1. Definisi dan fungsi pengental
Zat tambahan yang dapat meningkatkan viskositas cat berbahan dasar air secara signifikan disebut pengental.
Bahan pengental memainkan peran penting dalam produksi, penyimpanan, dan pembuatan lapisan pelapis.
Fungsi utama pengental adalah untuk meningkatkan viskositas lapisan agar memenuhi persyaratan berbagai tahapan penggunaan. Namun, viskositas yang dibutuhkan oleh lapisan pada berbagai tahapan berbeda-beda. Contoh:
Selama proses penyimpanan, sebaiknya memiliki viskositas tinggi untuk mencegah pigmen mengendap;
Selama proses konstruksi, sebaiknya cat memiliki viskositas sedang untuk memastikan cat mudah diaplikasikan dengan kuas tanpa meninggalkan noda cat yang berlebihan;
Setelah konstruksi, diharapkan viskositas dapat dengan cepat kembali ke viskositas tinggi setelah jeda waktu singkat (proses perataan) untuk mencegah pengendapan.
Fluiditas lapisan berbasis air bersifat non-Newtonian.
Ketika viskositas cat menurun seiring dengan peningkatan gaya geser, maka disebut cairan pseudoplastik, dan sebagian besar cat adalah cairan pseudoplastik.
Ketika perilaku aliran fluida pseudoplastik berkaitan dengan sejarahnya, yaitu bergantung pada waktu, maka fluida tersebut disebut fluida tiksotropik.
Saat memproduksi pelapis, kita sering kali secara sadar mencoba membuat pelapis tersebut bersifat tiksotropik, misalnya dengan menambahkan aditif.
Jika thixotropy lapisan pelapis sesuai, hal itu dapat mengatasi kontradiksi pada berbagai tahapan pelapisan, dan memenuhi kebutuhan teknis viskositas lapisan pelapis yang berbeda pada tahap penyimpanan, perataan konstruksi, dan pengeringan.
Beberapa pengental dapat memberikan cat sifat thixotropy yang tinggi, sehingga memiliki viskositas yang lebih tinggi saat diam atau pada laju geser rendah (seperti penyimpanan atau pengangkutan), untuk mencegah pigmen dalam cat mengendap. Dan pada laju geser tinggi (seperti proses pelapisan), ia memiliki viskositas rendah, sehingga lapisan memiliki aliran dan perataan yang cukup.
Tixotropi diwakili oleh indeks thixotropik TI dan diukur dengan viskometer Brookfield.
TI = viskositas (diukur pada 6r/min) / viskositas (diukur pada 60r/min)
2. Jenis-jenis pengental dan pengaruhnya terhadap sifat-sifat pelapis
(1) Jenis-jenis Berdasarkan komposisi kimianya, pengental dibagi menjadi dua kategori: organik dan anorganik.
Jenis anorganik meliputi bentonit, attapulgit, aluminium magnesium silikat, litium magnesium silikat, dll., sedangkan jenis organik seperti metil selulosa, hidroksietil selulosa, poliakrilat, polimetakrilat, asam akrilik atau homopolimer atau kopolimer metil akrilik dan poliuretan, dll.
Dari perspektif pengaruhnya terhadap sifat reologi lapisan, pengental dibagi menjadi pengental tiksotropik dan pengental asosiatif. Dari segi persyaratan kinerja, jumlah pengental harus sedikit dan efek pengentalannya baik; tidak mudah terkikis oleh enzim; ketika suhu atau nilai pH sistem berubah, viskositas lapisan tidak akan berkurang secara signifikan, dan pigmen serta pengisi tidak akan mengalami flokulasi; stabilitas penyimpanan yang baik; retensi air yang baik, tidak ada fenomena pembuihan yang jelas dan tidak ada efek buruk pada kinerja lapisan film.
① Pengental selulosa
Bahan pengental selulosa yang digunakan dalam pelapis terutama adalah metilselulosa, hidroksietilselulosa, dan hidroksipropilmetilselulosa, dan dua yang terakhir lebih umum digunakan.
Hidroksietil selulosa adalah produk yang diperoleh dengan mengganti gugus hidroksil pada unit glukosa selulosa alami dengan gugus hidroksietil. Spesifikasi dan model produk terutama dibedakan berdasarkan tingkat substitusi dan viskositasnya.
Jenis hidroksietil selulosa juga dibagi menjadi tipe pelarutan normal, tipe dispersi cepat, dan tipe stabilitas biologis. Mengenai metode penggunaannya, hidroksietil selulosa dapat ditambahkan pada berbagai tahap dalam proses produksi pelapis. Tipe dispersi cepat dapat ditambahkan langsung dalam bentuk bubuk kering. Namun, nilai pH sistem sebelum penambahan harus kurang dari 7, terutama karena hidroksietil selulosa larut lambat pada nilai pH rendah, dan ada cukup waktu bagi air untuk meresap ke dalam partikel, kemudian nilai pH dinaikkan agar larut dengan cepat. Langkah-langkah yang sesuai juga dapat digunakan untuk menyiapkan larutan lem dengan konsentrasi tertentu dan menambahkannya ke sistem pelapis.
Hidroksipropil metilselulosaMetilselulosa hidroksipropil adalah produk yang diperoleh dengan mengganti gugus hidroksil pada unit glukosa selulosa alami dengan gugus metoksi, sementara bagian lainnya diganti dengan gugus hidroksipropil. Efek pengentalannya pada dasarnya sama dengan hidroksietil selulosa. Ia tahan terhadap degradasi enzimatik, tetapi kelarutan dalam airnya tidak sebaik hidroksietil selulosa, dan memiliki kelemahan berupa pembentukan gel saat dipanaskan. Untuk metilselulosa hidroksipropil yang telah diolah permukaannya, dapat langsung ditambahkan ke air saat digunakan. Setelah diaduk dan didispersikan, tambahkan zat alkali seperti larutan amonia untuk menyesuaikan nilai pH menjadi 8-9, dan aduk hingga larut sempurna. Untuk metilselulosa hidroksipropil tanpa pengolahan permukaan, dapat direndam dan dibiarkan mengembang dengan air panas di atas 85°C sebelum digunakan, kemudian didinginkan hingga suhu ruang, lalu diaduk dengan air dingin atau air es hingga larut sempurna.
② Pengental anorganik
Jenis pengental ini terutama terdiri dari 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 pengendapan, dan tidak akan memengaruhi ketahanan air lapisan. Setelah lapisan mengering dan membentuk film, ia bertindak sebagai pengisi dalam film lapisan, dll. Faktor yang kurang menguntungkan adalah akan sangat 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 mengembang; ketika nilai pH lebih besar dari 10, ia larut dalam air dan kehilangan efek pengentalannya, sehingga efek pengentalan sangat sensitif terhadap nilai pH.
Mekanisme pengentalan pengental akrilat adalah partikelnya dapat terserap 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:
Ketika jumlah pengental meningkat, viskositas statis cat meningkat secara signifikan, dan tren perubahan viskositas pada dasarnya konsisten ketika dikenai gaya geser eksternal.
Dengan adanya pengental, viskositas cat menurun dengan cepat ketika dikenai gaya geser, menunjukkan sifat pseudoplastisitas.
Dengan menggunakan pengental selulosa yang dimodifikasi secara hidrofobik (seperti EBS451FQ), pada laju geser tinggi, viskositas tetap tinggi meskipun jumlahnya besar.
Dengan menggunakan pengental poliuretan asosiatif (seperti WT105A), pada laju geser tinggi, viskositas tetap tinggi meskipun jumlahnya besar.
Dengan menggunakan pengental akrilik (seperti ASE60), meskipun viskositas statis meningkat dengan cepat ketika jumlahnya besar, viskositas menurun dengan cepat pada laju geser yang lebih tinggi.
3. Pengental asosiatif
(1) mekanisme pengentalan
Pengental selulosa eter dan akrilik yang dapat mengembang karena alkali hanya dapat mengentalkan fase air, tetapi tidak memiliki efek pengentalan pada komponen lain dalam cat berbasis air, dan juga tidak dapat menyebabkan interaksi yang signifikan antara pigmen dalam cat dan partikel emulsi, sehingga reologi cat tidak dapat disesuaikan.
Pengental asosiatif dicirikan oleh sifatnya yang selain mengental melalui hidrasi, juga mengental melalui asosiasi antar sesama pengental, dengan partikel terdispersi, dan dengan komponen lain dalam sistem. Asosiasi ini terdisosiasi pada laju geser tinggi dan berasosiasi kembali pada laju geser rendah, sehingga memungkinkan penyesuaian reologi lapisan.
Mekanisme pengentalan pengental asosiatif adalah molekulnya berupa rantai hidrofilik linier, senyawa polimer dengan gugus lipofilik di kedua ujungnya, artinya memiliki gugus hidrofilik dan hidrofobik dalam strukturnya, sehingga memiliki karakteristik molekul surfaktan. Molekul pengental tersebut tidak hanya dapat menghidrasi dan mengembang untuk mengentalkan fase air, tetapi juga membentuk misel ketika konsentrasi larutan airnya 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 terhubung serta terjalin untuk meningkatkan viskositas sistem.
Yang lebih penting adalah bahwa asosiasi ini berada dalam keadaan keseimbangan dinamis, dan misel-misel yang berasosiasi tersebut dapat menyesuaikan posisinya ketika dikenai gaya eksternal, sehingga lapisan tersebut memiliki sifat perataan. Selain itu, karena molekul tersebut memiliki beberapa misel, struktur ini mengurangi kecenderungan molekul air untuk bermigrasi dan dengan demikian meningkatkan viskositas fase air.
(2) Peran dalam pelapis
Sebagian besar pengental asosiatif adalah poliuretan, dan berat molekul relatifnya berada 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 molekul yang rendah, peningkatan volume efektif setelah hidrasi lebih kecil, sehingga kurva viskositasnya lebih datar daripada pengental non-asosiatif.
Karena berat molekul pengental asosiatif yang rendah, keterikatan antarmolekulnya dalam fase air terbatas, sehingga efek pengentalannya pada fase air tidak signifikan. Pada rentang laju geser rendah, konversi asosiasi antar molekul lebih besar daripada destruksi asosiasi antar molekul, seluruh sistem mempertahankan keadaan suspensi dan dispersi yang melekat, dan viskositasnya mendekati viskositas medium dispersi (air). Oleh karena itu, pengental asosiatif membuat sistem cat berbasis air menunjukkan viskositas semu yang lebih rendah ketika berada di wilayah laju geser rendah.
Pengental asosiatif meningkatkan energi potensial antar molekul karena asosiasi antar partikel dalam fase terdispersi. Dengan cara ini, lebih banyak energi dibutuhkan untuk memutus asosiasi antar molekul pada laju geser tinggi, dan gaya geser yang dibutuhkan untuk mencapai regangan geser yang sama juga lebih besar, sehingga sistem menunjukkan viskositas semu yang lebih tinggi pada laju geser tinggi. Viskositas geser tinggi yang lebih tinggi dan viskositas geser rendah yang lebih rendah dapat menutupi kekurangan pengental biasa dalam sifat reologi cat, yaitu, kedua pengental dapat digunakan secara kombinasi untuk menyesuaikan fluiditas cat lateks. Kinerja variabel, untuk memenuhi persyaratan komprehensif pelapisan menjadi lapisan tebal dan aliran lapisan pelapis.
Waktu posting: 28 April 2024