הדרכה התמציתית ביותר של טכנולוגיית עיבוי צבע על בסיס מים

1. הגדרה ותפקוד של מעבה

תוספים שיכולים להגביר משמעותית את הצמיגות של צבעים על בסיס מים נקראים מעבים.

לעבים תפקיד חשוב בייצור, אחסון ובנייה של ציפויים.

תפקידו העיקרי של המעבה הוא להגביר את הצמיגות של הציפוי כדי לעמוד בדרישות של שלבי שימוש שונים. עם זאת, הצמיגות הנדרשת על ידי הציפוי בשלבים שונים שונה. לְמָשָׁל:

במהלך תהליך האחסון רצוי שתהיה צמיגות גבוהה כדי למנוע מהפיגמנט לשקוע;

במהלך תהליך הבנייה רצוי שתהיה צמיגות מתונה כדי להבטיח לצבע יכולת הברשה טובה ללא כתמי צבע מוגזמים;

לאחר הבנייה, יש לקוות שהצמיגות תוכל לחזור במהירות לצמיגות גבוהה לאחר פיגור זמן קצר (תהליך פילוס) כדי למנוע צניחה.

הנזילות של ציפויים הנישאים במים אינה ניוטונית.

כאשר צמיגות הצבע יורדת עם עליית כוח הגזירה, זה נקרא נוזל פסאודופלסטי, ורוב הצבע הוא נוזל פסאודופלסטי.

כאשר התנהגות הזרימה של נוזל פסאודופלסטי קשורה להיסטוריה שלו, כלומר, היא תלויה בזמן, היא נקראת נוזל תיקסוטרופי.

בעת ייצור ציפויים, לעתים קרובות אנו מנסים באופן מודע להפוך את הציפויים ל-tixotropic, כגון הוספת תוספים.

כאשר הטיקסוטרופיה של הציפוי מתאימה, היא יכולה לפתור את הסתירות של שלבי הציפוי השונים, ולענות על הצרכים הטכניים של הצמיגות השונה של הציפוי בשלבי האחסון, פילוס הבנייה והייבוש.

חלק מהמעבים יכולים להעניק לצבע טיקסוטרופיה גבוהה, כך שתהיה לו צמיגות גבוהה יותר במנוחה או בקצב גזירה נמוך (כגון אחסון או הובלה), כדי למנוע שקיעת הפיגמנט שבצבע. ותחת קצב גזירה גבוה (כגון תהליך ציפוי), יש לו צמיגות נמוכה, כך שלציפוי יש זרימה ופילוס מספקים.

Thixotropy מיוצג על ידי אינדקס Thixotropic TI ונמדד על ידי Brookfield viscometer.

TI=צמיגות (נמדדת ב-6 ר'/דקה)/צמיגות (נמדדת ב-60\ר\דקה)

2. סוגי מעבים והשפעותיהם על תכונות הציפוי

(1) סוגים במונחים של הרכב כימי, מעבים מחולקים לשתי קטגוריות: אורגנית ואנאורגנית.

סוגים אנאורגניים כוללים בנטוניט, אטפולגיט, אלומיניום מגנזיום סיליקט, ליתיום מגנזיום סיליקט וכו', סוגים אורגניים כגון מתיל תאית, תאית הידרוקסיאתיל, פוליאקרילט, פולימתקרילט, חומצה אקרילית או מתיל אקריליק הומפולימר או קופולימר ופוליאוריתן וכו'.

מנקודת המבט של ההשפעה על התכונות הריאולוגיות של ציפויים, המעבים מחולקים לעבים תיקסטרופיים ולמעבים אסוציאטיביים. מבחינת דרישות הביצועים, כמות המעבה צריכה להיות פחותה ואפקט העיבוי טוב; לא קל להישחק על ידי אנזימים; כאשר הטמפרטורה או ערך ה-pH של המערכת משתנה, צמיגות הציפוי לא תופחת משמעותית, והפיגמנט וחומר המילוי לא יקפזו. ; יציבות אחסון טובה; אחזקת מים טובה, ללא תופעת קצף ברורה וללא השפעות שליליות על ביצועי סרט הציפוי.

①מעבה תאית

מעבי התאית המשמשים בציפויים הם בעיקר מתיל-צלולוזה, הידרוקסיאתיל-צלולוזה והידרוקסי-פרופיל-מתיל-צלולוזה, ובשני האחרונים נעשה שימוש נפוץ יותר.

תאית הידרוקסיאתיל היא מוצר המתקבל על ידי החלפת קבוצות ההידרוקסיל על יחידות הגלוקוז של תאית טבעית בקבוצות הידרוקסיאתיל. מפרטים ודגמים של המוצרים מובחנים בעיקר לפי מידת ההחלפה והצמיגות.

הזנים של תאית הידרוקסיאתיל מחולקים גם לסוג פירוק רגיל, סוג פיזור מהיר וסוג יציבות ביולוגית. בכל הנוגע לשיטת השימוש, ניתן להוסיף תאית הידרוקסיאתיל בשלבים שונים בתהליך ייצור הציפוי. מהסוג המתפזר במהירות ניתן להוסיף ישירות בצורה של אבקה יבשה. עם זאת, ערך ה-pH של המערכת לפני ההוספה צריך להיות פחות מ-7, בעיקר בגלל שהידרוקסיאתיל תאית מתמוססת לאט בערך pH נמוך, ויש מספיק זמן לחדירת מים לתוך החלק הפנימי של החלקיקים, ואז ערך ה-pH גדל כדי לגרום לו להתמוסס במהירות. ניתן להשתמש בשלבים מקבילים גם להכנת ריכוז מסוים של תמיסת דבק ולהוסיף אותה למערכת הציפוי.

מתיל צלולוז הידרוקסיפרופילהוא מוצר המתקבל על ידי החלפת קבוצת ההידרוקסיל על יחידת הגלוקוז של תאית טבעית בקבוצת מתוקסי, בעוד החלק השני מוחלף בקבוצת הידרוקסיפרופיל. אפקט העיבוי שלו זהה בעצם לזה של תאית הידרוקסיאתיל. והוא עמיד בפני פירוק אנזימטי, אבל מסיסותו במים אינה טובה כמו של תאית הידרוקסיאתיל, ויש לו את החיסרון של ג'ל בחימום. עבור מתיל-צלולוזה הידרוקסיפרופיל שעבר טיפול פני השטח, ניתן להוסיף אותו ישירות למים בעת השימוש. לאחר ערבוב ופיזור, מוסיפים חומרים אלקליים כגון מי אמוניה כדי להתאים את ערך ה-pH ל-8-9, ומערבבים עד להמסה מלאה. עבור הידרוקסיפרופיל מתיל צלולוז ללא טיפול פני השטח, ניתן להשרות ולהתפח במים חמים מעל 85 מעלות צלזיוס לפני השימוש, ולאחר מכן לקרר לטמפרטורת החדר, ולאחר מכן לערבב עם מים קרים או מי קרח כדי להמיס אותו במלואו.

②מעבה אי-אורגני

סוג זה של מעבה הוא בעיקר חלק ממוצרי חימר פעילים, כגון בנטוניט, חימר מגנזיום אלומיניום סיליקט וכו'. הוא מאופיין בכך שבנוסף לאפקט העיבוי, יש לו גם אפקט השעיה טוב, יכול למנוע שקיעה, ולא ישפיע על עמידות הציפוי למים. לאחר ייבוש הציפוי ויצירת סרט הוא משמש כחומר מילוי בסרט הציפוי וכו'. הגורם הלא חיובי הוא שהוא ישפיע משמעותית על פילוס הציפוי.

③ מעבה פולימר סינטטי

מעבים פולימרים סינתטיים משמשים בעיקר באקריליק ופוליאוריתן (מעבים אסוציאטיביים). מעבים אקריליים הם בעיקר פולימרים אקריליים המכילים קבוצות קרבוקסיל. במים עם ערך pH של 8-10, קבוצת הקרבוקסיל מתנתקת ומתנפחת; כאשר ערך ה-pH גדול מ-10, הוא מתמוסס במים ומאבד את אפקט העיבוי, ולכן אפקט העיבוי רגיש מאוד לערך ה-pH.

מנגנון העיבוי של מעבה האקרילט הוא שחלקיקיו יכולים להיספג על פני חלקיקי הלטקס בצבע, וליצור שכבת ציפוי לאחר התפחה אלקלית, מה שמגדיל את נפח חלקיקי הלטקס, מעכב את התנועה הבראונית של החלקיקים ומגביר את הצמיגות של מערכת הצבע. ; שנית, הנפיחות של המעבה מגבירה את הצמיגות של שלב המים.

(2) השפעת המעבה על תכונות הציפוי

ההשפעה של סוג המעבה על התכונות הריאולוגיות של הציפוי היא כדלקמן:

כאשר כמות המעבה עולה, הצמיגות הסטטית של הצבע עולה באופן משמעותי, ומגמת שינוי הצמיגות עקבית בעצם כאשר הוא נתון לכוח גזירה חיצוני.

עם השפעת המעבה, הצמיגות של הצבע יורדת במהירות כאשר הוא נתון לכוח גזירה, מה שמראה פסאודו-פלסטיות.

שימוש במעבה תאית שעבר שינוי הידרופובי (כגון EBS451FQ), בקצבי גזירה גבוהים, הצמיגות עדיין גבוהה כאשר הכמות גדולה.

באמצעות מעבי פוליאוריטן אסוציאטיביים (כגון WT105A), בקצבי גזירה גבוהים, הצמיגות עדיין גבוהה כאשר הכמות גדולה.

באמצעות מעבים אקריליים (כגון ASE60), למרות שהצמיגות הסטטית עולה במהירות כאשר הכמות גדולה, הצמיגות יורדת במהירות בקצב גזירה גבוה יותר.

3. מעבה אסוציאטיבי

(1) מנגנון עיבוי

עבי תאית ומעבים אקריליים המתנפחים אלקלי יכולים רק לעבות את שלב המים, אך אין להם השפעה מעבה על רכיבים אחרים בצבע על בסיס מים, ואינם יכולים לגרום לאינטראקציה משמעותית בין הפיגמנטים בצבע לבין חלקיקי האמולסיה, ולכן לא ניתן להתאים את הראוולוגיה של הצבע.

מעבים אסוציאטיביים מאופיינים בכך שבנוסף לעיבוי באמצעות הידרציה, הם מתעבים גם באמצעות אסוציאציות בינם לבין עצמם, עם חלקיקים מפוזרים ועם רכיבים נוספים במערכת. אסוציאציה זו מתנתקת בשיעורי גזירה גבוהים ומתחברת מחדש בשיעורי גזירה נמוכים, מה שמאפשר להתאים את הראוולוגיה של הציפוי.

מנגנון העיבוי של המעבה האסוציאטיבי הוא שהמולקולה שלו היא שרשרת הידרופלית ליניארית, תרכובת פולימרית עם קבוצות ליפופיליות בשני הקצוות, כלומר יש לה קבוצות הידרופיליות והידרופוביות במבנה, ולכן יש לה מאפיינים של מולקולות פעילי שטח. טֶבַע. מולקולות מעבות כאלה יכולות לא רק להרטיב ולהתנפח כדי לעבות את שלב המים, אלא גם ליצור מיצלות כאשר ריכוז התמיסה המימית שלה עולה על ערך מסוים. המיצללים יכולים להתחבר לחלקיקי הפולימר של האמולסיה ולחלקיקי הפיגמנט שספחו את המפיץ ליצירת מבנה רשת תלת מימדי, והם מחוברים ומסתבכים כדי להגביר את צמיגות המערכת.

מה שחשוב יותר הוא שהאסוציאציות הללו נמצאות במצב של איזון דינמי, ואותן מיצלות הקשורות יכולות להתאים את מיקומן כשהן נתונות לכוחות חיצוניים, כך שלציפוי יש תכונות פילוס. בנוסף, מכיוון שלמולקולה יש מספר מיצלות, מבנה זה מפחית את נטייתן של מולקולות המים לנדוד ובכך מגביר את צמיגות הפאזה המימית.

(2) התפקיד בציפויים

רוב המעבים האסוציאטיביים הם פוליאוריטן, והמשקל המולקולרי היחסי שלהם הוא בין 103-104 סדרי גודל, שני סדרי גודל נמוכים מחומצה פוליאקרילית רגילה ומעבי תאית עם משקלים מולקולריים יחסיים בין 105-106. בשל המשקל המולקולרי הנמוך, עליית הנפח האפקטיבית לאחר הידרציה קטנה יותר, ולכן עקומת הצמיגות שלו שטוחה יותר מזו של מעבים לא אסוציאטיביים.

בשל המשקל המולקולרי הנמוך של המעבה האסוציאטיבי, ההסתבכות הבין-מולקולרית שלו בשלב המים מוגבלת, ולכן השפעתו המעבה על פאז המים אינה משמעותית. בטווח קצב הגזירה הנמוך, המרת האסוציאציות בין מולקולות היא יותר מהרס האסוציאציות בין מולקולות, המערכת כולה שומרת על מצב השעיה ופיזור אינהרנטי, והצמיגות קרובה לצמיגות מצע הפיזור (מים). לכן, המעבה האסוציאטיבי גורם למערכת הצבע על בסיס מים להציג צמיגות נראית נמוכה יותר כאשר היא נמצאת באזור קצב הגזירה הנמוך.

מעבים אסוציאטיביים מגדילים את האנרגיה הפוטנציאלית בין מולקולות עקב הקשר בין חלקיקים בשלב המפוזר. בדרך זו, נדרשת יותר אנרגיה כדי לשבור את הקשר בין מולקולות בקצבי גזירה גבוהים, וכוח הגזירה הנדרש להשגת אותו מתח גזירה גדול אף הוא, כך שהמערכת מציגה קצב גזירה גבוה יותר בקצבי גזירה גבוהים. צמיגות לכאורה. צמיגות גזירה גבוהה יותר וצמיגות גזירה נמוכה יותר יכולה רק לפצות על היעדר מעבים נפוצים בתכונות הריאולוגיות של הצבע, כלומר ניתן להשתמש בשני המעבים בשילוב כדי להתאים את נזילות צבע הלטקס. ביצועים משתנים, כדי לעמוד בדרישות המקיפות של ציפוי לסרט עבה ולזרימת סרט ציפוי.