1. 증점제의 정의 및 기능
수성 페인트의 점도를 크게 높일 수 있는 첨가제를 증점제라고 합니다.
증점제는 코팅의 생산, 보관 및 구성에 중요한 역할을 합니다.
증점제의 주요 기능은 코팅의 점도를 높여 다양한 사용 단계의 요구 사항을 충족하는 것입니다. 그러나 코팅에 필요한 점도는 사용 단계에 따라 다릅니다. 예를 들어,
보관 과정에서 색소가 가라앉는 것을 방지하기 위해 점도를 높게 유지하는 것이 좋습니다.
시공 과정에서 페인트가 과도하게 얼룩지지 않고 솔질하기 쉬운지 확인하기 위해 적당한 점도를 유지하는 것이 좋습니다.
시공 후에는 짧은 시간 지연(평준화 공정)을 거쳐 점도가 빠르게 높은 점도로 돌아와 처짐 현상이 방지되기를 기대합니다.
수성 코팅의 유동성은 비뉴턴 유동성입니다.
전단력이 증가함에 따라 페인트의 점도가 감소하면 이를 유사소성 유체라고 하며, 페인트의 대부분은 유사소성 유체입니다.
유사소성 유체의 흐름 거동이 이력과 관련이 있을 때, 즉 시간에 따라 달라질 때, 이를 틱소트로피 유체라고 합니다.
코팅을 제조할 때 우리는 종종 첨가제를 첨가하는 등의 방법으로 코팅을 틱소트로피성으로 만들려고 의식적으로 노력합니다.
코팅의 틱소트로피성이 적절하면 코팅의 각 단계의 모순을 해결할 수 있으며, 보관, 시공 평탄화, 건조 단계에서 코팅의 점도 차이에 대한 기술적 요구를 충족시킬 수 있습니다.
일부 증점제는 페인트에 높은 틱소트로피성을 부여하여 정지 상태 또는 낮은 전단 속도(예: 보관 또는 운송)에서 높은 점도를 유지하여 페인트 내 안료가 침전되는 것을 방지합니다. 또한, 높은 전단 속도(예: 코팅 공정)에서는 낮은 점도를 유지하여 코팅이 충분한 흐름성과 평탄성을 유지하도록 합니다.
틱소트로피는 틱소트로피 지수 TI로 표시되며 브룩필드 점도계로 측정합니다.
TI=점도(6r/min에서 측정)/점도(60r/min에서 측정)
2. 증점제의 종류와 코팅 특성에 미치는 영향
(1) 종류 증점제는 화학적 조성에 따라 유기증점제와 무기증점제로 구분된다.
무기적 유형에는 벤토나이트, 아타풀자이트, 알루미늄 마그네슘 실리케이트, 리튬 마그네슘 실리케이트 등이 있고, 유기적 유형에는 메틸 셀룰로오스, 하이드록시에틸 셀룰로오스, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 아크릴산 또는 메틸 아크릴 단일중합체 또는 공중합체 및 폴리우레탄 등이 있습니다.
코팅의 유동 특성에 미치는 영향의 관점에서 증점제는 틱소트로피성 증점제와 회합성 증점제로 구분됩니다. 성능 요건 측면에서는 증점제의 사용량이 적으면서도 증점 효과가 양호해야 하며, 효소에 의해 쉽게 침식되지 않아야 합니다. 또한, 시스템의 온도나 pH 변화에도 코팅의 점도가 크게 감소하지 않고, 안료와 충전제가 응집되지 않아야 합니다. 또한, 저장 안정성이 우수하고, 보수성이 우수하며, 기포 발생이 없고, 코팅막 성능에 악영향을 미치지 않아야 합니다.
①셀룰로오스 증점제
코팅에 사용되는 셀룰로스 증점제는 주로 메틸셀룰로스, 히드록시에틸셀룰로스, 히드록시프로필메틸셀룰로스이며, 후자 두 가지가 더 일반적으로 사용됩니다.
히드록시에틸셀룰로오스는 천연 셀룰로오스의 포도당 단위에 있는 히드록시기를 히드록시에틸기로 치환하여 얻은 제품입니다. 제품의 사양과 모델은 주로 치환도와 점도에 따라 구분됩니다.
히드록시에틸셀룰로오스의 종류는 정상 용해형, 급속 분산형, 생물학적 안정성형으로 구분됩니다. 사용 방법에 있어서는, 히드록시에틸셀룰로오스는 코팅 제조 공정의 여러 단계에 첨가할 수 있습니다. 급속 분산형은 건조 분말 형태로 직접 첨가할 수 있습니다. 그러나 첨가 전 시스템의 pH 값은 7 미만이어야 합니다. 이는 히드록시에틸셀룰로오스가 낮은 pH 값에서 천천히 용해되고, 물이 입자 내부로 침투할 충분한 시간이 있기 때문입니다. 그런 다음 pH 값을 높여 빠르게 용해되도록 합니다. 해당 단계를 사용하여 특정 농도의 접착제 용액을 제조하고 코팅 시스템에 첨가할 수도 있습니다.
히드록시프로필 메틸셀룰로오스천연 셀룰로스의 포도당 단위에 있는 히드록실기를 메톡시기로 치환하고, 나머지 부분은 히드록시프로필기로 치환하여 얻은 제품입니다. 그 증점 효과는 기본적으로 히드록시에틸셀룰로스의 증점 효과와 동일합니다. 그리고 효소 분해에 대한 저항성은 있지만, 히드록시에틸셀룰로스만큼 수용성이 좋지 않으며 가열하면 겔화되는 단점이 있습니다. 표면 처리된 히드록시프로필메틸셀룰로스의 경우, 사용 시 물에 직접 첨가할 수 있습니다. 교반 및 분산 후 암모니아수와 같은 알칼리성 물질을 첨가하여 pH 값을 8-9로 조정하고 완전히 용해될 때까지 교반합니다. 표면 처리되지 않은 히드록시프로필메틸셀룰로스의 경우, 사용 전 85°C 이상의 뜨거운 물에 담가 팽윤시킨 후 실온으로 식힌 다음 찬물이나 얼음물로 교반하여 완전히 용해할 수 있습니다.
②무기증점제
이러한 증점제는 주로 벤토나이트, 마그네슘알루미늄실리케이트 점토 등과 같은 활성 점토 제품입니다. 증점 효과 외에도 우수한 현탁 효과를 가지고 있어 침하를 방지하고 도막의 내수성에 영향을 미치지 않는다는 특징이 있습니다. 도막이 건조되어 도막을 형성한 후에는 도막의 충전재 역할을 합니다. 단점은 도막의 평탄화에 상당한 영향을 미친다는 것입니다.
③ 합성고분자 증점제
합성 고분자 증점제는 주로 아크릴과 폴리우레탄에 사용됩니다(회합성 증점제). 아크릴 증점제는 대부분 카르복실기를 함유한 아크릴 중합체입니다. pH 8~10의 물에서는 카르복실기가 해리되어 팽윤되고, pH 10을 초과하면 물에 용해되어 증점 효과를 잃기 때문에 증점 효과는 pH에 매우 민감합니다.
아크릴레이트 증점제의 증점 메커니즘은 그 입자가 도료 중의 라텍스 입자 표면에 흡착되어 알칼리 팽윤 후 코팅층을 형성하여 라텍스 입자의 부피를 증가시키고, 입자의 브라운 운동을 방해하여 도료계의 점도를 증가시킨다는 것이다. ; 둘째, 증점제의 팽윤은 물의 점도를 증가시킨다.
(2) 증점제의 코팅 특성에 대한 영향
증점제 종류가 코팅의 유동 특성에 미치는 영향은 다음과 같습니다.
증점제의 양이 증가하면 페인트의 정적 점도는 크게 증가하고, 외부 전단력을 받을 때 점도 변화 추세는 기본적으로 일정합니다.
증점제의 효과로 인해 페인트가 전단력을 받을 때 점도가 급격히 떨어지며, 이는 의사소성을 나타냅니다.
소수성으로 개질된 셀룰로스 증점제(예: EBS451FQ)를 사용하면 높은 전단 속도에서 양이 많아도 점도가 여전히 높습니다.
결합 폴리우레탄 증점제(예: WT105A)를 높은 전단 속도에서 사용하면 양이 많아도 점도가 여전히 높습니다.
아크릴 증점제(예: ASE60)를 사용하면 양이 많으면 정적 점도가 급격히 상승하지만, 전단 속도가 높아지면 점도가 급격히 감소합니다.
3. 결합성 증점제
(1) 증점 메커니즘
셀룰로오스 에테르와 알칼리 팽윤성 아크릴 증점제는 수상만을 증점시킬 뿐, 수성 페인트의 다른 성분에는 증점 효과를 전혀 주지 못하며, 페인트의 안료와 에멀젼 입자 사이에 상당한 상호 작용을 일으킬 수 없으므로 페인트의 유동 특성을 조절할 수 없습니다.
회합성 증점제는 수화를 통한 증점 효과 외에도, 자체, 분산된 입자, 그리고 시스템 내 다른 구성 요소 간의 회합을 통해 증점 효과를 얻는다는 특징이 있습니다. 이러한 회합은 높은 전단 속도에서 분리되고 낮은 전단 속도에서 재회합되어 코팅의 유동 특성을 조절할 수 있습니다.
회합성 증점제의 증점 메커니즘은 분자가 선형 친수성 사슬, 즉 양 말단에 친유성기를 가진 고분자 화합물, 즉 구조적으로 친수성과 소수성기를 모두 가지고 있어 계면활성제 분자의 특성을 갖는다는 것입니다. 이러한 증점제 분자는 수화 및 팽윤되어 수상을 증점시킬 뿐만 아니라, 수용액의 농도가 일정 값을 초과하면 미셀을 형성합니다. 미셀은 에멀젼의 고분자 입자 및 분산제를 흡착한 안료 입자와 회합하여 3차원 네트워크 구조를 형성하고, 서로 얽혀 시스템의 점도를 증가시킵니다.
더욱 중요한 것은 이러한 결합들이 동적 균형 상태에 있으며, 결합된 미셀들이 외부 힘에 의해 위치를 조절할 수 있다는 점입니다. 따라서 코팅은 평탄화 특성을 갖게 됩니다. 또한, 분자가 여러 개의 미셀을 가지고 있기 때문에 이러한 구조는 물 분자의 이동 경향을 줄여 수용액의 점도를 증가시킵니다.
(2) 코팅에서의 역할
대부분의 회합성 증점제는 폴리우레탄이며, 이들의 상대 분자량은 10⁻⁻에서 10⁻⁻ 사이로, 상대 분자량이 10⁻⁻에서 10⁻⁻ 사이인 일반적인 폴리아크릴산 및 셀룰로스 증점제보다 두 자릿수 낮습니다. 낮은 분자량으로 인해 수화 후 유효 부피 증가량이 적기 때문에 점도 곡선이 비회합성 증점제보다 평평합니다.
회합성 증점제의 분자량이 낮기 때문에 수성층 내에서 분자 간 얽힘이 제한되어 수성층에 대한 증점 효과가 크지 않습니다. 저전단 속도 영역에서는 분자 간 회합 전환율이 분자 간 회합 파괴율보다 크고, 전체 시스템은 고유한 현탁 및 분산 상태를 유지하며, 점도는 분산 매질(물)의 점도에 가깝습니다. 따라서 회합성 증점제는 수성 페인트 시스템이 저전단 속도 영역에서 더 낮은 겉보기 점도를 나타내도록 합니다.
회합성 증점제는 분산상 내 입자 간 회합으로 인해 분자 간 잠재 에너지를 증가시킵니다. 따라서 높은 전단 속도에서 분자 간 회합을 끊는 데 더 많은 에너지가 필요하고, 동일한 전단 변형률을 얻는 데 필요한 전단력 또한 더 크기 때문에 시스템은 높은 전단 속도에서 더 높은 전단 속도를 나타냅니다. 겉보기 점도. 높은 고전단 점도와 낮은 저전단 점도는 페인트의 유변학적 특성에서 공통 증점제의 부족을 보완할 수 있습니다. 즉, 두 증점제를 병용하여 라텍스 페인트의 유동성을 조절할 수 있습니다. 다양한 성능을 제공하여 두꺼운 도막 및 도막 흐름과 같은 코팅의 포괄적인 요구 사항을 충족합니다.
게시 시간: 2024년 4월 28일