1. Definicija in funkcija zgoščevalca
Dodatki, ki lahko znatno povečajo viskoznost barv na vodni osnovi, se imenujejo zgoščevalci.
Zgoščevalci igrajo pomembno vlogo pri proizvodnji, skladiščenju in konstrukciji premazov.
Glavna funkcija zgoščevalca je povečati viskoznost premaza, da zadosti zahtevam različnih faz uporabe. Vendar pa je viskoznost, ki jo premaz zahteva v različnih fazah, različna. Npr.:
Med postopkom skladiščenja je zaželena visoka viskoznost, da se prepreči usedanje pigmenta;
Med gradnjo je zaželena zmerna viskoznost, da se zagotovi dober nanos barve brez prekomernega madežev;
Po gradnji se upa, da se bo viskoznost po kratkem časovnem zamiku (postopek izravnave) hitro vrnila na visoko viskoznost, da se prepreči posedanje.
Fluidnost premazov na vodni osnovi ni Newtonova.
Ko se viskoznost barve zmanjšuje z naraščanjem strižne sile, se imenuje psevdoplastična tekočina, večina barve pa je psevdoplastična tekočina.
Kadar je obnašanje toka psevdoplastične tekočine povezano z njeno zgodovino, torej je odvisno od časa, se imenuje tiksotropna tekočina.
Pri izdelavi premazov pogosto zavestno poskušamo doseči tiksotropnost premazov, na primer z dodajanjem dodatkov.
Ko je tiksotropija premaza ustrezna, lahko reši protislovja različnih faz nanašanja premaza in zadosti tehničnim potrebam glede različne viskoznosti premaza v fazah skladiščenja, izravnave gradnje in sušenja.
Nekatera zgoščevalna sredstva lahko barvi dodajo visoko tiksotropnost, tako da ima v mirovanju ali pri nizki strižni hitrosti (kot je skladiščenje ali transport) višjo viskoznost in tako preprečijo posedanje pigmenta v barvi. Pri visoki strižni hitrosti (kot je postopek nanašanja premaza) pa ima nizko viskoznost, tako da ima premaz zadostno tekočnost in izravnavo.
Tiksotropijo predstavlja tiksotropni indeks TI in jo merimo z Brookfieldovim viskozimetrom.
TI=viskoznost (merjena pri 6 vrt/min)/viskoznost (merjena pri 60 vrt/min)
2. Vrste zgoščevalcev in njihov vpliv na lastnosti premaza
(1) Vrste Glede na kemijsko sestavo so zgoščevalci razdeljeni v dve kategoriji: organski in anorganski.
Anorganske vrste vključujejo bentonit, atapulgit, aluminijev magnezijev silikat, litijev magnezijev silikat itd., organske vrste pa metilceluloza, hidroksietilceluloza, poliakrilat, polimetakrilat, akrilna kislina ali metil akrilni homopolimer ali kopolimer in poliuretan itd.
Glede na vpliv na reološke lastnosti premazov se zgoščevalci delijo na tiksotropne zgoščevalce in asociativne zgoščevalce. Glede na zahteve glede delovanja mora biti količina zgoščevalca manjša in učinek zgoščevanja dober; encimi ga ne razgradijo zlahka; ko se temperatura ali pH vrednost sistema spremeni, se viskoznost premaza ne zmanjša bistveno, pigment in polnilo pa se ne flokulirata. Dobra stabilnost pri skladiščenju; dobro zadrževanje vode, brez očitnega penjenja in brez negativnih učinkov na delovanje premaznega filma.
①Celulozno zgoščevalo
Celulozna zgoščevalca, ki se uporabljajo v premazih, so predvsem metilceluloza, hidroksietilceluloza in hidroksipropilmetilceluloza, pri čemer se slednja dva uporabljata pogosteje.
Hidroksietil celuloza je produkt, pridobljen z zamenjavo hidroksilnih skupin na glukoznih enotah naravne celuloze s hidroksietilnimi skupinami. Specifikacije in modeli produktov se razlikujejo predvsem glede na stopnjo substitucije in viskoznost.
Vrste hidroksietilceluloze se delijo tudi na normalno raztapljalno, hitro disperzijsko in biološko stabilno. Glede na način uporabe se hidroksietilceluloza lahko dodaja v različnih fazah proizvodnega procesa premaza. Hitro disperzijsko se lahko doda neposredno v obliki suhega prahu. Vendar pa mora biti pH vrednost sistema pred dodajanjem manjša od 7, predvsem zato, ker se hidroksietilceluloza pri nizki vrednosti pH počasi raztaplja in je dovolj časa, da voda prodre v notranjost delcev, nato pa se pH vrednost poveča, da se hitro raztopi. Ustrezne korake je mogoče uporabiti tudi za pripravo določene koncentracije raztopine lepila in njeno dodajanje v sistem premaza.
Hidroksipropil metilcelulozaje produkt, pridobljen z zamenjavo hidroksilne skupine na glukozni enoti naravne celuloze z metoksi skupino, medtem ko je drugi del nadomeščen s hidroksipropilno skupino. Njegov zgoščevalni učinek je v osnovi enak kot pri hidroksietil celulozi. Odporen je na encimsko razgradnjo, vendar njegova topnost v vodi ni tako dobra kot pri hidroksietil celulozi in ima pomanjkljivost, da se pri segrevanju želira. Površinsko obdelano hidroksipropil metilcelulozo lahko po uporabi neposredno dodamo v vodo. Po mešanju in dispergiranju dodamo alkalne snovi, kot je amoniak, da prilagodimo pH vrednost na 8-9, in mešamo, dokler se popolnoma ne raztopi. Hidroksipropil metilcelulozo brez površinske obdelave lahko pred uporabo namočimo in nabrekamo v vročo vodo nad 85 °C, nato ohladimo na sobno temperaturo in nato mešamo s hladno ali ledeno vodo, da se popolnoma raztopi.
②Anorgansko zgoščevalo
Ta vrsta zgoščevalca so predvsem nekateri aktivirani glineni izdelki, kot so bentonit, magnezijev aluminijev silikatni glina itd. Zanj je značilno, da ima poleg zgoščevalnega učinka tudi dober suspenzijski učinek, preprečuje posedanje in ne vpliva na vodoodpornost premaza. Ko se premaz posuši in oblikuje v film, deluje kot polnilo v premaznem filmu itd. Neugoden dejavnik je, da bo bistveno vplival na izravnavo premaza.
③ Sintetično polimerno zgoščevalo
Sintetična polimerna zgoščevalca se večinoma uporabljajo v akrilu in poliuretanu (asociativna zgoščevalca). Akrilna zgoščevalca so večinoma akrilni polimeri, ki vsebujejo karboksilne skupine. V vodi s pH vrednostjo 8–10 se karboksilna skupina disociira in nabrekne; ko je pH vrednost večja od 10, se raztopi v vodi in izgubi zgoščevalni učinek, zato je zgoščevalni učinek zelo občutljiv na pH vrednost.
Mehanizem zgoščevanja akrilatnega zgoščevalca je, da se njegovi delci lahko adsorbirajo na površino lateksnih delcev v barvi in po alkalnem nabrekanju tvorijo prevlečno plast, kar poveča volumen lateksnih delcev, ovira Brownovo gibanje delcev in poveča viskoznost barvnega sistema. Drugič, nabrekanje zgoščevalca poveča viskoznost vodne faze.
(2) Vpliv zgoščevalca na lastnosti premaza
Vpliv vrste zgoščevalca na reološke lastnosti premaza je naslednji:
Ko se količina zgoščevalca poveča, se statična viskoznost barve znatno poveča, trend spremembe viskoznosti pa je v osnovi dosleden, ko je izpostavljen zunanji strižni sili.
Zaradi učinka zgoščevalca viskoznost barve hitro pade, ko je izpostavljena strižni sili, kar kaže na psevdoplastičnost.
Pri uporabi hidrofobno modificiranega celuloznega zgoščevalca (kot je EBS451FQ) je pri visokih strižnih hitrostih viskoznost še vedno visoka, tudi če je količina velika.
Pri uporabi asociativnih poliuretanskih zgoščevalcev (kot je WT105A) je pri visokih strižnih hitrostih viskoznost še vedno visoka, tudi če je količina velika.
Pri uporabi akrilnih zgoščevalcev (kot je ASE60) se statična viskoznost sicer hitro poveča pri veliki količini, vendar se pri višji strižni hitrosti hitro zmanjša.
3. Asociativno zgoščevalo
(1) mehanizem zgoščevanja
Zgoščevalci na osnovi celuloznega etra in akrila, ki nabrekajo v alkalijih, lahko zgostijo le vodno fazo, vendar nimajo zgoščevalnega učinka na druge sestavine v barvi na vodni osnovi, niti ne morejo povzročiti pomembne interakcije med pigmenti v barvi in delci emulzije, zato reologije barve ni mogoče prilagoditi.
Za asociativna zgoščevalca je značilno, da se poleg zgostitve s hidracijo zgostijo tudi z združevanjem med seboj, z dispergiranimi delci in z drugimi komponentami v sistemu. Ta združevanje se pri visokih strižnih hitrostih disociira in ponovno združi pri nizkih strižnih hitrostih, kar omogoča prilagajanje reologije premaza.
Mehanizem zgoščevanja asociativnega zgoščevalca je, da je njegova molekula linearna hidrofilna veriga, polimerna spojina z lipofilnimi skupinami na obeh koncih, torej ima v strukturi hidrofilne in hidrofobne skupine, zato ima značilnosti molekul površinsko aktivne snovi. Takšne molekule zgoščevalca se ne le hidrirajo in nabrekajo, da zgostijo vodno fazo, ampak tudi tvorijo micele, ko koncentracija njihove vodne raztopine preseže določeno vrednost. Miceli se lahko povežejo s polimernimi delci emulzije in pigmentnimi delci, ki so adsorbirali dispergator, da tvorijo tridimenzionalno mrežno strukturo, ter se med seboj prepletajo in povečujejo viskoznost sistema.
Še pomembneje je, da so te asociacije v stanju dinamičnega ravnovesja in da lahko te povezane micele prilagodijo svoj položaj, ko so izpostavljene zunanjim silam, tako da ima premaz izravnalne lastnosti. Poleg tega, ker ima molekula več micelov, ta struktura zmanjšuje nagnjenost molekul vode k migraciji in s tem povečuje viskoznost vodne faze.
(2) Vloga pri premazih
Večina asociativnih zgoščevalcev so poliuretani, njihove relativne molekulske mase pa so med 103 in 104 velikostnimi redi, kar je za dva velikostna reda manj kot pri običajnih poliakrilnih kislinah in celuloznih zgoščevalcih z relativnimi molekulskimi masami med 105 in 106. Zaradi nizke molekulske mase je efektivno povečanje volumna po hidrataciji manjše, zato je njihova krivulja viskoznosti bolj ravna kot pri neasociativnih zgoščevalcih.
Zaradi nizke molekulske mase asociativnega zgoščevalca je njegova medmolekularna prepletenost v vodni fazi omejena, zato njegov zgoščevalni učinek na vodno fazo ni pomemben. V območju nizkih strižnih hitrosti je pretvorba asociacij med molekulami večja kot uničenje asociacij med molekulami, celoten sistem ohranja inherentno suspenzijsko in disperzijsko stanje, viskoznost pa je blizu viskoznosti disperzijskega medija (vode). Zato asociativno zgoščevalco povzroči, da ima sistem barv na vodni osnovi v območju nizkih strižnih hitrosti nižjo navidezno viskoznost.
Asociativna zgoščevalca povečajo potencialno energijo med molekulami zaradi asociacije med delci v dispergirani fazi. Na ta način je za prekinitev asociacije med molekulami pri visokih strižnih hitrostih potrebna večja energija, strižna sila, potrebna za doseganje enake strižne napetosti, pa je prav tako večja, tako da sistem pri visokih strižnih hitrostih kaže višjo strižno hitrost. Navidezna viskoznost. Višja viskoznost pri visokih strižnih napetostih in nižja viskoznost pri nizkih strižnih napetostih lahko le nadomestita pomanjkanje običajnih zgoščevalcev v reoloških lastnostih barve, torej se lahko oba zgoščevalca uporabljata v kombinaciji za prilagajanje tekočnosti lateks barve. Spremenljiva zmogljivost, ki izpolnjuje celovite zahteve glede nanosa debelega filma in pretoka premaznega filma.
Čas objave: 28. april 2024