1. Pengertian dan fungsi pengental
Aditif yang secara signifikan dapat meningkatkan viskositas cat berbahan dasar air disebut pengental.
Pengental memainkan peran penting dalam produksi, penyimpanan dan konstruksi pelapis.
Fungsi utama pengental adalah untuk meningkatkan viskositas lapisan untuk memenuhi persyaratan berbagai tahap penggunaan. Namun, viskositas yang dibutuhkan oleh lapisan pada berbagai tahap berbeda-beda. Misalnya:
Selama proses penyimpanan, diinginkan untuk memiliki viskositas tinggi untuk mencegah pigmen mengendap;
Selama proses konstruksi, diinginkan untuk memiliki viskositas sedang untuk memastikan cat memiliki daya oles yang baik tanpa noda cat yang berlebihan;
Setelah konstruksi, diharapkan viskositasnya dapat segera kembali ke viskositas tinggi setelah jeda waktu yang singkat (proses perataan) untuk mencegah kendur.
Fluiditas pelapis berbasis air bersifat non-Newtonian.
Bila viskositas cat berkurang seiring bertambahnya gaya geser, maka cat disebut fluida pseudoplastik, dan sebagian besar cat merupakan fluida pseudoplastik.
Bila perilaku aliran fluida pseudoplastik dikaitkan dengan riwayatnya, yakni bergantung pada waktu, maka ia disebut fluida tixotropik.
Saat membuat pelapis, kami sering secara sadar mencoba membuat pelapis bersifat tixotropik, seperti menambahkan aditif.
Bila tiksotropi pelapis tepat, maka dapat mengatasi kontradiksi berbagai tahapan pelapisan, dan memenuhi kebutuhan teknis viskositas pelapis yang berbeda pada tahap penyimpanan, perataan konstruksi, dan pengeringan.
Beberapa pengental dapat memberikan cat sifat tiksotropi tinggi, sehingga cat memiliki viskositas lebih tinggi saat diam atau pada laju geser rendah (seperti penyimpanan atau pengangkutan), sehingga mencegah pigmen dalam cat mengendap. Dan pada laju geser tinggi (seperti proses pelapisan), cat memiliki viskositas rendah, sehingga pelapisan memiliki aliran dan perataan yang cukup.
Tiksotropi diwakili oleh indeks tiksotropik TI dan diukur dengan viskometer Brookfield.
TI = viskositas (diukur pada 6r/menit) / viskositas (diukur pada 60r/menit)
2. Jenis pengental dan pengaruhnya terhadap sifat pelapis
(1) Jenis Berdasarkan komposisi kimianya, pengental dibagi menjadi dua kategori: organik dan anorganik.
Jenis anorganik meliputi bentonit, atapulgit, aluminium magnesium silikat, litium magnesium silikat, dan lain-lain, sedangkan jenis organik meliputi metil selulosa, hidroksi etil selulosa, poliakrilat, polimetakrilat, asam akrilik atau homopolimer atau kopolimer metil akrilik dan poliuretan, dan lain-lain.
Dari perspektif pengaruh pada sifat reologi pelapis, pengental dibagi menjadi pengental tiksotropik dan pengental asosiatif. Dalam hal persyaratan kinerja, jumlah pengental harus lebih sedikit dan efek pengentalannya bagus; tidak mudah terkikis oleh enzim; ketika suhu atau nilai pH sistem berubah, viskositas pelapis tidak akan berkurang secara signifikan, dan pigmen serta pengisi tidak akan terflokulasi. ; Stabilitas penyimpanan yang baik; retensi air yang baik, tidak ada fenomena berbusa yang jelas dan tidak ada efek buruk pada kinerja lapisan film.
①Pengental selulosa
Pengental selulosa yang digunakan dalam pelapis terutama adalah metilselulosa, hidroksi etilselulosa, dan hidroksipropilmetilselulosa, dan dua yang terakhir lebih umum digunakan.
Hidroksietil selulosa merupakan produk yang diperoleh dengan mengganti gugus hidroksil pada unit glukosa selulosa alami dengan gugus hidroksietil. Spesifikasi dan model produk terutama dibedakan menurut tingkat substitusi dan viskositas.
Varietas hidroksi etil selulosa juga dibagi menjadi tipe pelarutan normal, tipe dispersi cepat, dan tipe stabilitas biologis. Sejauh menyangkut metode penggunaan, hidroksi etil selulosa dapat ditambahkan pada berbagai tahap dalam proses produksi pelapisan. Tipe dispersi cepat dapat ditambahkan langsung dalam bentuk bubuk kering. Namun, nilai pH sistem sebelum penambahan harus kurang dari 7, terutama karena hidroksi etil selulosa larut perlahan pada nilai pH rendah, dan ada cukup waktu bagi air untuk menyusup ke bagian dalam partikel, dan kemudian nilai pH ditingkatkan untuk membuatnya larut dengan cepat. Langkah-langkah yang sesuai juga dapat digunakan untuk menyiapkan konsentrasi larutan lem tertentu dan menambahkannya ke sistem pelapisan.
Hidroksipropil metilselulosaadalah produk yang diperoleh dengan mengganti gugus hidroksil pada unit glukosa selulosa alami dengan gugus metoksi, sedangkan bagian lainnya diganti dengan gugus hidroksipropil. Efek pengentalannya pada dasarnya sama dengan hidroksi etil selulosa. Dan tahan terhadap degradasi enzimatik, tetapi kelarutan airnya tidak sebaik hidroksi etil selulosa, dan memiliki kelemahan berupa pembentukan gel saat dipanaskan. Untuk hidroksipropil metilselulosa yang diolah permukaannya, dapat langsung ditambahkan ke air saat digunakan. Setelah diaduk dan didispersikan, tambahkan zat alkali seperti air amonia untuk menyesuaikan nilai pH menjadi 8-9, dan aduk hingga larut sepenuhnya. Untuk hidroksipropil metilselulosa tanpa pengolahan permukaan, dapat direndam dan digelembungkan dengan air panas di atas 85 °C sebelum digunakan, kemudian didinginkan hingga suhu kamar, kemudian diaduk dengan air dingin atau air es untuk melarutkannya sepenuhnya.
②Pengental anorganik
Jenis pengental ini terutama berupa beberapa produk tanah liat aktif, seperti bentonit, tanah liat magnesium aluminium silikat, dll. Ciri khasnya adalah selain efek pengentalan, ia juga memiliki efek suspensi yang baik, dapat mencegah tenggelam, dan tidak akan memengaruhi ketahanan air lapisan. Setelah lapisan dikeringkan dan dibentuk menjadi film, ia bertindak sebagai pengisi dalam film pelapis, dll. Faktor yang tidak menguntungkan adalah ia akan secara signifikan memengaruhi perataan lapisan.
③ Pengental polimer sintetis
Pengental polimer sintetis sebagian besar digunakan dalam akrilik dan poliuretan (pengental asosiatif). Pengental akrilik sebagian besar adalah polimer akrilik yang mengandung gugus karboksil. Dalam air dengan nilai pH 8-10, gugus karboksil terdisosiasi dan menjadi bengkak; ketika nilai pH lebih besar dari 10, ia larut dalam air dan kehilangan efek pengentalan, sehingga efek pengentalan sangat sensitif terhadap nilai pH.
Mekanisme pengentalan pengental akrilat adalah partikelnya dapat diserap pada permukaan partikel lateks dalam cat, dan membentuk lapisan pelapis setelah pembengkakan alkali, yang meningkatkan volume partikel lateks, menghambat gerakan Brown partikel, dan meningkatkan viskositas sistem cat. ; Kedua, pembengkakan pengental meningkatkan viskositas fase air.
(2) Pengaruh pengental terhadap sifat pelapis
Pengaruh jenis pengental terhadap sifat reologi lapisan adalah sebagai berikut:
Bila jumlah pengental bertambah, viskositas statis cat meningkat secara signifikan, dan tren perubahan viskositas pada dasarnya konsisten ketika dikenakan gaya geser eksternal.
Dengan efek pengental, viskositas cat turun cepat saat terkena gaya geser, menunjukkan pseudoplastisitas.
Menggunakan pengental selulosa yang dimodifikasi secara hidrofobik (seperti EBS451FQ), pada laju geser tinggi, viskositasnya masih tinggi ketika jumlahnya besar.
Menggunakan pengental poliuretan asosiatif (seperti WT105A), pada laju geser tinggi, viskositasnya masih tinggi ketika jumlahnya besar.
Menggunakan pengental akrilik (seperti ASE60), meskipun viskositas statis meningkat cepat saat jumlahnya besar, viskositas menurun cepat pada laju geser yang lebih tinggi.
3. Pengental asosiatif
(1) mekanisme penebalan
Pengental selulosa eter dan akrilik yang dapat membengkak karena alkali hanya dapat mengentalkan fase air, tetapi tidak mempunyai efek pengentalan pada komponen lain dalam cat berbahan dasar air, juga tidak dapat menimbulkan interaksi yang signifikan antara pigmen dalam cat dan partikel emulsi, sehingga reologi cat tidak dapat diatur.
Pengental asosiatif dicirikan dengan fakta bahwa selain mengental melalui hidrasi, pengental juga mengental melalui asosiasi di antara mereka sendiri, dengan partikel yang terdispersi, dan dengan komponen lain dalam sistem. Asosiasi ini terdisosiasi pada laju geser tinggi dan tergabung kembali pada laju geser rendah, yang memungkinkan reologi lapisan disesuaikan.
Mekanisme pengentalan pengental asosiatif adalah molekulnya merupakan rantai hidrofilik linier, senyawa polimer dengan gugus lipofilik di kedua ujungnya, yaitu memiliki gugus hidrofilik dan hidrofobik dalam strukturnya, sehingga memiliki karakteristik molekul surfaktan. Molekul pengental tersebut tidak hanya dapat menghidrasi dan membengkak untuk mengentalkan fase air, tetapi juga membentuk misel ketika konsentrasi larutan berairnya melebihi nilai tertentu. Misel dapat berasosiasi dengan partikel polimer emulsi dan partikel pigmen yang telah menyerap dispersan untuk membentuk struktur jaringan tiga dimensi, dan saling berhubungan dan terjerat untuk meningkatkan viskositas sistem.
Yang lebih penting adalah bahwa asosiasi ini berada dalam keadaan keseimbangan dinamis, dan misel yang terkait dapat menyesuaikan posisinya saat terkena gaya eksternal, sehingga lapisan tersebut memiliki sifat meratakan. Selain itu, karena molekul tersebut memiliki beberapa misel, struktur ini mengurangi kecenderungan molekul air untuk bermigrasi dan dengan demikian meningkatkan viskositas fase berair.
(2) Peran dalam pelapisan
Sebagian besar pengental asosiatif adalah poliuretan, dan berat molekul relatifnya berada di antara 103-104 orde besaran, dua orde besaran lebih rendah daripada pengental asam poliakrilat dan selulosa biasa dengan berat molekul relatif antara 105-106. Karena berat molekulnya rendah, peningkatan volume efektif setelah hidrasi lebih sedikit, sehingga kurva viskositasnya lebih datar daripada pengental non-asosiatif.
Karena berat molekul rendah dari pengental asosiatif, ikatan antarmolekulnya dalam fase air terbatas, sehingga efek pengentalannya pada fase air tidak signifikan. Dalam rentang laju geser rendah, konversi asosiasi antarmolekul lebih besar daripada penghancuran asosiasi antarmolekul, seluruh sistem mempertahankan keadaan suspensi dan dispersi yang melekat, dan viskositasnya mendekati viskositas media dispersi (air). Oleh karena itu, pengental asosiatif membuat sistem cat berbasis air menunjukkan viskositas nyata yang lebih rendah saat berada di wilayah laju geser rendah.
Pengental asosiatif meningkatkan energi potensial antar molekul karena adanya asosiasi antar partikel dalam fase terdispersi. Dengan cara ini, lebih banyak energi diperlukan untuk memutus asosiasi antar molekul pada laju geser tinggi, dan gaya geser yang diperlukan untuk mencapai regangan geser yang sama juga lebih besar, sehingga sistem menunjukkan laju geser yang lebih tinggi pada laju geser tinggi. Viskositas nyata. Viskositas geser tinggi yang lebih tinggi dan viskositas geser rendah yang lebih rendah dapat menggantikan kurangnya pengental umum dalam sifat reologi cat, yaitu, kedua pengental dapat digunakan dalam kombinasi untuk menyesuaikan fluiditas cat lateks. Kinerja variabel, untuk memenuhi persyaratan komprehensif pelapisan menjadi film tebal dan aliran film pelapis.
Waktu posting: 28-Apr-2024