1. Definition och funktion av förtjockningsmedel
Tillsatser som kan öka viskositeten hos vattenbaserade färger avsevärt kallas förtjockningsmedel.
Förtjockningsmedel spelar en viktig roll i produktion, lagring och konstruktion av beläggningar.
Förtjockningsmedlets huvudsakliga funktion är att öka beläggningens viskositet för att möta kraven i olika användningsstadier. Emellertid är den viskositet som beläggningen kräver olika i olika steg. Till exempel:
Under lagringsprocessen är det önskvärt att ha en hög viskositet för att förhindra att pigmentet sätter sig;
Under byggprocessen är det önskvärt att ha en måttlig viskositet för att säkerställa att färgen har god penselbarhet utan överdriven färgmissfärgning;
Efter konstruktionen hoppas man att viskositeten snabbt kan återgå till en hög viskositet efter en kort tidsfördröjning (utjämningsprocess) för att förhindra sjunkning.
Vattenburna beläggningar har en icke-newtonsk flytförmåga.
När färgens viskositet minskar med ökande skjuvkraft kallas den en pseudoplastisk vätska, och det mesta av färgen är en pseudoplastisk vätska.
När flödesbeteendet hos en pseudoplastisk vätska är relaterat 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, till exempel genom att tillsätta tillsatser.
När beläggningens tixotropi är lämplig kan den lösa motsägelserna i beläggningens olika steg och möta de tekniska behoven hos beläggningens olika viskositet i lagrings-, konstruktions- och torkningsstadierna.
Vissa förtjockningsmedel kan ge färgen hög tixotropi, så att den får en högre viskositet i vila eller vid låg skjuvhastighet (t.ex. vid lagring eller transport), för att förhindra att pigmentet i färgen sätter sig. Och under hög skjuvhastighet (t.ex. vid beläggningsprocessen) har den låg viskositet, så att beläggningen har tillräckligt flyt och utjämning.
Tixotropi representeras av tixotropiskt index TI och mäts med Brookfield-viskometer.
TI=viskositet (mätt vid 6 r/min)/viskositet (mätt vid 60 r/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 såsom metylcellulosa, hydroxietylcellulosa, polyakrylat, polymetakrylat, akrylsyra eller metylakrylhomopolymer eller -sampolymer och polyuretan etc.
Ur ett perspektiv av påverkan på beläggningars reologiska egenskaper delas förtjockningsmedel in i tixotropa förtjockningsmedel och associativa förtjockningsmedel. När det gäller prestandakrav bör mängden förtjockningsmedel vara mindre och förtjockningseffekten vara god; det är inte lätt att erodera av enzymer; när systemets temperatur eller pH-värde förändras kommer beläggningens viskositet inte att minskas signifikant, och pigment och fyllmedel kommer inte att flockuleras. ; God lagringsstabilitet; god vattenretention, inget uppenbart skumningsfenomen och inga negativa effekter på beläggningsfilmens prestanda.
①Cellulosaförtjockningsmedel
De 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. Produktens specifikationer och modeller skiljer sig huvudsakligen åt efter substitutionsgrad och viskositet.
Olika typer av hydroxietylcellulosa delas också in i normal upplösningstyp, snabb dispersionstyp och biologisk stabilitetstyp. Beträffande användningsmetoden kan hydroxietylcellulosa tillsättas i olika steg i beläggningsprocessen. Snabbdispersionstypen kan tillsättas direkt i form av torrt pulver. Systemets pH-värde före tillsats bör dock vara lägre än 7, främst eftersom hydroxietylcellulosa löses upp långsamt vid lågt pH-värde, och det finns tillräckligt med tid för vatten att infiltrera partiklarnas insida, och sedan ökas pH-värdet för att den ska lösas upp snabbt. Motsvarande steg kan också användas för att framställa en viss koncentration av limlösning och tillsätta den till 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 hydroxipropylgrupp. Dess förtjockningseffekt är i princip densamma som för hydroxietylcellulosa. Och den är resistent mot enzymatisk nedbrytning, men dess vattenlöslighet är inte lika bra som för hydroxietylcellulosa, och den har nackdelen att den gelar vid uppvärmning. För ytbehandlad hydroxipropylmetylcellulosa kan den tillsättas direkt till vatten vid användning. Efter omrörning och dispergering, tillsätt alkaliska ämnen såsom ammoniakvatten för att justera pH-värdet till 8-9, och rör om tills den 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, sedan omröras med kallt vatten eller isvatten för att helt lösas upp.
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 god suspensionseffekt, kan förhindra sjunkning och påverkar inte beläggningens vattenbeständighet. Efter att beläggningen har torkat och formats till en film fungerar den som ett fyllmedel i beläggningsfilmen, etc. Den ogynnsamma faktorn är att det avsevärt påverkar beläggningens utjämning.
③ Syntetiskt polymerförtjockningsmedel
Syntetiska polymerförtjockningsmedel används mestadels 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 högre än 10 löses den upp i vatten och förlorar sin förtjockningseffekt, 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 alkalisk svällning, vilket ökar latexpartiklarnas volym, hindrar partiklarnas Brownska rörelse och ökar färgsystemets viskositet. För det andra ökar förtjockningsmedlets svällning vattenfasens viskositet.
(2) Förtjockningsmedlets inverkan på beläggningsegenskaperna
Effekten av typen av förtjockningsmedel på beläggningens reologiska egenskaper är följande:
När mängden förtjockningsmedel ökar ökar färgens statiska viskositet avsevärt, och viskositetsförändringstrenden 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 (såsom EBS451FQ) är viskositeten fortfarande hög vid höga skjuvhastigheter när mängden är stor.
Med användning av associativa polyuretanförtjockningsmedel (såsom WT105A) vid höga skjuvhastigheter är viskositeten fortfarande hög när mängden är stor.
Med akrylförtjockningsmedel (t.ex. ASE60) ökar den statiska viskositeten snabbt, även om den ökar snabbt när mängden är stor, men viskositeten minskar snabbt vid en högre skjuvhastighet.
3. Associativt förtjockningsmedel
(1) förtjockningsmekanism
Cellulosaeter och alkalisvällbara akrylförtjockningsmedel kan endast förtjockna vattenfasen, men har ingen förtjockande effekt på andra komponenter i den vattenbaserade färgen, och de kan inte heller orsaka någon signifikant interaktion mellan pigmenten i färgen och emulsionspartiklarna, så färgens reologi kan inte justeras.
Associativa förtjockningsmedel kännetecknas av att de förutom att förtjockna genom hydrering även förtjockar genom associationer sinsemellan, med dispergerade partiklar och med andra komponenter i systemet. Denna association dissocierar vid höga skjuvhastigheter och återassocierar vid låga skjuvhastigheter, vilket gör 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. Sådana förtjockningsmolekyler kan inte bara hydrera 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.
Ännu viktigare är att dessa associationer 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 utjämnande egenskaper. Eftersom molekylen har flera miceller minskar denna struktur dessutom vattenmolekylernas tendens att migrera och ökar därmed viskositeten hos vattenfasen.
(2) Rollen i beläggningar
De flesta associativa förtjockningsmedlen är polyuretaner, och deras relativa molekylvikter ligger mellan 103-104 storleksordningar, två storleksordningar lägre än vanliga polyakrylsyra- och cellulosaförtjockningsmedel med relativa molekylvikter mellan 105-106. På grund av den låga molekylvikten är den effektiva volymökningen efter hydrering mindre, så dess viskositetskurva är plattare än den 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 associationskonverteringen mellan molekyler större än associationsförstörelsen mellan molekyler, hela systemet bibehåller ett inneboende suspensions- och dispersionstillstånd, och viskositeten är nära viskositeten hos dispersionsmediet (vatten). Därför gör det associativa förtjockningsmedlet att det vattenbaserade färgsystemet uppvisar lägre synbar viskositet när det befinner sig i området med låg skjuvhastighet.
Associativa förtjockningsmedel ökar den potentiella energin mellan molekyler på grund av associationen mellan partiklar i den dispergerade fasen. På så sätt behövs mer energi för att bryta associationen mellan molekyler vid höga skjuvhastigheter, och den skjuvkraft som krävs för att uppnå samma skjuvspänning är också större, så att systemet uppvisar en högre skjuvhastighet vid höga skjuvhastigheter. Skenbar viskositet. Den högre viskositeten vid hög skjuvning och den lägre viskositeten vid låg skjuvning kan precis kompensera för bristen på vanliga förtjockningsmedel i färgens reologiska egenskaper, det vill säga att de två förtjockningsmedlen kan användas i kombination för att justera latexfärgens fluiditet. Variabel prestanda, för att uppfylla de omfattande kraven för beläggning i tjock film och beläggningsfilmflöde.
Publiceringstid: 28 april 2024