1. Definition och funktion av förtjockningsmedel
Tillsatser som avsevärt kan öka viskositeten hos vattenbaserade färger kallas förtjockningsmedel.
Förtjockningsmedel spelar en viktig roll vid produktion, lagring och konstruktion av beläggningar.
Förtjockningsmedlets huvudsakliga funktion är att öka beläggningens viskositet för att möta kraven i olika användningsstadier. Viskositeten som krävs av beläggningen i olika steg är emellertid olika. Till exempel:
Under lagringsprocessen är det önskvärt att ha en hög viskositet för att förhindra att pigmentet sedimenterar;
Under byggprocessen är det önskvärt att ha en måttlig viskositet för att säkerställa att färgen har god borstbarhet utan överdriven färgfläckning;
Efter konstruktion hoppas man att viskositeten snabbt kan återgå till en hög viskositet efter en kort tidsfördröjning (utjämningsprocess) för att förhindra hängning.
Fluiditeten hos vattenburna beläggningar är icke-newtonsk.
När färgens viskositet minskar med ökningen av skjuvkraften kallas det en pseudoplastisk vätska, och det mesta av färgen är en pseudoplastisk vätska.
När flödesbeteendet för en pseudoplastisk vätska är relaterad till dess historia, det vill säga den är tidsberoende, kallas den en tixotrop vätska.
Vid tillverkning av beläggningar försöker vi ofta medvetet göra beläggningarna tixotropa, som att tillsätta tillsatser.
När beläggningens tixotropi är lämplig kan den lösa motsägelserna i de olika stadierna av beläggningen och möta de tekniska behoven av beläggningens olika viskositet i lagrings-, konstruktionsutjämnings- och torkningsstegen.
Vissa förtjockningsmedel kan ge färgen hög tixotropi, så att den har en högre viskositet i vila eller vid låg skjuvhastighet (som lagring eller transport), för att förhindra att pigmentet i färgen sedimenterar. Och under hög skjuvhastighet (som beläggningsprocess) har den låg viskositet, så att beläggningen har tillräckligt flöde och utjämning.
Tixotropi representeras av tixotropt index TI och mäts med Brookfield viskosimeter.
TI=viskositet (mätt vid 6r/min)/viskositet (mätt vid 60r/min)
2. Typer av förtjockningsmedel och deras effekter på beläggningsegenskaper
(1) Typer När det gäller kemisk sammansättning delas förtjockningsmedel in i två kategorier: organiska och oorganiska.
Oorganiska typer inkluderar bentonit, attapulgit, aluminiummagnesiumsilikat, litiummagnesiumsilikat, etc., organiska typer som metylcellulosa, hydroxietylcellulosa, polyakrylat, polymetakrylat, akrylsyra eller metyl Akrylhomopolymer eller sampolymer och polyuretan etc.
Ur perspektivet av påverkan på de reologiska egenskaperna hos beläggningar delas förtjockningsmedel in i tixotropa förtjockningsmedel och associativa förtjockningsmedel. När det gäller prestandakrav bör mängden förtjockningsmedel vara mindre och förtjockningseffekten är god; det är inte lätt att bli eroderad av enzymer; när systemets temperatur eller pH-värde ändras, kommer beläggningens viskositet inte att reduceras avsevärt, och pigmentet och fyllmedlet kommer inte att flockas. ; Bra lagringsstabilitet; god vattenretention, inget uppenbart skumningsfenomen och inga negativa effekter på beläggningsfilmens prestanda.
①Cellulosaförtjockningsmedel
Cellulosaförtjockningsmedel som används i beläggningar är huvudsakligen metylcellulosa, hydroxietylcellulosa och hydroxipropylmetylcellulosa, och de två sistnämnda är vanligare.
Hydroxietylcellulosa är en produkt som erhålls genom att ersätta hydroxylgrupperna på glukosenheterna i naturlig cellulosa med hydroxietylgrupper. Specifikationerna och modellerna för produkterna särskiljs huvudsakligen efter graden av substitution och viskositet.
Varieteterna av hydroxietylcellulosa är också indelade i normal upplösningstyp, snabb dispersionstyp och biologisk stabilitetstyp. Vad gäller användningsmetoden kan hydroxietylcellulosa tillsättas i olika steg i beläggningsframställningsprocessen. Den snabbspridande typen kan tillsättas direkt i form av torrt pulver. Systemets pH-värde innan tillsats bör dock vara mindre än 7, främst för att hydroxietylcellulosa löses långsamt vid lågt pH-värde, och det finns tillräckligt med tid för vatten att infiltrera in i partiklarna, och sedan höjs pH-värdet för att det ska lösas snabbt. Motsvarande steg kan också användas för att förbereda en viss koncentration av limlösning och lägga till den i beläggningssystemet.
Hydroxipropylmetylcellulosaär en produkt som erhålls genom att ersätta hydroxylgruppen på glukosenheten i naturlig cellulosa med en metoxigrupp, medan den andra delen ersätts av en hydroxypropylgrupp. Dess förtjockningseffekt är i princip densamma som för hydroxietylcellulosa. Och det är resistent mot enzymatisk nedbrytning, men dess vattenlöslighet är inte lika bra som för hydroxietylcellulosa, och det har nackdelen att gela vid upphettning. För den ytbehandlade hydroxipropylmetylcellulosan kan den tillsättas direkt till vatten när den används. Efter omrörning och dispergering, tillsätt alkaliska ämnen som ammoniakvatten för att justera pH-värdet till 8-9 och rör om tills det är helt upplöst. För hydroxipropylmetylcellulosa utan ytbehandling kan den blötläggas och svällas med varmt vatten över 85°C före användning och sedan kylas till rumstemperatur och sedan röras om med kallt vatten eller isvatten för att lösa upp det helt.
②Oorganiskt förtjockningsmedel
Denna typ av förtjockningsmedel är huvudsakligen vissa aktiverade lerprodukter, såsom bentonit, magnesiumaluminiumsilikatlera, etc. Det kännetecknas av att det förutom förtjockningseffekten också har en bra suspensionseffekt, kan förhindra sjunkning och kommer inte att påverka beläggningens vattenbeständighet. Efter att beläggningen har torkats och formas till en film, fungerar den som ett fyllmedel i beläggningsfilmen etc. Den ogynnsamma faktorn är att den kommer att påverka utjämningen av beläggningen avsevärt.
③ Syntetisk polymerförtjockningsmedel
Syntetiska polymerförtjockningsmedel används mest i akryl och polyuretan (associativa förtjockningsmedel). Akrylförtjockningsmedel är mestadels akrylpolymerer som innehåller karboxylgrupper. I vatten med ett pH-värde på 8-10 dissocierar karboxylgruppen och sväller; när pH-värdet är större än 10 löser det sig i vatten och tappar förtjockningseffekten, så förtjockningseffekten är mycket känslig för pH-värdet.
Förtjockningsmekanismen för akrylatförtjockningsmedlet är att dess partiklar kan adsorberas på ytan av latexpartiklarna i färgen och bilda ett beläggningsskikt efter alkalisvällning, vilket ökar volymen av latexpartiklarna, hindrar partiklarnas browniska rörelse och ökar färgsystemets viskositet. ; För det andra ökar svallningen av förtjockningsmedlet vattenfasens viskositet.
(2) Inverkan av förtjockningsmedel på beläggningsegenskaper
Effekten av typen av förtjockningsmedel på beläggningens reologiska egenskaper är som följer:
När mängden förtjockningsmedel ökar, ökar färgens statiska viskositet avsevärt, och trenden med viskositetsförändringar är i princip konsekvent när den utsätts för en extern skjuvkraft.
Med effekten av förtjockningsmedel sjunker färgens viskositet snabbt när den utsätts för skjuvkraft, vilket visar pseudoplasticitet.
Med användning av ett hydrofobt modifierat cellulosaförtjockningsmedel (som EBS451FQ), vid höga skjuvhastigheter, är viskositeten fortfarande hög när mängden är stor.
Med användning av associativa polyuretanförtjockningsmedel (som WT105A), vid höga skjuvhastigheter, är viskositeten fortfarande hög när mängden är stor.
Med användning av akrylförtjockningsmedel (såsom ASE60), även om den statiska viskositeten stiger snabbt när mängden är stor, minskar viskositeten snabbt vid en högre skjuvhastighet.
3. Associativt förtjockningsmedel
(1) förtjockningsmekanism
Cellulosaeter och alkalisvällbara akrylförtjockningsmedel kan bara förtjocka vattenfasen, men har ingen förtjockningseffekt på andra komponenter i den vattenbaserade färgen, och de kan inte heller orsaka betydande interaktion mellan pigmenten i färgen och emulsionens partiklar, så färgens reologi kan inte justeras.
Associativa förtjockningsmedel kännetecknas av att de förutom att förtjockas genom hydratisering också förtjockas genom associationer mellan sig själva, med dispergerade partiklar och med andra komponenter i systemet. Denna förening lösgörs vid höga skjuvhastigheter och återassocieras vid låga skjuvhastigheter, vilket tillåter att beläggningens reologi kan justeras.
Förtjockningsmekanismen för det associativa förtjockningsmedlet är att dess molekyl är en linjär hydrofil kedja, en polymerförening med lipofila grupper i båda ändar, det vill säga den har hydrofila och hydrofoba grupper i strukturen, så den har egenskaperna hos ytaktiva molekyler. natur. Sådana förtjockningsmedelsmolekyler kan inte bara hydratisera och svälla för att förtjocka vattenfasen, utan också bilda miceller när koncentrationen av dess vattenlösning överstiger ett visst värde. Micellerna kan associera med polymerpartiklarna i emulsionen och pigmentpartiklarna som har adsorberat dispergeringsmedlet för att bilda en tredimensionell nätverksstruktur, och är sammankopplade och intrasslade för att öka systemets viskositet.
Vad som är viktigare är att dessa föreningar är i ett tillstånd av dynamisk balans, och de associerade micellerna kan justera sina positioner när de utsätts för yttre krafter, så att beläggningen har utjämningsegenskaper. Dessutom, eftersom molekylen har flera miceller, minskar denna struktur vattenmolekylernas benägenhet att migrera och ökar därmed viskositeten hos vattenfasen.
(2) Rollen i beläggningar
De flesta av de associativa förtjockningsmedlen är polyuretaner, och deras relativa molekylvikter är mellan 103-104 storleksordningar, två storleksordningar lägre än vanlig polyakrylsyra och cellulosaförtjockningsmedel med relativa molekylvikter mellan 105-106. På grund av den låga molekylvikten är den effektiva volymökningen efter hydratisering mindre, så dess viskositetskurva är plattare än för icke-associativa förtjockningsmedel.
På grund av den låga molekylvikten hos det associativa förtjockningsmedlet är dess intermolekylära intrassling i vattenfasen begränsad, så dess förtjockningseffekt på vattenfasen är inte signifikant. I området med låg skjuvhastighet är associationsomvandlingen mellan molekyler mer än associationsförstörelsen mellan molekyler, hela systemet bibehåller ett inneboende suspensions- och dispersionstillstånd, och viskositeten är nära viskositeten för dispersionsmediet (vatten). Därför gör det associativa förtjockningsmedlet att det vattenbaserade färgsystemet uppvisar lägre skenbar viskositet när det är i området med låg skjuvhastighet.
Associativa förtjockningsmedel ökar den potentiella energin mellan molekyler på grund av associationen mellan partiklar i den dispergerade fasen. På detta sätt behövs mer energi för att bryta sambandet mellan molekyler vid höga skjuvhastigheter, och skjuvkraften som krävs för att uppnå samma skjuvtöjning är också större, så att systemet uppvisar en högre skjuvhastighet vid höga skjuvhastigheter. Synbar viskositet. Den högre högskjuvningsviskositeten och lägre lågskjuvningsviskositeten kan bara kompensera för bristen på vanliga förtjockningsmedel i färgens reologiska egenskaper, det vill säga de två förtjockningsmedlen kan användas i kombination för att justera latexfärgens flytbarhet. Variabel prestanda, för att möta de omfattande kraven för beläggning i tjock film och beläggningsfilmflöde.
Posttid: 2024-apr-28