1. Definícia a funkcia zahusťovadla
Prísady, ktoré môžu výrazne zvýšiť viskozitu farieb na vodnej báze, sa nazývajú zahusťovadlá.
Zahusťovadlá hrajú dôležitú úlohu pri výrobe, skladovaní a konštrukcii náterov.
Hlavnou funkciou zahusťovadla je zvýšiť viskozitu náteru, aby spĺňal požiadavky rôznych fáz použitia. Viskozita požadovaná pre náter v rôznych fázach je však odlišná. Napr.:
Počas skladovania je žiaduce mať vysokú viskozitu, aby sa zabránilo usadzovaniu pigmentu;
Počas stavebného procesu je žiaduce mať miernu viskozitu, aby sa zabezpečila dobrá natierateľnosť farby bez nadmerného zafarbenia farby;
Po výstavbe sa očakáva, že viskozita sa po krátkom časovom oneskorení (proces vyrovnávania) rýchlo vráti na vysokú úroveň, aby sa zabránilo prehýbaniu.
Tekutosť vodou riediteľných náterov nie je nenewtonovská.
Keď viskozita farby klesá so zvyšujúcou sa šmykovou silou, nazýva sa pseudoplastická tekutina a väčšina farby je pseudoplastická tekutina.
Keď je správanie pseudoplastickej kvapaliny pri prúdení spojené s jej históriou, teda je časovo závislé, nazýva sa tixotropná kvapalina.
Pri výrobe náterov sa často vedome snažíme dosiahnuť tixotropiu náterov, napríklad pridávaním prísad.
Keď je tixotropia náteru vhodná, dokáže vyriešiť rozpory rôznych fáz náteru a splniť technické požiadavky na rôznu viskozitu náteru vo fázach skladovania, vyrovnávania konštrukcie a sušenia.
Niektoré zahusťovadlá môžu dodať farbe vysokú tixotropiu, takže má vyššiu viskozitu v pokoji alebo pri nízkej šmykovej rýchlosti (napríklad pri skladovaní alebo preprave), aby sa zabránilo usadzovaniu pigmentu vo farbe. A pri vysokej šmykovej rýchlosti (napríklad pri nanášaní náteru) má nízku viskozitu, takže náter má dostatočný roztok a vyrovnávaciu schopnosť.
Tixotropia je reprezentovaná tixotropným indexom TI a meria sa Brookfieldovým viskozimetrom.
TI = viskozita (meraná pri 6 ot./min.) / viskozita (meraná pri 60 ot./min.)
2. Typy zahusťovadiel a ich vplyv na vlastnosti náteru
(1) Typy Z hľadiska chemického zloženia sa zahusťovadlá delia na dve kategórie: organické a anorganické.
Medzi anorganické typy patrí bentonit, attapulgit, kremičitan hlinito-horečnatý, kremičitan lítno-horečnatý atď., organické typy ako metylcelulóza, hydroxyetylcelulóza, polyakrylát, polymetakrylát, homopolymér alebo kopolymér kyseliny akrylovej alebo metylakrylovej a polyuretán atď.
Z hľadiska vplyvu na reologické vlastnosti náterov sa zahusťovadlá delia na tixotropné zahusťovadlá a asociatívne zahusťovadlá. Pokiaľ ide o požiadavky na výkon, množstvo zahusťovadla by malo byť menšie a zahusťovací účinok by mal byť dobrý; nie je ľahké ho rozrušiť enzýmami; pri zmene teploty alebo hodnoty pH systému sa viskozita náteru výrazne nezníži a pigment a plnivo sa neflokulujú. Dobrá skladovateľnosť; dobrá zadržiavanie vody, žiadny zjavný jav penenia a žiadne nepriaznivé účinky na výkon náterového filmu.
①Celulózové zahusťovadlo
Celulózové zahusťovadlá používané v povlakoch sú hlavne metylcelulóza, hydroxyetylcelulóza a hydroxypropylmetylcelulóza, pričom posledné dve sú používané častejšie.
Hydroxyetylcelulóza je produkt získaný nahradením hydroxylových skupín na glukózových jednotkách prírodnej celulózy hydroxyetylovými skupinami. Špecifikácie a modely produktov sa líšia najmä podľa stupňa substitúcie a viskozity.
Druhy hydroxyetylcelulózy sa tiež delia na typ s normálnym rozpúšťaním, typ s rýchlou disperziou a typ s biologickou stabilitou. Pokiaľ ide o spôsob použitia, hydroxyetylcelulóza sa môže pridávať v rôznych fázach výrobného procesu náteru. Rýchlo dispergujúci typ sa môže pridávať priamo vo forme suchého prášku. Hodnota pH systému pred pridaním by však mala byť nižšia ako 7, najmä preto, že hydroxyetylcelulóza sa pri nízkej hodnote pH rozpúšťa pomaly a je dostatok času na to, aby voda prenikla do vnútra častíc, a potom sa hodnota pH zvýši, aby sa rýchlo rozpustila. Zodpovedajúce kroky sa môžu použiť aj na prípravu určitej koncentrácie roztoku lepidla a jeho pridanie do náterového systému.
Hydroxypropylmetylcelulózaje produkt získaný nahradením hydroxylovej skupiny na glukózovej jednotke prírodnej celulózy metoxyskupinou, zatiaľ čo druhá časť je nahradená hydroxypropylovou skupinou. Jeho zahusťovací účinok je v podstate rovnaký ako u hydroxyetylcelulózy. Je odolný voči enzymatickej degradácii, ale jeho rozpustnosť vo vode nie je taká dobrá ako u hydroxyetylcelulózy a jeho nevýhodou je, že pri zahrievaní géluje. Povrchovo upravená hydroxypropylmetylcelulóza sa môže priamo pridať do vody pred použitím. Po premiešaní a dispergácii sa pridajú alkalické látky, ako je amoniaková voda, aby sa upravila hodnota pH na 8-9 a mieša sa, kým sa úplne nerozpustí. Hydroxypropylmetylcelulóza bez povrchovej úpravy sa môže pred použitím namočiť a napučať v horúcej vode s teplotou nad 85 °C, potom sa ochladí na izbovú teplotu a potom sa mieša so studenou vodou alebo ľadovou vodou, aby sa úplne rozpustila.
②Anorganické zahusťovadlo
Tento druh zahusťovadla sa skladá najmä z niektorých aktivovaných ílových produktov, ako je bentonit, hlinitokremičitan horečnato-hlinitý atď. Vyznačuje sa tým, že okrem zahusťovacieho účinku má aj dobrý suspenzný účinok, zabraňuje poklesu a neovplyvňuje odolnosť náteru voči vode. Po vysušení a vytvorení filmu pôsobí ako plnivo v náterovom filme atď. Nepriaznivým faktorom je, že výrazne ovplyvňuje vyrovnávanie náteru.
③ Syntetické polymérne zahusťovadlo
Syntetické polymérne zahusťovadlá sa používajú najmä v akrylových a polyuretánových polyméroch (asociatívne zahusťovadlá). Akrylové zahusťovadlá sú väčšinou akrylové polyméry obsahujúce karboxylové skupiny. Vo vode s hodnotou pH 8 – 10 sa karboxylová skupina disociuje a napučiava; keď je hodnota pH vyššia ako 10, rozpúšťa sa vo vode a stráca zahusťovací účinok, takže zahusťovací účinok je veľmi citlivý na hodnotu pH.
Mechanizmus zahusťovania akrylátového zahusťovadla spočíva v tom, že jeho častice sa môžu adsorbovať na povrchu latexových častíc vo farbe a po napučaní alkalickými látkami vytvoriť povlakovú vrstvu, čo zväčšuje objem latexových častíc, bráni Brownovmu pohybu častíc a zvyšuje viskozitu náterového systému. Po druhé, napučanie zahusťovadla zvyšuje viskozitu vodnej fázy.
(2) Vplyv zahusťovadla na vlastnosti náteru
Vplyv typu zahusťovadla na reologické vlastnosti povlaku je nasledovný:
Keď sa množstvo zahusťovadla zvýši, statická viskozita farby sa výrazne zvýši a trend zmeny viskozity je v podstate konzistentný aj pri pôsobení vonkajšej šmykovej sily.
V dôsledku pôsobenia zahusťovadla viskozita farby rýchlo klesá, keď je vystavená šmykovej sile, čo vykazuje pseudoplasticitu.
Pri použití hydrofóbne modifikovaného celulózového zahusťovadla (ako napríklad EBS451FQ) pri vysokých šmykových rýchlostiach je viskozita stále vysoká, aj keď je množstvo veľké.
Pri použití asociatívnych polyuretánových zahusťovadiel (ako napríklad WT105A) je pri vysokých šmykových rýchlostiach viskozita stále vysoká, aj keď je množstvo veľké.
Pri použití akrylových zahusťovadiel (ako napríklad ASE60) statická viskozita síce rýchlo stúpa pri veľkom množstve, ale pri vyššej šmykovej rýchlosti rýchlo klesá.
3. Asociatívne zahusťovadlo
(1) mechanizmus zahusťovania
Zahusťovadlá na báze celulózového éteru a alkalicky napučiavajúcich akrylátov môžu zahusťovať iba vodnú fázu, ale nemajú žiadny zahusťovací účinok na iné zložky vo farbe na vodnej báze, ani nemôžu spôsobiť významnú interakciu medzi pigmentmi vo farbe a časticami emulzie, takže reológiu farby nemožno upraviť.
Asociatívne zahusťovadlá sa vyznačujú tým, že okrem zahusťovania hydratáciou zahusťujú aj väzbami medzi sebou, s dispergovanými časticami a s inými zložkami v systéme. Táto väzba sa disociuje pri vysokých šmykových rýchlostiach a znovu sa spája pri nízkych šmykových rýchlostiach, čo umožňuje úpravu reológie povlaku.
Mechanizmus zahusťovania asociatívneho zahusťovadla spočíva v tom, že jeho molekula je lineárny hydrofilný reťazec, polymérna zlúčenina s lipofilnými skupinami na oboch koncoch, to znamená, že má v štruktúre hydrofilné a hydrofóbne skupiny, takže má vlastnosti molekúl povrchovo aktívnych látok. Takéto molekuly zahusťovadla môžu nielen hydratovať a napučiavať, čím zahusťujú vodnú fázu, ale tiež tvoriť micely, keď koncentrácia ich vodného roztoku prekročí určitú hodnotu. Micely sa môžu spojiť s polymérnymi časticami emulzie a pigmentovými časticami, ktoré adsorbovali dispergačné činidlo, a vytvoriť trojrozmernú sieťovú štruktúru, ktoré sú vzájomne prepojené a prepletené, čím sa zvyšuje viskozita systému.
Dôležitejšie je, že tieto asociácie sú v stave dynamickej rovnováhy a tieto asociované micely si môžu upraviť svoju polohu, keď sú vystavené vonkajším silám, takže povlak má vyrovnávacie vlastnosti. Okrem toho, keďže molekula má niekoľko micel, táto štruktúra znižuje tendenciu molekúl vody migrovať, a tým zvyšuje viskozitu vodnej fázy.
(2) Úloha v náteroch
Väčšina asociatívnych zahusťovadiel sú polyuretány a ich relatívne molekulové hmotnosti sú rádovo 103 – 104, čo je o dva rády menej ako u bežných zahusťovadiel na báze kyseliny polyakrylovej a celulózy s relatívnymi molekulovými hmotnosťami medzi 105 – 106. Vďaka nízkej molekulovej hmotnosti je efektívny nárast objemu po hydratácii menší, takže ich viskozitná krivka je plochejšia ako u neasociatívnych zahusťovadiel.
Vzhľadom na nízku molekulovú hmotnosť asociatívneho zahusťovadla je jeho intermolekulárne previazanie vo vodnej fáze obmedzené, takže jeho zahusťovací účinok na vodnú fázu nie je významný. V oblasti nízkych šmykových rýchlostí je asociačná konverzia medzi molekulami väčšia ako deštrukcia asociácie medzi molekulami, celý systém si udržiava inherentný suspenzný a disperzný stav a viskozita je blízka viskozite disperzného média (vody). Asociatívne zahusťovadlo preto spôsobuje, že systém farieb na vodnej báze vykazuje nižšiu zdanlivú viskozitu, keď sa nachádza v oblasti nízkych šmykových rýchlostí.
Asociatívne zahusťovadlá zvyšujú potenciálnu energiu medzi molekulami v dôsledku asociácie medzi časticami v dispergovanej fáze. Týmto spôsobom je potrebná väčšia energia na prerušenie asociácie medzi molekulami pri vysokých šmykových rýchlostiach a šmyková sila potrebná na dosiahnutie rovnakého šmykového napätia je tiež väčšia, takže systém vykazuje vyššiu šmykovú rýchlosť pri vysokých šmykových rýchlostiach. Zdanlivá viskozita. Vyššia viskozita pri vysokom šmykovom napätí a nižšia viskozita pri nízkom šmykovom napätí môžu len kompenzovať nedostatok bežných zahusťovadiel v reologických vlastnostiach farby, to znamená, že tieto dve zahusťovadlá sa môžu použiť v kombinácii na úpravu tekutosti latexovej farby. Variabilný výkon, aby sa splnili komplexné požiadavky na nanášanie hrubých vrstiev a tok náterových vrstiev.
Čas uverejnenia: 28. apríla 2024