1. Definicja i funkcja zagęszczacza
Dodatki, które mogą znacznie zwiększyć lepkość farb rozcieńczanych wodą, nazywane są zagęszczaczami.
Zagęszczacze odgrywają istotną rolę w produkcji, przechowywaniu i konstruowaniu powłok.
Główną funkcją zagęszczacza jest zwiększenie lepkości powłoki, aby spełnić wymagania różnych etapów użytkowania. Jednak lepkość wymagana przez powłokę na różnych etapach jest różna. Np.:
Podczas procesu przechowywania pożądana jest wysoka lepkość, aby zapobiec osadzaniu się pigmentu;
W procesie budowy pożądane jest, aby farba miała umiarkowaną lepkość, aby zapewnić dobrą przyczepność pędzla i nie powodować nadmiernego zaplamienia;
Oczekuje się, że po zakończeniu budowy lepkość szybko powróci do wysokiej wartości po krótkim czasie opóźnienia (proces poziomowania), aby zapobiec uginaniu się.
Płynność powłok wodorozcieńczalnych jest nienewtonowska.
Jeżeli lepkość farby zmniejsza się wraz ze wzrostem siły ścinającej, nazywa się ją płynem pseudoplastycznym. Większość farb jest właśnie płynem pseudoplastycznym.
Jeżeli zachowanie się płynu pseudoplastycznego jest związane z jego historią, tzn. jest zależne od czasu, nazywa się go płynem tiksotropowym.
Podczas produkcji powłok często świadomie staramy się nadać im właściwości tiksotropowe, np. dodając dodatki.
Gdy tiksotropia powłoki jest odpowiednia, można rozwiązać sprzeczności na różnych etapach powlekania i spełnić techniczne potrzeby związane z różną lepkością powłoki na etapach przechowywania, poziomowania konstrukcji i suszenia.
Niektóre zagęszczacze mogą nadać farbie wysoką tiksotropię, dzięki czemu ma ona wyższą lepkość w stanie spoczynku lub przy niskiej szybkości ścinania (takiej jak przechowywanie lub transport), aby zapobiec osadzaniu się pigmentu w farbie. A przy wysokiej szybkości ścinania (takiej jak proces powlekania) ma niską lepkość, dzięki czemu powłoka ma wystarczający przepływ i poziomowanie.
Tiksotropia jest określana przez wskaźnik tiksotropii TI i mierzona za pomocą wiskozymetru Brookfielda.
TI = lepkość (mierzona przy 6 obr./min)/lepkość (mierzona przy 60 obr./min)
2. Rodzaje zagęszczaczy i ich wpływ na właściwości powłok
(1) Rodzaje Pod względem składu chemicznego zagęszczacze dzielą się na dwie kategorie: organiczne i nieorganiczne.
Do tworzyw nieorganicznych zalicza się bentonit, attapulgit, krzemian glinowo-magnezowy, krzemian litowo-magnezowy itp., zaś do tworzyw organicznych zalicza się metylocelulozę, hydroksyetylocelulozę, poliakrylan, polimetakrylan, kwas akrylowy lub homopolimer lub kopolimer metyloakrylowy i poliuretan itp.
Z perspektywy wpływu na właściwości reologiczne powłok, zagęszczacze dzielą się na zagęszczacze tiksotropowe i zagęszczacze asocjacyjne. Pod względem wymagań wydajnościowych ilość zagęszczacza powinna być mniejsza, a efekt zagęszczania dobry; nie ulega łatwo erozji pod wpływem enzymów; gdy temperatura lub wartość pH układu się zmienia, lepkość powłoki nie ulegnie znacznemu zmniejszeniu, a pigment i wypełniacz nie ulegną flokulacji. ; Dobra stabilność przechowywania; dobre zatrzymywanie wody, brak wyraźnego zjawiska pienienia i brak niekorzystnych skutków dla wydajności powłoki.
①Zagęszczacz celulozowy
Zagęszczacze celulozowe stosowane w powłokach to głównie metyloceluloza, hydroksyetyloceluloza i hydroksypropylometyloceluloza, przy czym te dwa ostatnie są powszechniej stosowane.
Hydroksyetyloceluloza to produkt otrzymywany przez zastąpienie grup hydroksylowych w jednostkach glukozy naturalnej celulozy grupami hydroksyetylowymi. Specyfikacje i modele produktów rozróżnia się głównie według stopnia podstawienia i lepkości.
Odmiany hydroksyetylocelulozy są również podzielone na typ normalnego rozpuszczania, typ szybkiego rozpraszania i typ stabilności biologicznej. Jeśli chodzi o metodę użycia, hydroksyetylocelulozę można dodawać na różnych etapach procesu produkcji powłoki. Typ szybko rozpraszający można dodawać bezpośrednio w postaci suchego proszku. Jednak wartość pH układu przed dodaniem powinna być mniejsza niż 7, głównie dlatego, że hydroksyetyloceluloza rozpuszcza się powoli przy niskiej wartości pH i jest wystarczająco dużo czasu, aby woda wniknęła do wnętrza cząstek, a następnie wartość pH jest zwiększana, aby szybko się rozpuszczała. Odpowiednie kroki można również wykorzystać do przygotowania określonego stężenia roztworu kleju i dodania go do układu powłokowego.
Hydroksypropylometylocelulozajest produktem otrzymywanym przez zastąpienie grupy hydroksylowej w jednostce glukozy naturalnej celulozy grupą metoksylową, podczas gdy pozostała część jest zastąpiona grupą hydroksypropylową. Jego efekt zagęszczający jest zasadniczo taki sam jak hydroksyetylocelulozy. Jest odporny na degradację enzymatyczną, ale jego rozpuszczalność w wodzie nie jest tak dobra jak hydroksyetylocelulozy i ma wadę żelowania po podgrzaniu. W przypadku powierzchniowo obrobionej hydroksypropylometylocelulozy można ją bezpośrednio dodać do wody podczas użytkowania. Po wymieszaniu i rozproszeniu należy dodać substancje alkaliczne, takie jak woda amoniakalna, aby dostosować wartość pH do 8-9 i mieszać do całkowitego rozpuszczenia. W przypadku hydroksypropylometylocelulozy bez obróbki powierzchniowej można ją namoczyć i spęcznić gorącą wodą powyżej 85°C przed użyciem, a następnie schłodzić do temperatury pokojowej, a następnie wymieszać z zimną wodą lub wodą z lodem, aby całkowicie się rozpuściła.
②Zagęszczacz nieorganiczny
Ten rodzaj zagęszczacza to głównie niektóre aktywowane produkty gliniaste, takie jak bentonit, glina magnezowo-aluminiowa itp. Charakteryzuje się tym, że oprócz efektu zagęszczania ma również dobry efekt zawieszenia, może zapobiegać zatapianiu i nie wpływa na wodoodporność powłoki. Po wyschnięciu powłoki i uformowaniu jej w folię działa ona jako wypełniacz w folii powłokowej itp. Niekorzystnym czynnikiem jest to, że będzie to miało znaczący wpływ na poziomowanie powłoki.
③ Zagęszczacz polimerowy syntetyczny
Syntetyczne zagęszczacze polimerowe są najczęściej stosowane w akrylu i poliuretanie (zagęszczacze asocjacyjne). Zagęszczacze akrylowe to głównie polimery akrylowe zawierające grupy karboksylowe. W wodzie o pH 8-10 grupa karboksylowa dysocjuje i pęcznieje; gdy pH jest większe niż 10, rozpuszcza się w wodzie i traci efekt zagęszczania, więc efekt zagęszczania jest bardzo wrażliwy na wartość pH.
Mechanizm zagęszczania zagęszczacza akrylowego polega na tym, że jego cząsteczki mogą być adsorbowane na powierzchni cząsteczek lateksu w farbie i po pęcznieniu alkalicznym tworzą warstwę powłoki, która zwiększa objętość cząsteczek lateksu, utrudnia ruch Browna cząsteczek i zwiększa lepkość układu farby. Po drugie, pęcznienie zagęszczacza zwiększa lepkość fazy wodnej.
(2) Wpływ zagęszczacza na właściwości powłoki
Wpływ rodzaju zagęszczacza na właściwości reologiczne powłoki jest następujący:
Gdy ilość zagęszczacza wzrasta, lepkość statyczna farby znacznie wzrasta, a trend zmiany lepkości jest zasadniczo stały, gdy farba jest poddawana działaniu zewnętrznej siły ścinającej.
Pod wpływem zagęszczacza lepkość farby gwałtownie spada, gdy jest ona poddawana działaniu siły ścinającej, wykazując pseudoplastyczność.
Stosując hydrofobowo modyfikowany zagęszczacz celulozowy (taki jak EBS451FQ) przy wysokich szybkościach ścinania, lepkość jest nadal wysoka, nawet gdy ilość jest duża.
W przypadku stosowania asocjacyjnych zagęszczaczy poliuretanowych (takich jak WT105A) przy dużych szybkościach ścinania lepkość jest nadal wysoka, nawet gdy ilość jest duża.
W przypadku stosowania zagęszczaczy akrylowych (takich jak ASE60), lepkość statyczna szybko wzrasta przy dużej ilości, ale szybko spada przy większej szybkości ścinania.
3. Zagęszczacz asocjacyjny
(1) mechanizm zagęszczania
Eter celulozowy i pęczniejące w środowisku alkalicznym zagęszczacze akrylowe mogą zagęszczać jedynie fazę wodną, ale nie mają wpływu zagęszczającego na inne składniki farby na bazie wody. Nie mogą również powodować znaczących interakcji między pigmentami w farbie a cząsteczkami emulsji, dlatego reologii farby nie można regulować.
Zagęszczacze asocjacyjne charakteryzują się tym, że oprócz zagęszczania poprzez hydratację, zagęszczają się również poprzez asocjacje między sobą, z rozproszonymi cząstkami i z innymi składnikami w układzie. Asocjacja ta dysocjuje przy wysokich szybkościach ścinania i reasocjuje przy niskich szybkościach ścinania, umożliwiając dostosowanie reologii powłoki.
Mechanizm zagęszczania zagęszczacza asocjacyjnego polega na tym, że jego cząsteczka jest liniowym łańcuchem hydrofilowym, związkiem polimerowym z grupami lipofilowymi na obu końcach, to znaczy, że ma grupy hydrofilowe i hydrofobowe w strukturze, więc ma cechy cząsteczek surfaktantów. natura. Takie cząsteczki zagęszczacza mogą nie tylko uwadniać i pęcznieć, aby zagęścić fazę wodną, ale także tworzyć micele, gdy stężenie jego wodnego roztworu przekroczy pewną wartość. Micele mogą wiązać się z cząsteczkami polimeru emulsji i cząsteczkami pigmentu, które zaadsorbowały dyspergator, tworząc trójwymiarową strukturę sieciową i są ze sobą połączone i splątane, aby zwiększyć lepkość układu.
Co ważniejsze, te asocjacje znajdują się w stanie dynamicznej równowagi, a te powiązane micele mogą zmieniać swoje pozycje, gdy są poddawane działaniu sił zewnętrznych, dzięki czemu powłoka ma właściwości wyrównujące. Ponadto, ponieważ cząsteczka ma kilka miceli, taka struktura zmniejsza tendencję cząsteczek wody do migracji, a tym samym zwiększa lepkość fazy wodnej.
(2) Rola w powłokach
Większość zagęszczaczy asocjacyjnych to poliuretany, a ich względne masy cząsteczkowe wynoszą od 103 do 104 rzędów wielkości, czyli o dwa rzędy wielkości mniej niż w przypadku zwykłych zagęszczaczy poliakrylowych i celulozowych o względnych masach cząsteczkowych wynoszących od 105 do 106. Ze względu na niską masę cząsteczkową efektywny wzrost objętości po uwodnieniu jest mniejszy, więc krzywa lepkości jest bardziej płaska niż w przypadku zagęszczaczy nieasocjacyjnych.
Ze względu na niską masę cząsteczkową zagęszczacza asocjacyjnego jego międzycząsteczkowe splątanie w fazie wodnej jest ograniczone, więc jego efekt zagęszczania na fazę wodną nie jest znaczący. W zakresie niskiej szybkości ścinania konwersja asocjacji między cząsteczkami jest większa niż destrukcja asocjacji między cząsteczkami, cały układ utrzymuje inherentny stan zawiesiny i dyspersji, a lepkość jest zbliżona do lepkości ośrodka dyspersyjnego (wody). Dlatego zagęszczacz asocjacyjny sprawia, że system farb na bazie wody wykazuje niższą pozorną lepkość, gdy znajduje się w obszarze niskiej szybkości ścinania.
Zagęszczacze asocjacyjne zwiększają energię potencjalną między cząsteczkami ze względu na asocjację między cząsteczkami w fazie rozproszonej. W ten sposób potrzeba więcej energii, aby zerwać asocjację między cząsteczkami przy wysokich szybkościach ścinania, a siła ścinająca wymagana do osiągnięcia tego samego odkształcenia ścinającego jest również większa, tak że układ wykazuje wyższą szybkość ścinania przy wysokich szybkościach ścinania. Lepkość pozorna. Wyższa lepkość przy wysokim ścinaniu i niższa lepkość przy niskim ścinaniu mogą po prostu zrekompensować brak wspólnych zagęszczaczy we właściwościach reologicznych farby, to znaczy, że dwa zagęszczacze można stosować w połączeniu, aby dostosować płynność farby lateksowej. Zmienna wydajność, aby spełnić kompleksowe wymagania dotyczące powlekania grubą warstwą i przepływu warstwy powłoki.
Czas publikacji: 28-kwi-2024