1. Definicja i funkcja zagęszczacza
Dodatki, które mogą znacząco 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 na różnych etapach 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 trakcie prac budowlanych pożądane jest, aby farba miała umiarkowaną lepkość, aby zapewnić jej dobrą rozprowadzalność pędzlem i uniknąć nadmiernego plamienia;
Po zakończeniu budowy zakłada się, że lepkość szybko powróci do wysokiej wartości po krótkim opóźnieniu (proces poziomowania), aby zapobiec uginaniu się.
Płynność powłok wodorozcieńczalnych jest nienewtonowska.
Gdy lepkość farby zmniejsza się wraz ze wzrostem siły ścinającej, nazywa się ją płynem pseudoplastycznym. Większość farb jest płynem pseudoplastycznym.
Gdy 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 wymagania 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 (np. podczas przechowywania lub transportu), zapobiegając w ten sposób osadzaniu się pigmentu w farbie. Natomiast przy wysokiej szybkości ścinania (np. podczas powlekania) farba ma niską lepkość, co zapewnia odpowiednią płynność i rozlewność powłoki.
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 typów nieorganicznych zalicza się bentonit, atapulgit, krzemian glinowo-magnezowy, krzemian litowo-magnezowy itp., zaś do typów organicznych – metyloceluloza, hydroksyetyloceluloza, poliakrylan, polimetakrylan, kwas akrylowy lub homopolimer lub kopolimer metyloakrylowy i poliuretan itp.
Z punktu widzenia wpływu na właściwości reologiczne powłok, zagęszczacze dzielą się na tiksotropowe i asocjacyjne. Pod względem wymagań wydajnościowych, ilość zagęszczacza powinna być mniejsza, a efekt zagęszczania dobry; nie ulega łatwo erozji pod wpływem enzymów; zmiana temperatury lub wartości pH układu nie powoduje znaczącego spadku lepkości powłoki, a pigment i wypełniacz nie ulegają flokulacji. Dobra stabilność podczas przechowywania; dobre zatrzymywanie wody, brak widocznego zjawiska pienienia i brak negatywnego wpływu na właściwości powłoki.
①Zagęszczacz celulozowy
Zagęszczaczami celulozowymi stosowanymi w powłokach są głównie metyloceluloza, hydroksyetyloceluloza i hydroksypropylometyloceluloza, przy czym te dwa ostatnie są częściej stosowane.
Hydroksyetyloceluloza to produkt otrzymywany przez zastąpienie grup hydroksylowych w jednostkach glukozy naturalnej celulozy grupami hydroksyetylowymi. Specyfikacje i modele produktów rozróżnia się głównie w zależności od stopnia podstawienia i lepkości.
Odmiany hydroksyetylocelulozy dzielą się również na typ rozpuszczalny normalnie, typ szybko dyspergujący i typ o stabilności biologicznej. Jeśli chodzi o metodę użycia, hydroksyetylocelulozę można dodawać na różnych etapach procesu produkcji powłoki. Typ szybko dyspergujący można dodawać bezpośrednio w postaci suchego proszku. Jednakże, wartość pH systemu przed dodaniem powinna być mniejsza niż 7, głównie dlatego, że hydroksyetyloceluloza rozpuszcza się powoli przy niskim pH i jest wystarczająco dużo czasu, aby woda wniknęła do wnętrza cząstek, a następnie wartość pH jest zwiększana, aby umożliwić szybkie rozpuszczenie. Odpowiednie kroki można również zastosować w celu przygotowania określonego stężenia roztworu kleju i dodania go do systemu powlekania.
HydroksypropylometylocelulozaJest produktem otrzymywanym przez zastąpienie grupy hydroksylowej w jednostce glukozy naturalnej celulozy grupą metoksylową, podczas gdy pozostała część jest zastąpiona grupą hydroksypropylową. Jej działanie zagęszczające jest zasadniczo takie samo jak hydroksyetylocelulozy. Jest odporna na degradację enzymatyczną, ale jej rozpuszczalność w wodzie nie jest tak dobra jak hydroksyetylocelulozy i ma wadę żelowania po podgrzaniu. W przypadku hydroksypropylometylocelulozy poddanej obróbce powierzchniowej, można ją bezpośrednio dodać do wody w momencie użycia. Po wymieszaniu i zdyspergowaniu, 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 w gorącej wodzie 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 aktywowane produkty gliniaste, takie jak bentonit, glinka magnezowo-glinianowa itp. Charakteryzuje się on tym, że oprócz działania zagęszczającego, ma również dobre właściwości zawiesinowe, zapobiega opadaniu i nie wpływa na wodoodporność powłoki. Po wyschnięciu i uformowaniu powłoki w folię, działa ona jako wypełniacz w warstwie powłoki itp. Niekorzystnym czynnikiem jest to, że znacząco wpływa na poziomowanie powłoki.
③ Zagęszczacz polimerowy syntetyczny
Syntetyczne zagęszczacze polimerowe są najczęściej stosowane w akrylach i poliuretanach (zagęszczacze asocjacyjne). Zagęszczacze akrylowe to głównie polimery akrylowe zawierające grupy karboksylowe. W wodzie o pH 8-10 grupa karboksylowa dysocjuje i pęcznieje; przy pH powyżej 10 grupa karboksylowa rozpuszcza się w wodzie i traci właściwości zagęszczające, dlatego efekt zagęszczania jest bardzo wrażliwy na wartość pH.
Mechanizm zagęszczania zagęszczacza akrylowego polega na tym, że jego cząsteczki mogą adsorbować się na powierzchni cząsteczek lateksu w farbie i po spęcznieniu alkalicznym tworzą warstwę powłoki, co zwiększa objętość cząsteczek lateksu, utrudnia ruchy 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:
Wraz ze wzrostem ilości zagęszczacza, lepkość statyczna farby znacząco wzrasta, a tendencja zmiany lepkości jest zasadniczo stała, gdy farba jest poddawana działaniu zewnętrznej siły ścinającej.
Pod wpływem zagęszczacza lepkość farby gwałtownie spada, gdy poddaje się ją 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.
Stosując asocjacyjne zagęszczacze poliuretanowe (takie jak WT105A) przy dużych szybkościach ścinania, lepkość jest nadal wysoka, nawet gdy ilość jest duża.
W przypadku stosowania zagęszczaczy akrylowych (takich jak ASE60), chociaż lepkość statyczna szybko rośnie, gdy ilość jest duża, to lepkość szybko spada przy wyższej szybkości ścinania.
3. Zagęszczacz asocjacyjny
(1) mechanizm zagęszczania
Eter celulozowy i pęczniejące w środowisku alkalicznym zagęszczacze akrylowe mogą jedynie zagęszczać fazę wodną, ale nie mają wpływu zagęszczającego na inne składniki farby na bazie wody. Nie mogą też powodować znaczącej 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 cząsteczkami rozproszonymi oraz z innymi składnikami układu. Asocjacja ta dysocjuje przy wysokich szybkościach ścinania i reasocjacji przy niskich szybkościach ścinania, umożliwiając regulację reologii powłoki.
Mechanizm zagęszczania zagęszczacza asocjacyjnego polega na tym, że jego cząsteczka jest liniowym łańcuchem hydrofilowym, związkiem polimerowym z grupami lipofilowymi na obu końcach, co oznacza, że posiada w strukturze grupy hydrofilowe i hydrofobowe, dzięki czemu wykazuje cechy cząsteczek surfaktantów. Takie cząsteczki zagęszczacza mogą nie tylko hydratować i pęcznieć, zagęszczając fazę wodną, ale także tworzyć micele, gdy stężenie roztworu wodnego przekroczy określoną wartość. Micele mogą wiązać się z cząsteczkami polimeru emulsji i cząsteczkami pigmentu, które zaadsorbowały dyspergator, tworząc trójwymiarową strukturę sieciową, a następnie łączyć się i splątywać, zwiększając lepkość układu.
Co ważniejsze, te asocjacje znajdują się w stanie równowagi dynamicznej, a skojarzone micele mogą zmieniać swoje położenie pod wpływem 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, których względne masy cząsteczkowe mieszczą się w przedziale 103-104 rzędów wielkości, czyli o dwa rzędy wielkości mniej niż w przypadku zwykłych zagęszczaczy na bazie kwasu poliakrylowego i celulozy o względnych masach cząsteczkowych wynoszących 105-106. Ze względu na niską masę cząsteczkową, efektywny wzrost objętości po hydratacji jest mniejszy, dlatego krzywa lepkości jest bardziej płaska niż w przypadku zagęszczaczy nieasocjacyjnych.
Ze względu na niską masę cząsteczkową zagęszczacza asocjacyjnego, jego splątanie międzycząsteczkowe w fazie wodnej jest ograniczone, dlatego jego efekt zagęszczający na fazę wodną nie jest znaczący. W zakresie niskich szybkości ścinania konwersja asocjacji między cząsteczkami jest większa niż destrukcja asocjacji między cząsteczkami, cały układ utrzymuje naturalny 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 lepkość pozorną w zakresie niskich szybkości ścinania.
Zagęszczacze asocjacyjne zwiększają energię potencjalną między cząsteczkami dzięki asocjacji między cząsteczkami w fazie rozproszonej. W ten sposób potrzeba więcej energii, aby rozerwać asocjację między cząsteczkami przy wysokich szybkościach ścinania, a siła ścinająca wymagana do osiągnięcia tego samego odkształcenia ścinającego jest również większa, dzięki czemu układ wykazuje wyższą szybkość ścinania przy wysokich szybkościach ścinania. Lepkość pozorna. Wyższa lepkość przy wysokich szybkościach ścinania i niższa lepkość przy niskich szybkościach ścinania mogą zrekompensować brak wspólnych zagęszczaczy we właściwościach reologicznych farby, co oznacza, że oba zagęszczacze można stosować w połączeniu w celu regulacji płynności farby lateksowej. Zmienna wydajność, aby spełnić kompleksowe wymagania dotyczące nakładania grubych warstw i przepływu powłoki.
Czas publikacji: 28-04-2024