1. Определение и функция загустителя
Добавки, которые могут значительно повысить вязкость красок на водной основе, называются загустителями.
Загустители играют важную роль в производстве, хранении и создании покрытий.
Основная функция загустителя — повышение вязкости покрытия для удовлетворения требований различных стадий использования. Однако вязкость, требуемая покрытием на различных стадиях, различна. Например:
В процессе хранения желательно иметь высокую вязкость, чтобы предотвратить оседание пигмента;
В процессе строительства желательно иметь умеренную вязкость, чтобы обеспечить хорошую наносимость краски кистью без чрезмерного образования пятен;
После завершения строительства предполагается, что вязкость может быстро вернуться к высокому уровню после короткой выдержки (процесс выравнивания), чтобы предотвратить провисание.
Текучесть покрытий на водной основе является неньютоновской.
Когда вязкость краски уменьшается с увеличением силы сдвига, ее называют псевдопластичной жидкостью, и большая часть краски представляет собой псевдопластичную жидкость.
Когда поведение потока псевдопластичной жидкости связано с ее историей, то есть зависит от времени, ее называют тиксотропной жидкостью.
При производстве покрытий мы часто сознательно пытаемся сделать их тиксотропными, например, добавляя добавки.
При соответствующей тиксотропности покрытия оно может разрешить противоречия различных стадий нанесения покрытия и удовлетворить технические потребности различной вязкости покрытия на этапах хранения, выравнивания при строительстве и сушки.
Некоторые загустители могут придавать краске высокую тиксотропность, так что она имеет более высокую вязкость в состоянии покоя или при низкой скорости сдвига (например, при хранении или транспортировке), чтобы предотвратить осаждение пигмента в краске. А при высокой скорости сдвига (например, в процессе нанесения покрытия) она имеет низкую вязкость, так что покрытие имеет достаточную текучесть и выравнивание.
Тиксотропность представлена индексом тиксотропности TI и измеряется вискозиметром Брукфилда.
TI=вязкость (измеренная при 6 об/мин)/вязкость (измеренная при 60 об/мин)
2. Типы загустителей и их влияние на свойства покрытия
(1) Типы По химическому составу загустители делятся на две категории: органические и неорганические.
Неорганические типы включают бентонит, аттапульгит, алюмо-магниевый силикат, литий-магниевый силикат и т. д., органические типы, такие как метилцеллюлоза, гидроксиэтилцеллюлоза, полиакрилат, полиметакрилат, акриловая кислота или метилакриловый гомополимер или сополимер и полиуретан и т. д.
С точки зрения влияния на реологические свойства покрытий загустители делятся на тиксотропные и ассоциативные. С точки зрения требований к производительности количество загустителя должно быть меньше, а эффект загущения хорошим; он не должен легко разрушаться ферментами; при изменении температуры или значения pH системы вязкость покрытия не будет значительно снижаться, а пигмент и наполнитель не будут флоккулировать. ; Хорошая стабильность при хранении; хорошее удержание воды, отсутствие явного явления пенообразования и отсутствие неблагоприятного воздействия на производительность пленки покрытия.
①Целлюлозный загуститель
В качестве загустителей на основе целлюлозы в покрытиях в основном используются метилцеллюлоза, гидроксиэтилцеллюлоза и гидроксипропилметилцеллюлоза, причем последние два используются чаще.
Гидроксиэтилцеллюлоза — продукт, полученный путем замены гидроксильных групп на глюкозных единицах натуральной целлюлозы на гидроксиэтильные группы. Технические характеристики и модели продуктов в основном различаются по степени замещения и вязкости.
Разновидности гидроксиэтилцеллюлозы также делятся на тип нормального растворения, тип быстрого диспергирования и тип биологической стабильности. Что касается способа использования, гидроксиэтилцеллюлозу можно добавлять на разных этапах процесса производства покрытия. Быстродиспергируемый тип можно добавлять непосредственно в виде сухого порошка. Однако значение pH системы перед добавлением должно быть меньше 7, в основном потому, что гидроксиэтилцеллюлоза медленно растворяется при низком значении pH, и есть достаточно времени для того, чтобы вода проникла внутрь частиц, а затем значение pH увеличивается, чтобы заставить ее быстро раствориться. Соответствующие шаги также можно использовать для приготовления определенной концентрации клеевого раствора и добавления его в систему покрытия.
Гидроксипропилметилцеллюлозаэто продукт, полученный путем замены гидроксильной группы на глюкозном звене натуральной целлюлозы на метоксигруппу, в то время как другая часть заменена гидроксипропильной группой. Его загущающий эффект в основном такой же, как у гидроксиэтилцеллюлозы. И он устойчив к ферментативному расщеплению, но его растворимость в воде не так хороша, как у гидроксиэтилцеллюлозы, и у него есть недостаток в виде гелеобразования при нагревании. Для поверхностно обработанной гидроксипропилметилцеллюлозы его можно добавлять непосредственно в воду при использовании. После перемешивания и диспергирования добавьте щелочные вещества, такие как аммиачная вода, чтобы отрегулировать значение pH до 8-9, и размешивайте до полного растворения. Для гидроксипропилметилцеллюлозы без поверхностной обработки его можно замочить и набухнуть в горячей воде выше 85 °C перед использованием, а затем охладить до комнатной температуры, затем размешать в холодной воде или ледяной воде, чтобы полностью растворить его.
②Неорганический загуститель
Этот вид загустителя в основном представляет собой некоторые активированные глиняные продукты, такие как бентонит, магнийалюмосиликатная глина и т. д. Он характеризуется тем, что в дополнение к загущающему эффекту он также обладает хорошим суспензионным эффектом, может предотвратить оседание и не повлияет на водостойкость покрытия. После высыхания покрытия и формирования пленки он действует как наполнитель в пленке покрытия и т. д. Неблагоприятным фактором является то, что он существенно повлияет на выравнивание покрытия.
③ Синтетический полимерный загуститель
Синтетические полимерные загустители в основном используются в акриле и полиуретане (ассоциативные загустители). Акриловые загустители в основном представляют собой акриловые полимеры, содержащие карбоксильные группы. В воде со значением pH 8-10 карбоксильная группа диссоциирует и набухает; при значении pH больше 10 она растворяется в воде и теряет загущающий эффект, поэтому загущающий эффект очень чувствителен к значению pH.
Механизм загущения акрилатного загустителя заключается в том, что его частицы могут адсорбироваться на поверхности латексных частиц в краске и образовывать слой покрытия после набухания щелочью, что увеличивает объем латексных частиц, препятствует броуновскому движению частиц и повышает вязкость красочной системы. ; Во-вторых, набухание загустителя увеличивает вязкость водной фазы.
(2) Влияние загустителя на свойства покрытия
Влияние типа загустителя на реологические свойства покрытия следующее:
При увеличении количества загустителя статическая вязкость краски значительно увеличивается, а тенденция изменения вязкости в основном остается постоянной при воздействии внешней сдвигающей силы.
Под действием загустителя вязкость краски быстро падает, когда она подвергается сдвигу, проявляя псевдопластичность.
При использовании гидрофобно-модифицированного целлюлозного загустителя (например, EBS451FQ) при высоких скоростях сдвига вязкость все равно остается высокой, даже если количество большое.
При использовании ассоциативных полиуретановых загустителей (например, WT105A) при высоких скоростях сдвига вязкость все равно остается высокой, если количество большое.
При использовании акриловых загустителей (например, ASE60) статическая вязкость быстро возрастает при большом количестве, но при более высокой скорости сдвига вязкость быстро снижается.
3. Ассоциативный загуститель
(1) механизм загустевания
Эфир целлюлозы и набухающие в щелочи акриловые загустители могут загустить только водную фазу, но не оказывают загущающего эффекта на другие компоненты водоэмульсионной краски, а также не могут вызвать существенного взаимодействия между пигментами в краске и частицами эмульсии, поэтому реология краски не может быть скорректирована.
Ассоциативные загустители характеризуются тем, что в дополнение к загущению посредством гидратации они также загущают посредством ассоциации между собой, с дисперсными частицами и с другими компонентами в системе. Эта ассоциация распадается при высоких скоростях сдвига и вновь связывается при низких скоростях сдвига, что позволяет регулировать реологию покрытия.
Механизм загущения ассоциативного загустителя заключается в том, что его молекула представляет собой линейную гидрофильную цепь, полимерное соединение с липофильными группами на обоих концах, то есть в его структуре есть гидрофильные и гидрофобные группы, поэтому он обладает характеристиками молекул поверхностно-активных веществ. природы. Такие молекулы загустителя могут не только гидратироваться и набухать, загущая водную фазу, но и образовывать мицеллы, когда концентрация его водного раствора превышает определенное значение. Мицеллы могут ассоциироваться с полимерными частицами эмульсии и пигментными частицами, которые адсорбировали диспергатор, образуя трехмерную сетчатую структуру, и связаны между собой и запутываются, увеличивая вязкость системы.
Что еще более важно, эти ассоциации находятся в состоянии динамического равновесия, и эти ассоциированные мицеллы могут корректировать свое положение под воздействием внешних сил, так что покрытие имеет выравнивающие свойства. Кроме того, поскольку молекула имеет несколько мицелл, эта структура снижает тенденцию молекул воды к миграции и, таким образом, увеличивает вязкость водной фазы.
(2) Роль в покрытиях
Большинство ассоциативных загустителей являются полиуретанами, и их относительная молекулярная масса составляет от 103 до 104 порядков, что на два порядка ниже, чем у обычных полиакриловой кислоты и целлюлозных загустителей с относительной молекулярной массой от 105 до 106. Из-за низкой молекулярной массы эффективное увеличение объема после гидратации меньше, поэтому его кривая вязкости более пологая, чем у неассоциативных загустителей.
Из-за низкой молекулярной массы ассоциативного загустителя его межмолекулярное запутывание в водной фазе ограничено, поэтому его загущающее воздействие на водную фазу несущественно. В диапазоне низких скоростей сдвига преобразование ассоциации между молекулами больше, чем разрушение ассоциации между молекулами, вся система сохраняет присущее ей состояние суспензии и дисперсии, а вязкость близка к вязкости дисперсионной среды (воды). Таким образом, ассоциативный загуститель заставляет систему краски на водной основе проявлять более низкую кажущуюся вязкость, когда она находится в диапазоне низких скоростей сдвига.
Ассоциативные загустители увеличивают потенциальную энергию между молекулами из-за ассоциации между частицами в дисперсной фазе. Таким образом, больше энергии требуется для разрыва ассоциации между молекулами при высоких скоростях сдвига, а усилие сдвига, необходимое для достижения той же деформации сдвига, также больше, так что система демонстрирует более высокую скорость сдвига при высоких скоростях сдвига. Кажущаяся вязкость. Более высокая вязкость при высоком сдвиге и более низкая вязкость при низком сдвиге могут просто компенсировать отсутствие общих загустителей в реологических свойствах краски, то есть два загустителя могут использоваться в сочетании для регулирования текучести латексной краски. Изменяемая производительность, чтобы соответствовать комплексным требованиям покрытия в толстую пленку и текучести пленки покрытия.
Время публикации: 28-04-2024