1. Definição e função do espessante
Aditivos que podem aumentar significativamente a viscosidade de tintas à base de água são chamados espessantes.
Os espessantes desempenham um papel importante na produção, armazenamento e construção de revestimentos.
A principal função do espessante é aumentar a viscosidade do revestimento para atender aos requisitos das diferentes etapas de uso. No entanto, a viscosidade exigida pelo revestimento em cada etapa é diferente. Por exemplo:
Durante o processo de armazenamento, é desejável ter uma alta viscosidade para evitar que o pigmento se deposite;
Durante o processo de construção, é desejável ter uma viscosidade moderada para garantir que a tinta tenha boa pincelabilidade sem manchas excessivas;
Após a construção, espera-se que a viscosidade possa retornar rapidamente a um nível alto após um curto período de tempo (processo de nivelamento) para evitar flacidez.
A fluidez dos revestimentos à base de água não é newtoniana.
Quando a viscosidade da tinta diminui com o aumento da força de cisalhamento, ela é chamada de fluido pseudoplástico, e a maior parte da tinta é um fluido pseudoplástico.
Quando o comportamento do fluxo de um fluido pseudoplástico está relacionado à sua história, ou seja, é dependente do tempo, ele é chamado de fluido tixotrópico.
Ao fabricar revestimentos, muitas vezes tentamos conscientemente torná-los tixotrópicos, por exemplo, adicionando aditivos.
Quando a tixotropia do revestimento é apropriada, ela pode resolver as contradições dos vários estágios do revestimento e atender às necessidades técnicas das diferentes viscosidades do revestimento nos estágios de armazenamento, nivelamento da construção e secagem.
Alguns espessantes podem conferir à tinta alta tixotropia, resultando em maior viscosidade em repouso ou em baixas taxas de cisalhamento (como durante o armazenamento ou transporte), evitando a sedimentação do pigmento na tinta. Em altas taxas de cisalhamento (como no processo de revestimento), a viscosidade é baixa, permitindo que o revestimento tenha fluidez e nivelamento suficientes.
A tixotropia é representada pelo índice tixotrópico TI e medida pelo viscosímetro de Brookfield.
TI=viscosidade (medida a 6r/min)/viscosidade (medida a 60r/min)
2. Tipos de espessantes e seus efeitos nas propriedades do revestimento
(1) Tipos Em termos de composição química, os espessantes são divididos em duas categorias: orgânicos e inorgânicos.
Os tipos inorgânicos incluem bentonita, atapulgita, silicato de alumínio e magnésio, silicato de lítio e magnésio, etc., tipos orgânicos como metilcelulose, hidroxietilcelulose, poliacrilato, polimetacrilato, ácido acrílico ou homopolímero ou copolímero de metil acrílico e poliuretano, etc.
Do ponto de vista da influência nas propriedades reológicas dos revestimentos, os espessantes são divididos em espessantes tixotrópicos e espessantes associativos. Em termos de requisitos de desempenho, a quantidade de espessante deve ser menor e o efeito espessante é bom; não é facilmente corroído por enzimas; quando a temperatura ou o valor de pH do sistema mudam, a viscosidade do revestimento não será significativamente reduzida e o pigmento e a carga não serão floculados. ; Boa estabilidade de armazenamento; boa retenção de água, sem fenômeno óbvio de formação de espuma e sem efeitos adversos no desempenho do filme de revestimento.
①Espessante de celulose
Os espessantes de celulose usados em revestimentos são principalmente metilcelulose, hidroxietilcelulose e hidroxipropilmetilcelulose, sendo os dois últimos mais comumente usados.
A hidroxietilcelulose é um produto obtido pela substituição dos grupos hidroxila das unidades de glicose da celulose natural por grupos hidroxietil. As especificações e modelos dos produtos são diferenciados principalmente pelo grau de substituição e pela viscosidade.
As variedades de hidroxietilcelulose também são divididas em tipo de dissolução normal, tipo de dispersão rápida e tipo de estabilidade biológica. Quanto ao método de uso, a hidroxietilcelulose pode ser adicionada em diferentes estágios do processo de produção do revestimento. O tipo de dispersão rápida pode ser adicionado diretamente na forma de pó seco. No entanto, o valor de pH do sistema antes da adição deve ser inferior a 7, principalmente porque a hidroxietilcelulose se dissolve lentamente em valores de pH baixos, e há tempo suficiente para a água se infiltrar no interior das partículas, e então o valor de pH é aumentado para que ela se dissolva rapidamente. As etapas correspondentes também podem ser usadas para preparar uma certa concentração de solução de cola e adicioná-la ao sistema de revestimento.
HidroxipropilmetilceluloseÉ um produto obtido pela substituição do grupo hidroxila na unidade de glicose da celulose natural por um grupo metoxi, enquanto a outra parte é substituída por um grupo hidroxipropil. Seu efeito espessante é basicamente o mesmo da hidroxietilcelulose. E é resistente à degradação enzimática, mas sua solubilidade em água não é tão boa quanto a da hidroxietilcelulose e tem a desvantagem de gelificar quando aquecida. Para a hidroxipropilmetilcelulose com tratamento de superfície, ela pode ser adicionada diretamente à água quando usada. Após agitar e dispersar, adicione substâncias alcalinas, como água com amônia, para ajustar o valor de pH para 8-9 e mexa até dissolver completamente. Para hidroxipropilmetilcelulose sem tratamento de superfície, ela pode ser embebida e inchada com água quente acima de 85 ° C antes do uso e, em seguida, resfriada à temperatura ambiente e, em seguida, misturada com água fria ou água gelada para dissolvê-la completamente.
②Espessante inorgânico
Este tipo de espessante é composto principalmente por alguns produtos de argila ativada, como bentonita, argila de silicato de alumínio e magnésio, etc. Sua principal característica é que, além do efeito espessante, também possui um bom efeito de suspensão, prevenindo o afundamento e não afetando a resistência à água do revestimento. Após a secagem e a formação do filme, o revestimento atua como enchimento na película de revestimento, etc. O fator desfavorável é que ele afeta significativamente o nivelamento do revestimento.
③ Espessante de polímero sintético
Espessantes poliméricos sintéticos são usados principalmente em acrílico e poliuretano (espessantes associativos). Espessantes acrílicos são, em sua maioria, polímeros acrílicos contendo grupos carboxila. Em água com pH entre 8 e 10, o grupo carboxila se dissocia e incha; quando o pH é superior a 10, ele se dissolve na água e perde o efeito espessante, portanto, o efeito espessante é muito sensível ao pH.
O mecanismo de espessamento do espessante de acrilato é que suas partículas podem ser adsorvidas na superfície das partículas de látex na tinta e formar uma camada de revestimento após o inchaço alcalino, o que aumenta o volume das partículas de látex, dificulta o movimento browniano das partículas e aumenta a viscosidade do sistema de tinta. ; Em segundo lugar, o inchaço do espessante aumenta a viscosidade da fase aquosa.
(2) Influência do espessante nas propriedades do revestimento
O efeito do tipo de espessante nas propriedades reológicas do revestimento é o seguinte:
Quando a quantidade de espessante aumenta, a viscosidade estática da tinta aumenta significativamente, e a tendência de mudança de viscosidade é basicamente consistente quando submetida a uma força de cisalhamento externa.
Com o efeito do espessante, a viscosidade da tinta cai rapidamente quando submetida à força de cisalhamento, apresentando pseudoplasticidade.
Usando um espessante de celulose modificado hidrofobicamente (como o EBS451FQ), em altas taxas de cisalhamento, a viscosidade ainda é alta quando a quantidade é grande.
Usando espessantes de poliuretano associativos (como WT105A), em altas taxas de cisalhamento, a viscosidade ainda é alta quando a quantidade é grande.
Usando espessantes acrílicos (como ASE60), embora a viscosidade estática aumente rapidamente quando a quantidade é grande, a viscosidade diminui rapidamente em uma taxa de cisalhamento mais alta.
3. Espessante associativo
(1) mecanismo de espessamento
Éter de celulose e espessantes acrílicos expansíveis em álcalis podem engrossar apenas a fase aquosa, mas não têm efeito espessante sobre outros componentes da tinta à base de água, nem podem causar interação significativa entre os pigmentos da tinta e as partículas da emulsão, portanto a reologia da tinta não pode ser ajustada.
Espessantes associativos caracterizam-se pelo fato de que, além de espessarem por hidratação, também espessam por associações entre si, com partículas dispersas e com outros componentes do sistema. Essa associação se dissocia em altas taxas de cisalhamento e se reassocia em baixas taxas de cisalhamento, permitindo o ajuste da reologia do revestimento.
O mecanismo de espessamento do espessante associativo é que sua molécula é uma cadeia hidrofílica linear, um composto polimérico com grupos lipofílicos em ambas as extremidades, ou seja, possui grupos hidrofílicos e hidrofóbicos em sua estrutura, apresentando, portanto, as características de moléculas surfactantes. Tais moléculas espessantes podem não apenas hidratar e inchar para engrossar a fase aquosa, mas também formar micelas quando a concentração de sua solução aquosa excede um determinado valor. As micelas podem se associar às partículas poliméricas da emulsão e às partículas de pigmento que adsorveram o dispersante para formar uma estrutura de rede tridimensional, interconectando-se e entrelaçando-se para aumentar a viscosidade do sistema.
O mais importante é que essas associações estejam em equilíbrio dinâmico, e as micelas associadas possam ajustar suas posições quando submetidas a forças externas, de modo que o revestimento tenha propriedades de nivelamento. Além disso, como a molécula possui várias micelas, essa estrutura reduz a tendência das moléculas de água de migrarem, aumentando assim a viscosidade da fase aquosa.
(2) O papel dos revestimentos
A maioria dos espessantes associativos são poliuretanos, e seus pesos moleculares relativos estão entre 103 e 104 ordens de grandeza, duas ordens de grandeza menores que os espessantes comuns de ácido poliacrílico e celulose, com pesos moleculares relativos entre 105 e 106. Devido ao baixo peso molecular, o aumento efetivo de volume após a hidratação é menor, portanto, sua curva de viscosidade é mais plana do que a dos espessantes não associativos.
Devido ao baixo peso molecular do espessante associativo, seu entrelaçamento intermolecular na fase aquosa é limitado, de modo que seu efeito espessante na fase aquosa não é significativo. Na faixa de baixa taxa de cisalhamento, a conversão de associação entre moléculas é maior do que a destruição de associação entre moléculas, todo o sistema mantém um estado inerente de suspensão e dispersão, e a viscosidade é próxima à viscosidade do meio de dispersão (água). Portanto, o espessante associativo faz com que o sistema de tinta à base de água apresente menor viscosidade aparente quando estiver na região de baixa taxa de cisalhamento.
Espessantes associativos aumentam a energia potencial entre as moléculas devido à associação entre as partículas na fase dispersa. Dessa forma, mais energia é necessária para romper a associação entre as moléculas em altas taxas de cisalhamento, e a força de cisalhamento necessária para atingir a mesma deformação de cisalhamento também é maior, de modo que o sistema exibe uma taxa de cisalhamento mais alta em altas taxas de cisalhamento. Viscosidade aparente. A maior viscosidade em alto cisalhamento e a menor viscosidade em baixo cisalhamento podem compensar a falta de espessantes comuns nas propriedades reológicas da tinta, ou seja, os dois espessantes podem ser usados em combinação para ajustar a fluidez da tinta látex. Desempenho variável, para atender aos requisitos abrangentes de revestimento em filme espesso e fluxo de filme de revestimento.
Horário da publicação: 28/04/2024