1. Definiția și funcția agentului de îngroșare
Aditivii care pot crește semnificativ vâscozitatea vopselelor pe bază de apă se numesc agenți de îngroșare.
Agenții de îngroșare joacă un rol important în producerea, depozitarea și fabricarea acoperirilor.
Funcția principală a agentului de îngroșare este de a crește vâscozitatea acoperirii pentru a îndeplini cerințele diferitelor etape de utilizare. Cu toate acestea, vâscozitatea necesară acoperirii în diferite etape este diferită. De exemplu:
În timpul procesului de depozitare, este de dorit să existe o vâscozitate ridicată pentru a preveni tasarea pigmentului;
În timpul procesului de construcție, este de dorit să existe o vâscozitate moderată pentru a asigura o bună pensulabilitate a vopselei, fără a păta excesiv vopseaua;
După construcție, se speră ca vâscozitatea să poată reveni rapid la o vâscozitate ridicată după o scurtă întârziere (proces de nivelare) pentru a preveni lăsarea.
Fluiditatea acoperirilor pe bază de apă este non-newtoniană.
Când vâscozitatea vopselei scade odată cu creșterea forței de forfecare, aceasta se numește fluid pseudoplastic, iar cea mai mare parte a vopselei este un fluid pseudoplastic.
Când comportamentul de curgere al unui fluid pseudoplastic este legat de istoricul său, adică este dependent de timp, acesta se numește fluid tixotrop.
Când fabricăm acoperiri, încercăm adesea în mod conștient să le facem tixotropice, cum ar fi prin adăugarea de aditivi.
Când tixotropia acoperirii este adecvată, aceasta poate rezolva contradicțiile diferitelor etape ale acoperirii și poate satisface nevoile tehnice ale diferitelor vâscozități ale acoperirii în etapele de depozitare, nivelare a construcției și uscare.
Unii agenți de îngroșare pot conferi vopselei o tixotropie ridicată, astfel încât aceasta să aibă o vâscozitate mai mare în repaus sau la o rată de forfecare scăzută (cum ar fi depozitarea sau transportul), pentru a preveni tasarea pigmentului din vopsea. Iar la o rată de forfecare mare (cum ar fi procesul de acoperire), aceasta are o vâscozitate scăzută, astfel încât acoperirea are o curgere și o nivelare suficiente.
Tixotropia este reprezentată de indicele tixotropic TI și măsurată cu viscozimetrul Brookfield.
TI = vâscozitate (măsurată la 6 r/min) / vâscozitate (măsurată la 60 r/min)
2. Tipuri de agenți de îngroșare și efectele acestora asupra proprietăților de acoperire
(1) Tipuri În ceea ce privește compoziția chimică, agenții de îngroșare se împart în două categorii: organici și anorganici.
Tipurile anorganice includ bentonită, atapulgit, silicat de aluminiu și magneziu, silicat de litiu și magneziu etc., tipuri organice precum metilceluloză, hidroxietilceluloză, poliacrilat, polimetacrilat, acid acrilic sau homopolimer sau copolimer metil acrilic și poliuretan etc.
Din perspectiva influenței asupra proprietăților reologice ale acoperirilor, agenții de îngroșare se împart în agenți de îngroșare tixotropici și agenți de îngroșare asociativi. În ceea ce privește cerințele de performanță, cantitatea de agent de îngroșare trebuie să fie mai mică, iar efectul de îngroșare să fie bun; nu este ușor de erodat de enzime; atunci când temperatura sau valoarea pH-ului sistemului se modifică, vâscozitatea acoperirii nu va fi redusă semnificativ, iar pigmentul și umplutura nu vor fi floculate. ; Stabilitate bună la depozitare; retenție bună a apei, fără fenomene evidente de spumare și fără efecte adverse asupra performanței peliculei de acoperire.
①Agen de îngroșare a celulozei
Agenții de îngroșare ai celulozei utilizați în acoperiri sunt în principal metilceluloza, hidroxietilceluloza și hidroxipropilmetilceluloza, iar ultimele două sunt mai frecvent utilizate.
Hidroxietilceluloza este un produs obținut prin înlocuirea grupărilor hidroxil de pe unitățile de glucoză ale celulozei naturale cu grupări hidroxietil. Specificațiile și modelele produselor se disting în principal în funcție de gradul de substituție și vâscozitate.
Varietățile de hidroxietilceluloză sunt, de asemenea, împărțite în tipuri cu dizolvare normală, tipuri cu dispersie rapidă și tipuri cu stabilitate biologică. În ceea ce privește metoda de utilizare, hidroxietilceluloza poate fi adăugată în diferite etape ale procesului de producție a acoperirii. Tipul cu dispersie rapidă poate fi adăugat direct sub formă de pulbere uscată. Cu toate acestea, valoarea pH-ului sistemului înainte de adăugare trebuie să fie mai mică de 7, în principal deoarece hidroxietilceluloza se dizolvă lent la valori scăzute ale pH-ului și există suficient timp pentru ca apa să se infiltreze în interiorul particulelor, iar apoi valoarea pH-ului este crescută pentru a se dizolva rapid. De asemenea, se pot utiliza etape corespunzătoare pentru a prepara o anumită concentrație de soluție de adeziv și a o adăuga în sistemul de acoperire.
Hidroxipropilmetilcelulozăeste un produs obținut prin înlocuirea grupării hidroxil de pe unitatea de glucoză a celulozei naturale cu o grupare metoxi, în timp ce cealaltă parte este înlocuită cu o grupare hidroxipropil. Efectul său de îngroșare este practic același cu cel al hidroxietilcelulozei. Este rezistentă la degradarea enzimatică, dar solubilitatea sa în apă nu este la fel de bună ca cea a hidroxietilcelulozei și are dezavantajul de a se gelifica la încălzire. Pentru hidroxipropilmetilceluloza tratată la suprafață, aceasta poate fi adăugată direct în apă atunci când este utilizată. După agitare și dispersare, adăugați substanțe alcaline, cum ar fi apa cu amoniac, pentru a ajusta valoarea pH-ului la 8-9 și amestecați până la dizolvarea completă. Pentru hidroxipropilmetilceluloza fără tratament de suprafață, aceasta poate fi înmuiată și umflată cu apă fierbinte peste 85°C înainte de utilizare, apoi răcită la temperatura camerei, apoi agitată cu apă rece sau apă cu gheață pentru a o dizolva complet.
②Agen de îngroșare anorganic
Acest tip de agent de îngroșare este în principal un produs din argilă activată, cum ar fi bentonita, argila silicată de magneziu și aluminiu etc. Se caracterizează prin faptul că, pe lângă efectul de îngroșare, are și un bun efect de suspensie, poate preveni scufundarea și nu va afecta rezistența la apă a stratului de acoperire. După ce stratul de acoperire este uscat și format într-o peliculă, acesta acționează ca umplutură în pelicula de acoperire etc. Factorul nefavorabil este că va afecta semnificativ nivelarea stratului de acoperire.
③ Agent de îngroșare polimeric sintetic
Agenții de îngroșare polimerici sintetici sunt utilizați în principal în acrilic și poliuretan (agenți de îngroșare asociativi). Agenții de îngroșare acrilici sunt în mare parte polimeri acrilici care conțin grupări carboxil. În apa cu un pH de 8-10, gruparea carboxil se disociază și se umflă; când valoarea pH-ului este mai mare de 10, se dizolvă în apă și își pierde efectul de îngroșare, astfel încât efectul de îngroșare este foarte sensibil la valoarea pH-ului.
Mecanismul de îngroșare al agentului de îngroșare acrilat constă în faptul că particulele sale pot fi adsorbite pe suprafața particulelor de latex din vopsea și, după umflarea alcalină, formează un strat de acoperire, ceea ce crește volumul particulelor de latex, împiedică mișcarea browniană a particulelor și crește vâscozitatea sistemului de vopsea. În al doilea rând, umflarea agentului de îngroșare crește vâscozitatea fazei apoase.
(2) Influența agentului de îngroșare asupra proprietăților de acoperire
Efectul tipului de îngroșător asupra proprietăților reologice ale acoperirii este următorul:
Când cantitatea de îngroșător crește, vâscozitatea statică a vopselei crește semnificativ, iar tendința de modificare a vâscozității este practic constantă atunci când este supusă unei forțe externe de forfecare.
Sub efectul agentului de îngroșare, vâscozitatea vopselei scade rapid atunci când este supusă unei forțe de forfecare, prezentând pseudoplasticitate.
Folosind un agent de îngroșare al celulozei modificate hidrofob (cum ar fi EBS451FQ), la rate de forfecare mari, vâscozitatea rămâne ridicată chiar și atunci când cantitatea este mare.
Folosind agenți de îngroșare poliuretanici asociativi (cum ar fi WT105A), la rate de forfecare mari, vâscozitatea rămâne ridicată chiar și atunci când cantitatea este mare.
Folosind agenți de îngroșare acrilici (cum ar fi ASE60), deși vâscozitatea statică crește rapid atunci când cantitatea este mare, vâscozitatea scade rapid la o rată de forfecare mai mare.
3. Îngroșător asociativ
(1) mecanism de îngroșare
Eterul de celuloză și agenții de îngroșare acrilici umflabili la nivel alcalin pot îngroșa doar faza apoasă, dar nu au efect de îngroșare asupra altor componente din vopseaua pe bază de apă și nici nu pot provoca o interacțiune semnificativă între pigmenții din vopsea și particulele emulsiei, astfel încât reologia vopselei nu poate fi ajustată.
Agenții de îngroșare asociativi se caracterizează prin faptul că, pe lângă îngroșarea prin hidratare, se îngroașă și prin asocieri între ei, cu particule dispersate și cu alte componente din sistem. Această asociere se disociază la rate mari de forfecare și se reasociază la rate mici de forfecare, permițând ajustarea reologiei acoperirii.
Mecanismul de îngroșare al agentului de îngroșare asociativ constă în faptul că molecula sa este un lanț hidrofil liniar, un compus polimeric cu grupări lipofile la ambele capete, adică are grupări hidrofile și hidrofobe în structură, deci are caracteristicile moleculelor de surfactant. Astfel de molecule de îngroșare nu numai că se pot hidrata și umfla pentru a îngroșa faza apoasă, dar pot forma și micele atunci când concentrația soluției sale apoase depășește o anumită valoare. Micelele se pot asocia cu particulele de polimer ale emulsiei și cu particulele de pigment care au adsorbit dispersantul pentru a forma o structură de rețea tridimensională și sunt interconectate și încurcate pentru a crește vâscozitatea sistemului.
Mai important este faptul că aceste asociații se află într-o stare de echilibru dinamic, iar acele micele asociate își pot ajusta pozițiile atunci când sunt supuse unor forțe externe, astfel încât acoperirea să aibă proprietăți de nivelare. În plus, deoarece molecula are mai multe micele, această structură reduce tendința moleculelor de apă de a migra și, prin urmare, crește vâscozitatea fazei apoase.
(2) Rolul în acoperiri
Majoritatea agenților de îngroșare asociativi sunt poliuretani, iar greutățile lor moleculare relative sunt cuprinse între 10³ și 10⁴ ordine de mărime, cu două ordine de mărime mai mici decât acidul poliacrilic obișnuit și agenții de îngroșare ai celulozei cu greutăți moleculare relative cuprinse între 10⁵ și 10⁶. Datorită greutății moleculare reduse, creșterea volumului efectiv după hidratare este mai mică, astfel încât curba sa de vâscozitate este mai plată decât cea a agenților de îngroșare neasociativi.
Datorită greutății moleculare reduse a îngroșătorului asociativ, încurcătura sa intermoleculară în faza apoasă este limitată, astfel încât efectul său de îngroșare asupra fazei apoase nu este semnificativ. În intervalul cu rată de forfecare scăzută, conversia de asociere dintre molecule este mai mare decât distrugerea asocierii dintre molecule, întregul sistem menține o stare inerentă de suspensie și dispersie, iar vâscozitatea este apropiată de vâscozitatea mediului de dispersie (apa). Prin urmare, îngroșătorul asociativ face ca sistemul de vopsea pe bază de apă să prezinte o vâscozitate aparentă mai mică atunci când se află în regiunea cu rată de forfecare scăzută.
Agenții de îngroșare asociativi cresc energia potențială dintre molecule datorită asocierii dintre particulele din faza dispersată. În acest fel, este nevoie de mai multă energie pentru a rupe asocierea dintre molecule la rate mari de forfecare, iar forța de forfecare necesară pentru a obține aceeași tensiune de forfecare este, de asemenea, mai mare, astfel încât sistemul prezintă o rată de forfecare mai mare la rate mari de forfecare. Vâscozitate aparentă. Vâscozitatea mai mare la forfecare mare și vâscozitatea mai mică la forfecare mică pot compensa lipsa agenților de îngroșare comuni în proprietățile reologice ale vopselei, adică cei doi agenți de îngroșare pot fi utilizați în combinație pentru a ajusta fluiditatea vopselei latex. Performanță variabilă, pentru a satisface cerințele complete de acoperire în peliculă groasă și curgere a peliculei de acoperire.
Data publicării: 28 aprilie 2024