1. Definitie en functie van verdikkingsmiddel
Additieven die de viscositeit van verf op waterbasis aanzienlijk kunnen verhogen, worden verdikkingsmiddelen genoemd.
Verdikkers spelen een belangrijke rol bij de productie, opslag en constructie van coatings.
De belangrijkste functie van de verdikkingsmiddel is het verhogen van de viscositeit van de coating om te voldoen aan de eisen van verschillende gebruiksfasen. De viscositeit die de coating in verschillende fasen nodig heeft, verschilt echter. Bijvoorbeeld:
Tijdens het opslagproces is een hoge viscositeit wenselijk om te voorkomen dat het pigment bezinkt;
Tijdens het bouwproces is een gematigde viscositeit wenselijk om ervoor te zorgen dat de verf goed smeerbaar is zonder dat er overmatig veel verfvlekken ontstaan;
Na de bouw hoopt men dat de viscositeit na een korte vertraging (nivelleringsproces) snel weer op een hoog niveau komt om doorzakken te voorkomen.
De vloeibaarheid van watergedragen coatings is niet-Newtoniaans.
Wanneer de viscositeit van de verf afneemt door toenemende schuifkracht, wordt het een pseudoplastische vloeistof genoemd. Het grootste deel van de verf is een pseudoplastische vloeistof.
Wanneer het stromingsgedrag van een pseudoplastische vloeistof verband houdt met de geschiedenis ervan, dat wil zeggen afhankelijk is van de tijd, wordt het een thixotrope vloeistof genoemd.
Bij het vervaardigen van coatings proberen we de coatings vaak bewust thixotroop te maken, bijvoorbeeld door additieven toe te voegen.
Wanneer de thixotropie van de coating goed is, kunnen de tegenstrijdigheden in de verschillende coatingstadia worden opgelost en kan worden voldaan aan de technische behoeften van de verschillende viscositeiten van de coating in de opslag-, nivellerings- en droogfasen.
Sommige verdikkers kunnen de verf een hoge thixotropie geven, waardoor deze een hogere viscositeit heeft in rust of bij een lage schuifsnelheid (zoals tijdens opslag of transport), om te voorkomen dat het pigment in de verf bezinkt. Bij hoge schuifsnelheden (zoals bij het coaten) heeft de verf een lage viscositeit, waardoor de coating voldoende vloeit en egaliseert.
Thixotropie wordt weergegeven door de thixotropie-index TI en gemeten met een Brookfield-viscosimeter.
TI = viscositeit (gemeten bij 6 omwentelingen per minuut) / viscositeit (gemeten bij 60 omwentelingen per minuut)
2. Soorten verdikkers en hun effecten op de coatingeigenschappen
(1) Types Qua chemische samenstelling worden verdikkers onderverdeeld in twee categorieën: organische en anorganische.
Anorganische typen zijn onder meer bentoniet, attapulgiet, aluminiummagnesiumsilicaat, lithiummagnesiumsilicaat, enz., organische typen zoals methylcellulose, hydroxyethylcellulose, polyacrylaat, polymethacrylaat, acrylzuur of methylacrylhomopolymeer of -copolymeer en polyurethaan, enz.
Vanuit het perspectief van de invloed op de reologische eigenschappen van coatings worden verdikkers onderverdeeld in thixotrope verdikkers en associatieve verdikkers. Wat betreft de prestatie-eisen, moet de hoeveelheid verdikkingsmiddel beperkt zijn en moet het verdikkingseffect goed zijn; het is niet gemakkelijk te eroderen door enzymen; bij veranderingen in de temperatuur of pH-waarde van het systeem zal de viscositeit van de coating niet significant afnemen en zullen het pigment en de vulstof niet uitvlokken. Goede opslagstabiliteit; goede waterretentie, geen duidelijke schuimvorming en geen nadelige effecten op de prestaties van de coatingfilm.
①Cellulose verdikkingsmiddel
De celluloseverdikkers die in coatings worden gebruikt, zijn voornamelijk methylcellulose, hydroxyethylcellulose en hydroxypropylmethylcellulose, waarbij de laatste twee het meest worden gebruikt.
Hydroxyethylcellulose is een product dat wordt verkregen door de hydroxylgroepen op de glucose-eenheden van natuurlijke cellulose te vervangen door hydroxyethylgroepen. De specificaties en modellen van de producten worden voornamelijk onderscheiden op basis van de substitutiegraad en viscositeit.
De variëteiten van hydroxyethylcellulose worden ook onderverdeeld in normaal oplossende, snel dispergerende en biologische stabiele types. Wat de gebruiksmethode betreft, kan hydroxyethylcellulose in verschillende fasen van het coatingproces worden toegevoegd. De snel dispergerende variant kan direct in de vorm van droog poeder worden toegevoegd. De pH-waarde van het systeem vóór toevoeging moet echter lager zijn dan 7, vooral omdat hydroxyethylcellulose bij een lage pH-waarde langzaam oplost en er voldoende tijd is voor water om in de deeltjes te infiltreren. Vervolgens wordt de pH-waarde verhoogd om de cellulose snel op te lossen. Overeenkomstige stappen kunnen ook worden gebruikt om een bepaalde concentratie lijmoplossing te bereiden en deze aan het coatingsysteem toe te voegen.
Hydroxypropylmethylcelluloseis een product dat wordt verkregen door de hydroxylgroep op de glucose-eenheid van natuurlijke cellulose te vervangen door een methoxygroep, terwijl het andere deel wordt vervangen door een hydroxypropylgroep. Het verdikkingseffect is in principe hetzelfde als dat van hydroxyethylcellulose. Het is bestand tegen enzymatische afbraak, maar de wateroplosbaarheid is minder goed dan die van hydroxyethylcellulose en het heeft het nadeel dat het geleert bij verhitting. De oppervlaktebehandelde hydroxypropylmethylcellulose kan direct aan het water worden toegevoegd wanneer het wordt gebruikt. Voeg na roeren en dispergeren alkalische stoffen zoals ammoniakwater toe om de pH-waarde op 8-9 te brengen en roer tot het volledig is opgelost. Hydroxypropylmethylcellulose zonder oppervlaktebehandeling kan vóór gebruik worden geweekt en gezwollen met heet water boven 85 °C, en vervolgens worden afgekoeld tot kamertemperatuur, en vervolgens worden geroerd met koud water of ijswater om het volledig op te lossen.
②Anorganisch verdikkingsmiddel
Dit type verdikkingsmiddel bestaat voornamelijk uit geactiveerde kleiproducten, zoals bentoniet, magnesiumaluminiumsilicaatklei, enz. Het kenmerkt zich doordat het naast het verdikkende effect ook een goed suspensie-effect heeft, verzakking voorkomt en de waterbestendigheid van de coating niet aantast. Nadat de coating is gedroogd en tot een film is gevormd, fungeert het als vulmiddel in de coatingfilm, enz. De ongunstige factor is dat het de egalisatie van de coating aanzienlijk beïnvloedt.
③ Synthetische polymeerverdikkingsmiddel
Synthetische polymeerverdikkers worden vooral gebruikt in acryl en polyurethaan (associatieve verdikkers). Acrylverdikkers zijn meestal acrylpolymeren die carboxylgroepen bevatten. In water met een pH-waarde van 8-10 dissocieert de carboxylgroep en zwelt op; bij een pH-waarde boven de 10 lost de groep op in water en verliest de verdikkingswerking. De verdikkingswerking is dus zeer gevoelig voor de pH-waarde.
Het verdikkingsmechanisme van het acrylaatverdikkingsmiddel is dat de deeltjes ervan kunnen worden geadsorbeerd aan het oppervlak van de latexdeeltjes in de verf en een coatinglaag vormen na alkalizwelling, waardoor het volume van de latexdeeltjes toeneemt, de Brownse beweging van de deeltjes wordt belemmerd en de viscositeit van het verfsysteem toeneemt. Ten tweede verhoogt de zwelling van het verdikkingsmiddel de viscositeit van de waterfase.
(2) Invloed van verdikkingsmiddel op de coatingeigenschappen
Het effect van het type verdikkingsmiddel op de reologische eigenschappen van de coating is als volgt:
Als de hoeveelheid verdikkingsmiddel toeneemt, neemt de statische viscositeit van de verf aanzienlijk toe. De viscositeitsverandering verloopt over het algemeen consistent wanneer de verf wordt blootgesteld aan een externe schuifkracht.
Door de werking van het verdikkingsmiddel daalt de viscositeit van de verf snel wanneer deze wordt blootgesteld aan schuifkrachten, waardoor er sprake is van pseudoplasticiteit.
Bij gebruik van een hydrofoob gemodificeerde celluloseverdikker (zoals EBS451FQ) is de viscositeit bij hoge schuifsnelheden nog steeds hoog, zelfs als de hoeveelheid groot is.
Bij gebruik van associatieve polyurethaanverdikkers (zoals WT105A) is de viscositeit bij hoge schuifsnelheden nog steeds hoog, zelfs als de hoeveelheid groot is.
Bij gebruik van acrylverdikkers (zoals ASE60) stijgt de statische viscositeit snel wanneer de hoeveelheid groot is, maar neemt de viscositeit snel af bij een hogere schuifsnelheid.
3. Associatieve verdikkingsmiddel
(1) verdikkingsmechanisme
Cellulose-ether en alkali-zwellende acrylverdikkers kunnen alleen de waterfase verdikken, maar hebben geen verdikkend effect op andere componenten in de watergedragen verf. Ook kunnen ze geen significante interactie veroorzaken tussen de pigmenten in de verf en de deeltjes van de emulsie. De reologie van de verf kan dus niet worden aangepast.
Associatieve verdikkers kenmerken zich doordat ze naast verdikking door hydratatie ook verdikken door associaties met elkaar, met gedispergeerde deeltjes en met andere componenten in het systeem. Deze associaties lossen op bij hoge schuifsnelheden en reassocieren weer bij lage schuifsnelheden, waardoor de reologie van de coating kan worden aangepast.
Het verdikkingsmechanisme van het associatieve verdikkingsmiddel is dat het molecuul een lineaire hydrofiele keten is, een polymeerverbinding met lipofiele groepen aan beide uiteinden. Dat wil zeggen dat het hydrofiele en hydrofobe groepen in de structuur heeft, waardoor het de kenmerken van oppervlakteactieve moleculen heeft. Dergelijke verdikkingsmiddelmoleculen kunnen niet alleen hydrateren en zwellen om de waterfase te verdikken, maar ook micellen vormen wanneer de concentratie van de waterige oplossing een bepaalde waarde overschrijdt. De micellen kunnen zich associëren met de polymeerdeeltjes van de emulsie en de pigmentdeeltjes die het dispergeermiddel hebben geadsorbeerd om een driedimensionale netwerkstructuur te vormen. Ze zijn onderling verbonden en verstrengeld om de viscositeit van het systeem te verhogen.
Belangrijker nog is dat deze associaties zich in een dynamische balans bevinden en dat de geassocieerde micellen hun positie kunnen aanpassen aan externe krachten, waardoor de coating egaliserende eigenschappen heeft. Bovendien vermindert deze structuur, doordat het molecuul meerdere micellen bevat, de neiging van watermoleculen om te migreren en verhoogt zo de viscositeit van de waterige fase.
(2) De rol in coatings
De meeste associatieve verdikkers zijn polyurethanen en hun relatieve molecuulgewichten liggen tussen de 103 en 104 ordes van grootte, twee ordes van grootte lager dan die van gewone polyacrylzuur- en celluloseverdikkers met relatieve molecuulgewichten tussen 105 en 106. Door het lage molecuulgewicht is de effectieve volumetoename na hydratatie minder, waardoor de viscositeitscurve vlakker is dan die van niet-associatieve verdikkers.
Door het lage molecuulgewicht van het associatieve verdikkingsmiddel is de intermoleculaire verstrengeling in de waterfase beperkt, waardoor het verdikkingseffect op de waterfase niet significant is. Bij lage schuifsnelheden is de omzetting van de associatie tussen moleculen groter dan de vernietiging van de associatie tussen moleculen, behoudt het gehele systeem een inherente suspensie- en dispersietoestand en ligt de viscositeit dicht bij de viscositeit van het dispersiemedium (water). Het associatieve verdikkingsmiddel zorgt er daarom voor dat het watergedragen verfsysteem een lagere schijnbare viscositeit vertoont bij lage schuifsnelheden.
Associatieve verdikkers verhogen de potentiële energie tussen moleculen door de associatie tussen deeltjes in de gedispergeerde fase. Hierdoor is er meer energie nodig om de associatie tussen moleculen bij hoge schuifsnelheden te verbreken, en is de schuifkracht die nodig is om dezelfde schuifspanning te bereiken ook groter, waardoor het systeem een hogere schuifsnelheid vertoont bij hoge schuifsnelheden. Schijnbare viscositeit. De hogere viscositeit bij hoge schuifsnelheden en de lagere viscositeit bij lage schuifsnelheden kunnen het gebrek aan gemeenschappelijke verdikkers in de reologische eigenschappen van de verf compenseren. Dat wil zeggen dat de twee verdikkers gecombineerd kunnen worden gebruikt om de vloeibaarheid van de latexverf aan te passen. Variabele prestaties om te voldoen aan de uitgebreide eisen van het coaten in dikke films en de stroming van coatingfilms.
Plaatsingstijd: 28-04-2024