1. Tirštiklio apibrėžimas ir funkcija
Priedai, kurie gali žymiai padidinti vandens pagrindo dažų klampumą, vadinami tirštikliais.
Tirštikliai vaidina svarbų vaidmenį dangų gamyboje, sandėliavime ir konstrukcijose.
Pagrindinė tirštiklio funkcija – padidinti dangos klampumą, kad būtų patenkinti skirtingų naudojimo etapų reikalavimai. Tačiau dangos reikalaujamas klampumas skirtinguose etapuose yra skirtingas. Pvz.:
Sandėliavimo metu pageidautina, kad būtų didelis klampumas, kad pigmentas nenusėstų;
Statybos metu pageidautina, kad dažai būtų vidutinio klampumo, siekiant užtikrinti gerą tepimą be per didelio dažų dėmių;
Tikimasi, kad po statybų klampumas po trumpo laiko tarpo (išlyginimo proceso) greitai vėl pasieks aukštą klampumą, kad būtų išvengta įdubimo.
Vandenyje disperguojamų dangų takumas nėra niutoninis.
Kai dažų klampumas mažėja didėjant šlyties jėgai, jie vadinami pseudoplastiniais skysčiais, ir didžioji dažų dalis yra pseudoplastiniai skysčiai.
Kai pseudoplastinio skysčio tekėjimo elgsena yra susijusi su jo istorija, t. y. priklauso nuo laiko, jis vadinamas tiksotropiniu skysčiu.
Gamindami dangas, dažnai sąmoningai stengiamės jas padaryti tiksotropines, pavyzdžiui, pridėdami priedų.
Kai dangos tiksotropija yra tinkama, ji gali išspręsti įvairių dangos etapų prieštaravimus ir patenkinti techninius skirtingo dangos klampumo poreikius saugojimo, konstrukcijos lyginimo ir džiovinimo etapuose.
Kai kurie tirštikliai gali suteikti dažams didelį tiksotropiškumą, todėl ramybės būsenoje arba esant mažam šlyties greičiui (pvz., sandėliuojant ar transportuojant) jie pasižymi didesniu klampumu, kad dažuose esantis pigmentas nenusėstų. Esant dideliam šlyties greičiui (pvz., dengimo procese), jų klampumas yra mažas, todėl danga pakankamai tekanti ir lygi.
Tiksotropiją apibūdina tiksotropinis indeksas TI, kuris matuojamas Brukfildo viskozimetru.
TI = klampumas (matuojamas esant 6 aps./min.) / klampumas (matuojamas esant 60 aps./min.)
2. Tirštiklių tipai ir jų poveikis dangos savybėms
(1) Tipai Pagal cheminę sudėtį tirštikliai skirstomi į dvi kategorijas: organinius ir neorganinius.
Neorganiniai tipai yra bentonitas, atapulgitas, aliuminio magnio silikatas, ličio magnio silikatas ir kt., organiniai tipai, tokie kaip metilceliuliozė, hidroksietilceliuliozė, poliakrilatas, polimetakrilatas, akrilo rūgštis arba metilo akrilo homopolimeras arba kopolimeras ir poliuretanas ir kt.
Atsižvelgiant į dangų reologinių savybių įtaką, tirštikliai skirstomi į tiksotropinius ir asociatyvinius tirštiklius. Kalbant apie eksploatacinius reikalavimus, tirštiklio kiekis turėtų būti mažesnis, o tirštinimo efektas būtų geras; fermentai jo lengvai nesuardo; keičiantis sistemos temperatūrai ar pH vertei, dangos klampumas reikšmingai nesumažės, o pigmentas ir užpildas nesulips; geras laikymo stabilumas; geras vandens sulaikymas, nėra akivaizdaus putojimo reiškinio ir neigiamo poveikio dangos plėvelės veikimui.
①Celiuliozės tirštiklis
Dangose daugiausia naudojami celiuliozės tirštikliai yra metilceliuliozė, hidroksietilceliuliozė ir hidroksipropilmetilceliuliozė, o pastarosios dvi yra dažniau naudojamos.
Hidroksietilceliuliozė yra produktas, gaunamas pakeičiant natūralios celiuliozės gliukozės vienetų hidroksilo grupes hidroksietilo grupėmis. Produktų specifikacijos ir modeliai daugiausia skiriasi pagal pakeitimo laipsnį ir klampumą.
Hidroksietilceliuliozės rūšys taip pat skirstomos į įprasto tirpimo, greito išsisklaidymo ir biologinio stabilumo rūšis. Kalbant apie naudojimo būdą, hidroksietilceliuliozė gali būti dedama skirtinguose dangos gamybos proceso etapuose. Greito išsisklaidymo rūšis gali būti dedama tiesiai sausų miltelių pavidalu. Tačiau prieš dedant sistemos pH vertė turėtų būti mažesnė nei 7, daugiausia dėl to, kad esant žemam pH hidroksietilceliuliozė lėtai tirpsta, ir vanduo turi pakankamai laiko įsiskverbti į dalelių vidų, o tada pH vertė padidinama, kad ji greitai ištirptų. Atitinkami veiksmai taip pat gali būti naudojami tam tikros koncentracijos klijų tirpalui paruošti ir įpilti į dangos sistemą.
Hidroksipropilmetilceliuliozėyra produktas, gaunamas pakeičiant natūralios celiuliozės gliukozės vieneto hidroksilo grupę metoksi grupe, o kitą dalį – hidroksipropilo grupe. Jo tirštiklis iš esmės yra toks pat kaip hidroksietilceliuliozės. Jis atsparus fermentiniam skaidymui, tačiau tirpumas vandenyje nėra toks geras kaip hidroksietilceliuliozės, be to, kaitinant susidaro stingdiklis. Paviršiumi apdorotą hidroksipropilmetilceliuliozę galima naudoti tiesiai vandenyje. Išmaišius ir išsklaidžius, į vandenį įpilama šarminių medžiagų, tokių kaip amoniakinis vanduo, kad pH vertė būtų 8–9, ir maišoma, kol visiškai ištirpsta. Paviršiumi neapdorotą hidroksipropilmetilceliuliozę prieš naudojimą galima mirkyti ir išbrinkinti karštame vandenyje, kurio temperatūra aukštesnė nei 85 °C, po to atvėsinti iki kambario temperatūros ir maišyti su šaltu vandeniu arba lediniu vandeniu, kad visiškai ištirptų.
②Neorganinis tirštiklis
Šio tipo tirštikliai daugiausia yra kai kurie aktyvuoto molio produktai, tokie kaip bentonitas, magnio aliuminio silikato molis ir kt. Jie pasižymi tuo, kad be tirštinimo efekto, jie taip pat turi gerą suspensijos efektą, gali užkirsti kelią įdubimui ir neturi įtakos dangos atsparumui vandeniui. Po to, kai danga išdžiūsta ir suformuojama į plėvelę, ji veikia kaip užpildas dangos plėvelėje ir kt. Nepalankus veiksnys yra tai, kad tai labai paveiks dangos išlyginimą.
③ Sintetinis polimerinis tirštiklis
Sintetiniai polimeriniai tirštikliai dažniausiai naudojami akrilo ir poliuretano tirštikliai (asociatyviniai tirštikliai). Akriliniai tirštikliai dažniausiai yra akriliniai polimerai, turintys karboksilo grupių. Vandenyje, kurio pH vertė yra 8–10, karboksilo grupė disocijuojasi ir išbrinksta; kai pH vertė yra didesnė nei 10, ji ištirpsta vandenyje ir praranda tirštinimo efektą, todėl tirštinimo efektas yra labai jautrus pH vertei.
Akrilato tirštiklio tirštinimo mechanizmas yra tas, kad jo dalelės gali adsorbuotis ant dažuose esančių latekso dalelių paviršiaus ir po šarmo brinkimo sudaryti dangos sluoksnį, kuris padidina latekso dalelių tūrį, trukdo dalelių Brauno judėjimui ir padidina dažų sistemos klampumą; Antra, tirštiklio brinkimas padidina vandens fazės klampumą.
(2) Tirštiklio įtaka dangos savybėms
Tirštiklio tipo poveikis dangos reologinėms savybėms yra toks:
Didėjant tirštiklio kiekiui, dažų statinė klampa žymiai padidėja, o veikiant išorinei šlyties jėgai, klampos pokyčio tendencija iš esmės yra pastovi.
Dėl tirštiklio poveikio dažų klampumas greitai sumažėja, kai jie veikiami šlyties jėgos, ir tai rodo pseudoplastiškumą.
Naudojant hidrofobiškai modifikuotą celiuliozės tirštiklį (pvz., EBS451FQ), esant dideliems šlyties greičiams, klampumas vis tiek išlieka didelis, net ir dideliais kiekiais.
Naudojant asociatyvinius poliuretano tirštiklius (pvz., WT105A), esant dideliam šlyties greičiui, klampumas vis tiek išlieka didelis, net ir dideliais kiekiais.
Naudojant akrilinius tirštiklius (pvz., ASE60), nors statinė klampa sparčiai didėja, kai kiekis didelis, klampa sparčiai mažėja esant didesniam šlyties greičiui.
3. Asociacinis tirštiklis
(1) tirštinimo mechanizmas
Celiuliozės eteris ir šarmu brinkstantys akriliniai tirštikliai gali sutirštinti tik vandens fazę, bet neturi tirštinančio poveikio kitiems vandens pagrindo dažų komponentams, taip pat negali sukelti reikšmingos sąveikos tarp dažų pigmentų ir emulsijos dalelių, todėl dažų reologinių savybių negalima reguliuoti.
Asociatyvūs tirštikliai pasižymi tuo, kad be tirštėjimo hidratacijos būdu, jie taip pat tirštėja tarpusavyje, su disperguotomis dalelėmis ir su kitais sistemos komponentais. Ši asociacija disocijuojasi esant dideliam šlyties greičiui ir vėl susijungia esant mažam šlyties greičiui, todėl galima reguliuoti dangos reologines savybes.
Asociatyvaus tirštiklio tirštinimo mechanizmas yra tas, kad jo molekulė yra linijinė hidrofilinė grandinė, polimerinis junginys su lipofilinėmis grupėmis abiejuose galuose, t. y. struktūroje yra hidrofilinių ir hidrofobinių grupių, todėl ji turi paviršinio aktyvumo medžiagų molekulių savybes. Tokios tirštiklio molekulės gali ne tik hidratuotis ir brinkti, kad sutirštėtų vandens fazė, bet ir sudaryti miceles, kai jos vandeninio tirpalo koncentracija viršija tam tikrą vertę. Micelės gali jungtis su emulsijos polimero dalelėmis ir pigmento dalelėmis, kurios adsorbavo dispergentą, sudarydamos trimatę tinklo struktūrą, o jos gali būti tarpusavyje sujungtos ir susipynusios, kad padidėtų sistemos klampumas.
Dar svarbiau yra tai, kad šios asociacijos yra dinaminės pusiausvyros būsenoje, o susijusios micelės gali reguliuoti savo padėtį, veikiamos išorinių jėgų, todėl danga pasižymi išlyginamosiomis savybėmis. Be to, kadangi molekulė turi kelias miceles, ši struktūra sumažina vandens molekulių polinkį migruoti ir taip padidina vandeninės fazės klampumą.
(2) Dangų vaidmuo
Dauguma asociatyviųjų tirštiklių yra poliuretanai, kurių santykinė molekulinė masė yra nuo 103 iki 104 dydžio eilių, dviem dydžio eilėmis mažesnė nei įprastų poliakrilo rūgšties ir celiuliozės tirštiklių, kurių santykinė molekulinė masė yra nuo 105 iki 106. Dėl mažos molekulinės masės efektyvus tūrio padidėjimas po hidratacijos yra mažesnis, todėl jo klampumo kreivė yra plokštesnė nei neasociatyviųjų tirštiklių.
Dėl mažos asociatyvaus tirštiklio molekulinės masės jo tarpmolekulinis įsipainiojimas vandens fazėje yra ribotas, todėl jo tirštinimo poveikis vandens fazei nėra reikšmingas. Esant mažam šlyties greičiui, asociacinis konversijos lygis tarp molekulių yra didesnis nei asociacinis suirimas tarp molekulių, visa sistema išlaiko būdingą suspensijos ir dispersijos būseną, o klampumas yra artimas dispersinės terpės (vandens) klampumui. Todėl asociatyvus tirštiklis sumažina vandens pagrindo dažų sistemos tariamąjį klampumą, kai ji yra mažo šlyties greičio zonoje.
Asociatyvūs tirštikliai padidina potencialinę energiją tarp molekulių dėl dalelių sąveikos dispersinėje fazėje. Tokiu būdu, esant dideliam šlyties greičiui, molekulių sąveikai nutraukti reikia daugiau energijos, o šlyties jėga, reikalinga tam pačiam šlyties įtempimui pasiekti, taip pat yra didesnė, todėl sistema pasižymi didesniu šlyties greičiu esant dideliam šlyties greičiui. Tariamasis klampumas. Didesnis didelės šlyties klampumas ir mažesnis mažos šlyties klampumas gali kompensuoti bendrų tirštiklių trūkumą dažų reologinėse savybėse, t. y. abu tirštikliai gali būti naudojami kartu, siekiant reguliuoti latekso dažų takumą. Kintamas veikimas, siekiant patenkinti išsamius storos plėvelės padengimo ir dengimo plėvelės tekėjimo reikalavimus.
Įrašo laikas: 2024 m. balandžio 28 d.