1. Definizione e funzione dell'addensante
Gli additivi che possono aumentare significativamente la viscosità delle vernici a base d'acqua sono chiamati addensanti.
Gli addensanti svolgono un ruolo importante nella produzione, nello stoccaggio e nella realizzazione dei rivestimenti.
La funzione principale dell'addensante è quella di aumentare la viscosità del rivestimento per soddisfare i requisiti delle diverse fasi di utilizzo. Tuttavia, la viscosità richiesta dal rivestimento nelle diverse fasi è diversa. Ad esempio:
Durante il processo di stoccaggio, è auspicabile che la viscosità sia elevata per evitare che il pigmento si depositi;
Durante il processo di costruzione, è preferibile avere una viscosità moderata per garantire che la vernice abbia una buona pennellabilità senza eccessive macchie di vernice;
Dopo la costruzione, si spera che la viscosità possa tornare rapidamente a un livello elevato dopo un breve intervallo di tempo (processo di livellamento) per evitare cedimenti.
La fluidità dei rivestimenti a base d'acqua non è newtoniana.
Quando la viscosità della vernice diminuisce con l'aumento della forza di taglio, si parla di fluido pseudoplastico; la maggior parte delle vernici è un fluido pseudoplastico.
Quando il comportamento del flusso di un fluido pseudoplastico è correlato alla sua storia, cioè dipende dal tempo, si parla di fluido tissotropico.
Durante la produzione dei rivestimenti, spesso cerchiamo deliberatamente di renderli tissotropici, ad esempio aggiungendo additivi.
Quando la tissotropia del rivestimento è appropriata, è possibile risolvere le contraddizioni delle varie fasi del rivestimento e soddisfare le esigenze tecniche della diversa viscosità del rivestimento nelle fasi di stoccaggio, livellamento della costruzione e essiccazione.
Alcuni addensanti possono conferire alla vernice un'elevata tissotropia, in modo che abbia una maggiore viscosità a riposo o a bassa velocità di taglio (come durante lo stoccaggio o il trasporto), impedendo al pigmento di depositarsi. In condizioni di elevata velocità di taglio (come durante il processo di rivestimento), la vernice presenta una bassa viscosità, garantendo al rivestimento una fluidità e un livellamento adeguati.
La tissotropia è rappresentata dall'indice tissotropico TI e misurata dal viscosimetro Brookfield.
TI=viscosità (misurata a 6 giri/min)/viscosità (misurata a 60 giri/min)
2. Tipi di addensanti e loro effetti sulle proprietà del rivestimento
(1) Tipi In termini di composizione chimica, gli addensanti si dividono in due categorie: organici e inorganici.
I tipi inorganici includono bentonite, attapulgite, silicato di alluminio e magnesio, silicato di litio e magnesio, ecc., i tipi organici come metilcellulosa, idrossietilcellulosa, poliacrilato, polimetacrilato, acido acrilico o metilacrilico omopolimero o copolimero e poliuretano ecc.
Dal punto di vista dell'influenza sulle proprietà reologiche dei rivestimenti, gli addensanti si dividono in addensanti tissotropici e addensanti associativi. In termini di requisiti prestazionali, la quantità di addensante dovrebbe essere ridotta e l'effetto addensante dovrebbe essere buono; non è facilmente eroso dagli enzimi; quando la temperatura o il valore del pH del sistema cambiano, la viscosità del rivestimento non si riduce significativamente e il pigmento e il riempitivo non vengono flocculate. ; Buona stabilità allo stoccaggio; buona ritenzione idrica, nessun fenomeno di schiuma evidente e nessun effetto negativo sulle prestazioni del film di rivestimento.
①Addensante di cellulosa
Gli addensanti cellulosici utilizzati nei rivestimenti sono principalmente metilcellulosa, idrossietilcellulosa e idrossipropilmetilcellulosa; gli ultimi due sono quelli più comunemente utilizzati.
L'idrossietilcellulosa è un prodotto ottenuto sostituendo i gruppi ossidrilici presenti sulle unità di glucosio della cellulosa naturale con gruppi idrossietilici. Le specifiche e i modelli dei prodotti si distinguono principalmente in base al grado di sostituzione e alla viscosità.
Le varietà di idrossietilcellulosa si dividono anche in tipo a dissoluzione normale, tipo a dispersione rapida e tipo a stabilità biologica. Per quanto riguarda il metodo d'uso, l'idrossietilcellulosa può essere aggiunta in diverse fasi del processo di produzione del rivestimento. Il tipo a dispersione rapida può essere aggiunto direttamente sotto forma di polvere secca. Tuttavia, il pH del sistema prima dell'aggiunta dovrebbe essere inferiore a 7, principalmente perché l'idrossietilcellulosa si dissolve lentamente a bassi valori di pH e c'è tempo sufficiente affinché l'acqua infiltrasse all'interno delle particelle, quindi il pH viene aumentato per favorirne la rapida dissoluzione. È anche possibile utilizzare fasi corrispondenti per preparare una determinata concentrazione di soluzione di colla e aggiungerla al sistema di rivestimento.
IdrossipropilmetilcellulosaÈ un prodotto ottenuto sostituendo il gruppo ossidrilico sull'unità di glucosio della cellulosa naturale con un gruppo metossilico, mentre la parte restante è sostituita da un gruppo idrossipropilico. Il suo effetto addensante è sostanzialmente lo stesso dell'idrossietilcellulosa. È resistente alla degradazione enzimatica, ma la sua solubilità in acqua non è buona come quella dell'idrossietilcellulosa e presenta lo svantaggio di gelificare con il calore. L'idrossipropilmetilcellulosa trattata in superficie può essere aggiunta direttamente all'acqua al momento dell'uso. Dopo l'agitazione e la dispersione, aggiungere sostanze alcaline come acqua di ammoniaca per regolare il pH a 8-9 e mescolare fino a completa dissoluzione. L'idrossipropilmetilcellulosa senza trattamento superficiale può essere immersa e gonfiata con acqua calda a una temperatura superiore a 85 °C prima dell'uso, quindi raffreddata a temperatura ambiente e infine mescolata con acqua fredda o acqua ghiacciata per scioglierla completamente.
②Addensante inorganico
Questo tipo di addensante è costituito principalmente da alcuni prodotti a base di argilla attivata, come bentonite, argilla silicata di magnesio e alluminio, ecc. È caratterizzato dal fatto che, oltre all'effetto addensante, ha anche un buon effetto di sospensione, può impedire l'affondamento e non influisce sull'impermeabilità del rivestimento. Dopo che il rivestimento si è asciugato e formato in una pellicola, agisce come riempitivo nella pellicola di rivestimento, ecc. L'aspetto negativo è che influisce significativamente sul livellamento del rivestimento.
3. Addensante polimerico sintetico
Gli addensanti polimerici sintetici sono utilizzati principalmente in acrilico e poliuretano (addensanti associativi). Gli addensanti acrilici sono principalmente polimeri acrilici contenenti gruppi carbossilici. In acqua con un pH compreso tra 8 e 10, il gruppo carbossilico si dissocia e si gonfia; a pH superiori a 10, si dissolve in acqua e perde l'effetto addensante, quindi l'effetto addensante è molto sensibile al pH.
Il meccanismo di addensamento dell'addensante acrilico è dovuto al fatto che le sue particelle possono essere adsorbite sulla superficie delle particelle di lattice nella vernice e formare uno strato di rivestimento dopo il rigonfiamento alcalino, che aumenta il volume delle particelle di lattice, ostacola il moto browniano delle particelle e aumenta la viscosità del sistema di vernice. ; In secondo luogo, il rigonfiamento dell'addensante aumenta la viscosità della fase acquosa.
(2) Influenza dell'addensante sulle proprietà del rivestimento
L'effetto del tipo di addensante sulle proprietà reologiche del rivestimento è il seguente:
Quando la quantità di addensante aumenta, la viscosità statica della vernice aumenta in modo significativo e la tendenza alla variazione della viscosità è sostanzialmente costante quando sottoposta a una forza di taglio esterna.
Con l'effetto dell'addensante, la viscosità della vernice diminuisce rapidamente quando è sottoposta a forza di taglio, mostrando pseudoplasticità.
Utilizzando un addensante in cellulosa modificato idrofobicamente (come EBS451FQ), ad alte velocità di taglio, la viscosità rimane elevata anche quando la quantità è elevata.
Utilizzando addensanti poliuretanici associativi (come WT105A), ad alte velocità di taglio, la viscosità rimane elevata anche se la quantità è elevata.
Utilizzando addensanti acrilici (come ASE60), sebbene la viscosità statica aumenti rapidamente quando la quantità è elevata, la viscosità diminuisce rapidamente quando la velocità di taglio è più elevata.
3. Addensante associativo
(1) meccanismo di ispessimento
L'etere di cellulosa e gli addensanti acrilici rigonfiabili con alcali possono solo addensare la fase acquosa, ma non hanno effetto addensante sugli altri componenti della vernice a base d'acqua, né possono causare interazioni significative tra i pigmenti nella vernice e le particelle dell'emulsione, quindi la reologia della vernice non può essere regolata.
Gli addensanti associativi sono caratterizzati dal fatto che, oltre ad addensarsi per idratazione, si addensano anche attraverso associazioni tra loro, con particelle disperse e con altri componenti del sistema. Questa associazione si dissocia ad alte velocità di taglio e si riassocia a basse velocità di taglio, consentendo di regolare la reologia del rivestimento.
Il meccanismo di addensamento dell'addensante associativo è dato dal fatto che la sua molecola è una catena idrofila lineare, un composto polimerico con gruppi lipofilici a entrambe le estremità, ovvero presenta gruppi idrofili e idrofobi nella struttura, quindi presenta le caratteristiche delle molecole tensioattive. Tali molecole addensanti non solo possono idratarsi e rigonfiarsi per addensare la fase acquosa, ma anche formare micelle quando la concentrazione della loro soluzione acquosa supera un certo valore. Le micelle possono associarsi alle particelle polimeriche dell'emulsione e alle particelle di pigmento che hanno adsorbito il disperdente per formare una struttura reticolare tridimensionale, e sono interconnesse e aggrovigliate per aumentare la viscosità del sistema.
Ciò che è ancora più importante è che queste associazioni si trovano in uno stato di equilibrio dinamico e che le micelle associate possono modificare la loro posizione quando sottoposte a forze esterne, conferendo al rivestimento proprietà livellanti. Inoltre, poiché la molecola presenta diverse micelle, questa struttura riduce la tendenza delle molecole d'acqua a migrare, aumentando così la viscosità della fase acquosa.
(2) Il ruolo nei rivestimenti
La maggior parte degli addensanti associativi sono poliuretani, con pesi molecolari relativi compresi tra 103 e 104 ordini di grandezza, due ordini di grandezza inferiori rispetto ai normali addensanti a base di acido poliacrilico e cellulosa, con pesi molecolari relativi compresi tra 105 e 106. A causa del basso peso molecolare, l'aumento di volume effettivo dopo l'idratazione è inferiore, quindi la curva di viscosità è più piatta rispetto a quella degli addensanti non associativi.
A causa del basso peso molecolare dell'addensante associativo, il suo aggrovigliamento intermolecolare nella fase acquosa è limitato, quindi il suo effetto addensante sulla fase acquosa non è significativo. Nell'intervallo di bassa velocità di taglio, la conversione dell'associazione tra le molecole è maggiore della distruzione dell'associazione tra le molecole, l'intero sistema mantiene uno stato intrinseco di sospensione e dispersione e la viscosità è prossima a quella del mezzo di dispersione (acqua). Pertanto, l'addensante associativo fa sì che il sistema di vernice a base d'acqua presenti una viscosità apparente inferiore quando si trova nell'intervallo di bassa velocità di taglio.
Gli addensanti associativi aumentano l'energia potenziale tra le molecole grazie all'associazione tra le particelle nella fase dispersa. In questo modo, è necessaria più energia per rompere l'associazione tra le molecole ad alte velocità di taglio, e anche la forza di taglio richiesta per ottenere la stessa deformazione di taglio è maggiore, in modo che il sistema presenti una velocità di taglio maggiore ad alte velocità di taglio. Viscosità apparente. La maggiore viscosità ad alto taglio e la minore viscosità a basso taglio possono compensare la mancanza di addensanti comuni nelle proprietà reologiche della vernice, ovvero i due addensanti possono essere utilizzati in combinazione per regolare la fluidità della vernice al lattice. Prestazioni variabili, per soddisfare i requisiti completi del rivestimento in film spesso e della fluidità del film di rivestimento.
Data di pubblicazione: 28 aprile 2024