1. Definisjon og funksjon av fortykningsmiddel
Tilsetningsstoffer som kan øke viskositeten til vannbaserte malinger betydelig kalles fortykningsmidler.
Fortykningsmidler spiller en viktig rolle i produksjon, lagring og konstruksjon av belegg.
Hovedfunksjonen til fortykningsmiddelet er å øke viskositeten til belegget for å møte kravene i ulike bruksstadier. Imidlertid er viskositeten som kreves av belegget forskjellig på ulike stadier. F.eks.:
Under lagringsprosessen er det ønskelig å ha en høy viskositet for å forhindre at pigmentet setter seg;
Under byggeprosessen er det ønskelig med en moderat viskositet for å sikre at malingen har god påstrykbarhet uten overdreven misfarging av malingen;
Etter byggingen håper man at viskositeten raskt kan gå tilbake til høy viskositet etter kort tidsforsinkelse (utjevningsprosess) for å forhindre siging.
Flytbarheten til vannbaserte belegg er ikke-newtonsk.
Når viskositeten til malingen avtar med økningen av skjærkraften, kalles den en pseudoplastisk væske, og mesteparten av malingen er en pseudoplastisk væske.
Når strømningsatferden til en pseudoplastisk væske er relatert til dens historie, det vil si at den er tidsavhengig, kalles den en tiksotrop væske.
Når vi produserer belegg, prøver vi ofte bevisst å gjøre beleggene tiksotrope, for eksempel ved å tilsette tilsetningsstoffer.
Når beleggets tiksotropi er passende, kan det løse motsetningene i de ulike stadiene av belegget, og oppfylle de tekniske behovene for beleggets forskjellige viskositet i lagring, konstruksjonsnivellering og tørketrinn.
Noen fortykningsmidler kan gi malingen høy tiksotropi, slik at den har høyere viskositet i ro eller ved lav skjærhastighet (for eksempel lagring eller transport), for å forhindre at pigmentet i malingen setter seg. Og under høy skjærhastighet (for eksempel belegningsprosessen) har den lav viskositet, slik at belegget har tilstrekkelig flyt og utjevning.
Tiksotropi er representert ved tiksotropisk indeks TI og målt med Brookfield-viskosimeter.
TI = viskositet (målt ved 6 o/min) / viskositet (målt ved 60 o/min)
2. Typer fortykningsmidler og deres effekt på beleggets egenskaper
(1) Typer Når det gjelder kjemisk sammensetning, er fortykningsmidler delt inn i to kategorier: organiske og uorganiske.
Uorganiske typer inkluderer bentonitt, attapulgitt, aluminiummagnesiumsilikat, litiummagnesiumsilikat, etc., organiske typer som metylcellulose, hydroksyetylcellulose, polyakrylat, polymetakrylat, akrylsyre eller metylakrylhomopolymer eller -kopolymer og polyuretan etc.
Fra perspektivet til påvirkningen på beleggets reologiske egenskaper, er fortykningsmidler delt inn i tiksotrope fortykningsmidler og assosiative fortykningsmidler. Når det gjelder ytelseskrav, bør mengden fortykningsmiddel være mindre og fortykningseffekten være god; det er ikke lett å bli erodert av enzymer; når temperaturen eller pH-verdien i systemet endres, vil ikke viskositeten til belegget reduseres betydelig, og pigmentet og fyllstoffet vil ikke flokkuleres. ; God lagringsstabilitet; god vannretensjon, ingen åpenbare skummingsfenomener og ingen negative effekter på beleggfilmens ytelse.
①Cellulosefortykningsmiddel
Cellulosefortykningsmidlene som brukes i belegg er hovedsakelig metylcellulose, hydroksyetylcellulose og hydroksypropylmetylcellulose, og de to sistnevnte er mer vanlige.
Hydroksyetylcellulose er et produkt som oppnås ved å erstatte hydroksylgruppene på glukoseenhetene i naturlig cellulose med hydroksyetylgrupper. Produktenes spesifikasjoner og modeller skilles hovedsakelig ut fra substitusjonsgrad og viskositet.
Variantene av hydroksyetylcellulose er også delt inn i normal oppløsningstype, hurtigdispersjonstype og biologisk stabilitetstype. Når det gjelder bruksmetoden, kan hydroksyetylcellulose tilsettes på forskjellige stadier i beleggproduksjonsprosessen. Hurtigdispersjonstypen kan tilsettes direkte i form av tørt pulver. Imidlertid bør systemets pH-verdi før tilsetning være mindre enn 7, hovedsakelig fordi hydroksyetylcellulose løses opp sakte ved lav pH-verdi, og det er tilstrekkelig tid for vann å infiltrere innsiden av partiklene, og deretter økes pH-verdien for å løse den opp raskt. Tilsvarende trinn kan også brukes til å fremstille en viss konsentrasjon av limløsning og tilsette den til beleggsystemet.
Hydroksypropylmetylcelluloseer et produkt som oppnås ved å erstatte hydroksylgruppen på glukoseenheten i naturlig cellulose med en metoksygruppe, mens den andre delen erstattes av en hydroksypropylgruppe. Dens fortykningseffekt er i utgangspunktet den samme som for hydroksyetylcellulose. Og den er motstandsdyktig mot enzymatisk nedbrytning, men vannløseligheten er ikke like god som for hydroksyetylcellulose, og den har ulempen at den gelerer ved oppvarming. For overflatebehandlet hydroksypropylmetylcellulose kan den tilsettes direkte til vann når den brukes. Etter omrøring og dispergering, tilsett alkaliske stoffer som ammoniakkvann for å justere pH-verdien til 8-9, og rør til den er fullstendig oppløst. For hydroksypropylmetylcellulose uten overflatebehandling kan den bløtlegges og svelles med varmt vann over 85 °C før bruk, og deretter avkjøles til romtemperatur, deretter omrøres med kaldt vann eller isvann for å løse den fullstendig opp.
②Uorganisk fortykningsmiddel
Denne typen fortykningsmiddel er hovedsakelig noen aktiverte leireprodukter, som bentonitt, magnesiumaluminiumsilikat-leire, etc. Det kjennetegnes ved at det i tillegg til fortykningseffekten også har en god suspensjonseffekt, kan forhindre synking og vil ikke påvirke beleggets vannmotstand. Etter at belegget er tørket og formet til en film, fungerer det som et fyllstoff i beleggfilmen, etc. Den ugunstige faktoren er at det vil påvirke beleggets utjevning betydelig.
③ Syntetisk polymerfortykningsmiddel
Syntetiske polymerfortykningsmidler brukes hovedsakelig i akryl og polyuretan (assosiative fortykningsmidler). Akrylfortykningsmidler er hovedsakelig akrylpolymerer som inneholder karboksylgrupper. I vann med en pH-verdi på 8–10 dissosierer karboksylgruppen og sveller opp; når pH-verdien er høyere enn 10, løses den opp i vann og mister fortykningseffekten, slik at fortykningseffekten er svært følsom for pH-verdien.
Akrylatfortykningsmiddelets fortykningsmekanisme er at partiklene kan absorberes på overflaten av latekspartiklene i malingen og danne et belegglag etter alkalisvelling, noe som øker volumet av latekspartiklene, hindrer partiklenes brownske bevegelse og øker viskositeten til malingssystemet. For det andre øker fortykningsmiddelets svelling viskositeten til vannfasen.
(2) Innflytelse av fortykningsmiddel på beleggets egenskaper
Effekten av typen fortykningsmiddel på beleggets reologiske egenskaper er som følger:
Når mengden fortykningsmiddel øker, øker malingens statiske viskositet betydelig, og viskositetsendringstendensen er i utgangspunktet konsistent når den utsettes for en ekstern skjærkraft.
Med effekten av fortykningsmiddel synker malingens viskositet raskt når den utsettes for skjærkraft, noe som viser pseudoplastisitet.
Ved bruk av et hydrofobt modifisert cellulosefortykningsmiddel (som EBS451FQ) ved høye skjærhastigheter er viskositeten fortsatt høy når mengden er stor.
Ved bruk av assosiative polyuretanfortykningsmidler (som WT105A) ved høye skjærhastigheter er viskositeten fortsatt høy når mengden er stor.
Ved bruk av akrylfortykningsmidler (som ASE60), selv om den statiske viskositeten øker raskt når mengden er stor, synker viskositeten raskt ved en høyere skjærhastighet.
3. Assosiativt fortykningsmiddel
(1) fortykningsmekanisme
Celluloseeter og alkalisvellbare akrylfortykningsmidler kan bare fortykke vannfasen, men har ingen fortykkende effekt på andre komponenter i den vannbaserte malingen, og de kan heller ikke forårsake betydelig interaksjon mellom pigmentene i malingen og emulsjonspartiklene, slik at malingens reologi ikke kan justeres.
Assosiative fortykningsmidler kjennetegnes ved at de i tillegg til å fortykkes gjennom hydrering, også fortykkes gjennom assosiasjoner seg imellom, med dispergerte partikler og med andre komponenter i systemet. Denne assosiasjonen dissosierer ved høye skjærhastigheter og assosierer på nytt ved lave skjærhastigheter, slik at beleggets reologi kan justeres.
Fortykkelsesmekanismen til det assosiative fortykningsmiddelet er at molekylet er en lineær hydrofil kjede, en polymerforbindelse med lipofile grupper i begge ender, det vil si at den har hydrofile og hydrofobe grupper i strukturen, slik at den har egenskapene til overflateaktive molekyler. Slike fortykningsmiddelmolekyler kan ikke bare hydrere og svelle for å fortykke vannfasen, men også danne miceller når konsentrasjonen av den vandige løsningen overstiger en viss verdi. Micellene kan assosieres med polymerpartiklene i emulsjonen og pigmentpartiklene som har adsorbert dispergeringsmiddelet for å danne en tredimensjonal nettverksstruktur, og er sammenkoblet og viklet inn for å øke systemets viskositet.
Det som er enda viktigere er at disse assosiasjonene er i en dynamisk balanse, og de assosierte micellene kan justere posisjonene sine når de utsettes for ytre krefter, slik at belegget har utjevnende egenskaper. Siden molekylet har flere miceller, reduserer denne strukturen i tillegg vannmolekylenes tendens til å migrere og øker dermed viskositeten til den vandige fasen.
(2) Rollen i belegg
De fleste assosiative fortykningsmidler er polyuretaner, og deres relative molekylvekter er mellom 103–104 størrelsesordener, to størrelsesordener lavere enn vanlige polyakrylsyre- og cellulosefortykningsmidler med relative molekylvekter mellom 105–106. På grunn av den lave molekylvekten er den effektive volumøkningen etter hydrering mindre, slik at viskositetskurven er flatere enn for ikke-assosiative fortykningsmidler.
På grunn av den lave molekylvekten til det assosiative fortykningsmiddelet, er dets intermolekylære sammenfiltring i vannfasen begrenset, så dets fortykningseffekt på vannfasen er ikke signifikant. I området med lav skjærhastighet er assosiasjonskonverteringen mellom molekyler større enn assosiasjonsødeleggelsen mellom molekyler, hele systemet opprettholder en iboende suspensjons- og dispersjonstilstand, og viskositeten er nær viskositeten til dispersjonsmediet (vann). Derfor gjør det assosiative fortykningsmiddelet at det vannbaserte malingssystemet viser lavere tilsynelatende viskositet når det er i området med lav skjærhastighet.
Assosiative fortykningsmidler øker den potensielle energien mellom molekyler på grunn av assosiasjonen mellom partikler i den dispergerte fasen. På denne måten trengs det mer energi for å bryte assosiasjonen mellom molekyler ved høye skjærhastigheter, og skjærkraften som kreves for å oppnå samme skjærtøyning er også større, slik at systemet viser en høyere skjærhastighet ved høye skjærhastigheter. Tilsynelatende viskositet. Den høyere viskositeten ved høy skjær og den lavere viskositeten ved lav skjær kan akkurat kompensere for mangelen på vanlige fortykningsmidler i malingens reologiske egenskaper, det vil si at de to fortykningsmidlene kan brukes i kombinasjon for å justere fluiditeten til lateksmalingen. Variabel ytelse, for å oppfylle de omfattende kravene til belegg i tykk film og beleggfilmflyt.
Publisert: 28. april 2024