja (kao što je skladištenje ili transport), kako bi se spriječilo taloženje pigmenta u boji. A pri visokoj brzini smicanja (kao što je proces premazivanja), ima nisku viskoznost, tako da premaz ima dovoljno tečenja i izravnavanja.
Tiksotropija se predstavlja tiksotropnim indeksom TI i mjeri se Brookfieldovim viskozimetrom.
TI=viskoznost (mjerena pri 6 o/min)/viskoznost (mjerena pri 60 o/min)
2. Vrste zgušnjivača i njihov utjecaj na svojstva premaza
(1) Vrste Prema kemijskom sastavu, zgušnjivači se dijele u dvije kategorije: organske i anorganske.
Anorganske vrste uključuju bentonit, atapulgit, aluminijev magnezijev silikat, litijev magnezijev silikat itd., organske vrste poput metilceluloze, hidroksietilceluloze, poliakrilata, polimetakrilata, akrilne kiseline ili metil akrilnog homopolimera ili kopolimera i poliuretana itd.
S gledišta utjecaja na reološka svojstva premaza, zgušnjivači se dijele na tiksotropne zgušnjivače i asocijativne zgušnjivače. Što se tiče zahtjeva za performansama, količina zgušnjivača treba biti manja, a učinak zgušnjavanja dobar; nije ga lako razgraditi enzimima; kada se promijeni temperatura ili pH vrijednost sustava, viskoznost premaza neće se značajno smanjiti, a pigment i punilo neće se flokulirati.; Dobra stabilnost pri skladištenju; dobro zadržavanje vode, bez očitog pjenjenja i bez štetnih učinaka na performanse filma premaza.
①Zgušnjivač celuloze
Zgušnjivači celuloze koji se koriste u premazima su uglavnom metilceluloza, hidroksietilceluloza i hidroksipropilmetilceluloza, a posljednja dva se češće koriste.
Hidroksietil celuloza je proizvod dobiven zamjenom hidroksilnih skupina na glukoznim jedinicama prirodne celuloze hidroksietilnim skupinama. Specifikacije i modeli proizvoda uglavnom se razlikuju prema stupnju supstitucije i viskoznosti.
Vrste hidroksietil celuloze također se dijele na normalno topljive, brzo disperzivne i biološki stabilne. Što se tiče načina upotrebe, hidroksietil celuloza se može dodavati u različitim fazama procesa proizvodnje premaza. Brzo disperzivni tip može se dodati izravno u obliku suhog praha. Međutim, pH vrijednost sustava prije dodavanja treba biti manja od 7, uglavnom zato što se hidroksietil celuloza sporo otapa pri niskoj pH vrijednosti i ima dovoljno vremena da voda prodre u unutrašnjost čestica, a zatim se pH vrijednost povećava kako bi se brzo otopila. Odgovarajući koraci mogu se koristiti i za pripremu određene koncentracije otopine ljepila i dodavanje u sustav premaza.
Hidroksipropil metilcelulozaje proizvod dobiven zamjenom hidroksilne skupine na glukoznoj jedinici prirodne celuloze metoksi skupinom, dok je drugi dio zamijenjen hidroksipropilnom skupinom. Njegov učinak zgušnjavanja u osnovi je isti kao i kod hidroksietil celuloze. Otporan je na enzimsku razgradnju, ali njegova topljivost u vodi nije tako dobra kao kod hidroksietil celuloze i ima nedostatak želiranja pri zagrijavanju. Površinski obrađena hidroksipropil metilceluloza može se izravno dodati u vodu prilikom upotrebe. Nakon miješanja i dispergiranja, dodajte alkalne tvari poput amonijačne vode kako biste podesili pH vrijednost na 8-9 i miješajte dok se potpuno ne otopi. Hidroksipropil metilceluloza bez površinske obrade može se prije upotrebe natopiti i nabubriti vrućom vodom iznad 85°C, a zatim ohladiti na sobnu temperaturu, a zatim miješati s hladnom vodom ili ledenom vodom da se potpuno otopi.
②Anorganski zgušnjivač
Ova vrsta zgušnjivača uglavnom su neki proizvodi od aktivirane gline, poput bentonita, magnezijeve aluminijeve silikatne gline itd. Karakterizira ga to što osim zgušnjavajućeg učinka ima i dobar učinak suspenzije, može spriječiti tonjenje i neće utjecati na vodootpornost premaza. Nakon što se premaz osuši i formira u film, djeluje kao punilo u filmu premaza itd. Nepovoljan faktor je što će značajno utjecati na izravnavanje premaza.
③ Sintetički polimerni zgušnjivač
Sintetički polimerni zgušnjivači se uglavnom koriste u akrilu i poliuretanu (asocijativni zgušnjivači). Akrilni zgušnjivači su uglavnom akrilni polimeri koji sadrže karboksilne skupine. U vodi s pH vrijednošću od 8-10, karboksilna skupina disocira i bubri; kada je pH vrijednost veća od 10, otapa se u vodi i gubi učinak zgušnjavanja, pa je učinak zgušnjavanja vrlo osjetljiv na pH vrijednost.
Mehanizam zgušnjavanja akrilatnog zgušnjivača je taj što se njegove čestice mogu adsorbirati na površinu čestica lateksa u boji i nakon lužnatog bubrenja formirati sloj premaza, što povećava volumen čestica lateksa, ometa Brownovo gibanje čestica i povećava viskoznost sustava boje. Drugo, bubrenje zgušnjivača povećava viskoznost vodene faze.
(2) Utjecaj zgušnjivača na svojstva premaza
Utjecaj vrste zgušnjivača na reološka svojstva premaza je sljedeći:
Kada se količina zgušnjivača poveća, statička viskoznost boje značajno se povećava, a trend promjene viskoznosti je u osnovi konzistentan kada je izložen vanjskoj sili smicanja.
S učinkom zgušnjivača, viskoznost boje brzo pada kada je izložena sili smicanja, pokazujući pseudoplastičnost.
Korištenjem hidrofobno modificiranog celuloznog zgušnjivača (kao što je EBS451FQ), pri visokim brzinama smicanja, viskoznost je i dalje visoka kada je količina velika.
Korištenjem asocijativnih poliuretanskih zgušnjivača (kao što je WT105A), pri visokim brzinama smicanja, viskoznost je i dalje visoka kada je količina velika.
Korištenjem akrilnih zgušnjivača (kao što je ASE60), iako statička viskoznost brzo raste kada je količina velika, viskoznost se brzo smanjuje pri većoj brzini smicanja.
3. Asocijativni zgušnjivač
(1) mehanizam zgušnjavanja
Zgušnjivači na bazi celuloznog etera i akrila koji bubre u lužinama mogu zgusnuti samo vodenu fazu, ali nemaju učinak zgušnjavanja na druge komponente u boji na bazi vode, niti mogu uzrokovati značajnu interakciju između pigmenata u boji i čestica emulzije, pa se reologija boje ne može podesiti.
Asocijativni zgušnjivači karakterizirani su time što se, osim zgušnjavanjem hidratacijom, zgušnjavaju i međusobnom asocijacijom, asocijacijom s dispergiranim česticama i s drugim komponentama u sustavu. Ova asocijacija se disocira pri visokim brzinama smicanja i ponovno asocijacijom pri niskim brzinama smicanja, što omogućuje podešavanje reologije premaza.
Mehanizam zgušnjavanja asocijativnog zgušnjivača je taj što je njegova molekula linearni hidrofilni lanac, polimerni spoj s lipofilnim skupinama na oba kraja, odnosno ima hidrofilne i hidrofobne skupine u strukturi, pa ima karakteristike molekula surfaktanata. Takve molekule zgušnjivača ne samo da mogu hidratizirati i bubriti kako bi zgusnule vodenu fazu, već i formirati micele kada koncentracija njihove vodene otopine prijeđe određenu vrijednost. Micele se mogu povezati s polimernim česticama emulzije i česticama pigmenta koje su adsorbirale disperzant kako bi formirale trodimenzionalnu mrežnu strukturu, te su međusobno povezane i isprepletene kako bi povećale viskoznost sustava.
Važnije je da su te asocijacije u stanju dinamičke ravnoteže, a te povezane micele mogu prilagoditi svoje položaje kada su izložene vanjskim silama, tako da premaz ima svojstva izravnavanja. Osim toga, budući da molekula ima nekoliko micela, ova struktura smanjuje sklonost migraciji molekula vode i time povećava viskoznost vodene faze.
(2) Uloga u premazima
Većina asocijativnih zgušnjivača su poliuretani, a njihove relativne molekularne težine su između 103-104 reda veličine, dva reda veličine manje od običnih zgušnjivača na bazi poliakrilne kiseline i celuloze s relativnim molekularnim težinama između 105-106. Zbog niske molekularne težine, efektivno povećanje volumena nakon hidratacije je manje, pa je njegova krivulja viskoznosti ravnija nego kod neasocijativnih zgušnjivača.
Zbog niske molekularne težine asocijativnog zgušnjivača, njegovo intermolekularno ispreplitanje u vodenoj fazi je ograničeno, tako da njegov učinak zgušnjavanja na vodenu fazu nije značajan. U području niske brzine smicanja, pretvorba asocijacije između molekula je veća od uništavanja asocijacije između molekula, cijeli sustav održava inherentno stanje suspenzije i disperzije, a viskoznost je bliska viskoznosti disperzijskog medija (vode). Stoga, asocijativni zgušnjivač čini da sustav boja na bazi vode pokazuje nižu prividnu viskoznost kada se nalazi u području niske brzine smicanja.
Asocijativni zgušnjivači povećavaju potencijalnu energiju između molekula zbog povezanosti između čestica u disperznoj fazi. Na taj način, potrebna je veća energija za prekid povezanosti između molekula pri visokim brzinama smicanja, a sila smicanja potrebna za postizanje istog naprezanja smicanja također je veća, tako da sustav pokazuje veću brzinu smicanja pri visokim brzinama smicanja. Prividna viskoznost. Veća viskoznost pri visokom smicanju i niža viskoznost pri niskom smicanju mogu nadoknaditi nedostatak uobičajenih zgušnjivača u reološkim svojstvima boje, odnosno dva zgušnjivača mogu se koristiti u kombinaciji za podešavanje fluidnosti lateks boje. Varijabilne performanse, kako bi se zadovoljili sveobuhvatni zahtjevi premazivanja u debeli film i tečenja filma premaza.
Vrijeme objave: 28. travnja 2024.