1. Kalınlaştırıcının tanımı ve işlevi
Su bazlı boyaların viskozitesini önemli ölçüde artırabilen katkı maddelerine koyulaştırıcı denir.
Kalınlaştırıcılar, kaplamaların üretimi, depolanması ve yapımında önemli rol oynarlar.
Kalınlaştırıcının temel işlevi, kaplamanın viskozitesini farklı kullanım aşamalarının gereksinimlerini karşılayacak şekilde artırmaktır. Ancak, kaplamanın farklı aşamalarda ihtiyaç duyduğu viskozite farklıdır. Örn:
Depolama esnasında pigmentin çökmesini önlemek için yüksek viskoziteye sahip olması istenir;
Yapım süreci sırasında, boyanın aşırı boya lekesi oluşturmadan iyi fırçalanabilirliğe sahip olmasını sağlamak için orta düzeyde bir viskoziteye sahip olması istenir;
İnşaattan sonra, sarkmaların önlenmesi için kısa bir zaman gecikmesi (tesviye işlemi) sonrasında viskozitenin hızla yüksek viskoziteye dönmesi umulmaktadır.
Su bazlı kaplamaların akışkanlığı Newtonsal değildir.
Boyanın viskozitesi, kesme kuvvetinin artmasıyla azalıyorsa buna psödoplastik akışkan denir ve boyanın büyük kısmı psödoplastik akışkandır.
Psödoplastik bir akışkanın akış davranışı, onun geçmişine bağlı, yani zamana bağlı ise buna tiksotropik akışkan denir.
Kaplamaları üretirken, çoğu zaman kaplamaları bilinçli olarak tiksotropik hale getirmeye çalışırız; örneğin katkı maddeleri ekleriz.
Kaplamanın tiksotropisi uygun olduğunda, kaplamanın çeşitli aşamalarındaki çelişkileri çözebilir ve depolama, inşaat tesviyesi ve kurutma aşamalarında kaplamanın farklı viskozitesinin teknik ihtiyaçlarını karşılayabilir.
Bazı kalınlaştırıcılar boyaya yüksek tiksotropi kazandırabilir, böylece boyanın dinlenme halinde veya düşük kayma hızında (depolama veya taşıma gibi) daha yüksek bir viskozitesi olur, böylece boyadaki pigmentin çökmesi önlenir. Ve yüksek kayma hızında (kaplama işlemi gibi) düşük viskozitesi olur, böylece kaplama yeterli akışa ve düzleşmeye sahip olur.
Tiksotropi, tiksotropik indeks TI ile gösterilir ve Brookfield viskozimetresi ile ölçülür.
TI=viskozite (6r/dakikada ölçüldü)/viskozite (60r/dakikada ölçüldü)
2. Kalınlaştırıcıların türleri ve kaplama özelliklerine etkileri
(1) Türler Kimyasal bileşimlerine göre koyulaştırıcılar iki kategoriye ayrılır: organik ve inorganik.
İnorganik tipler arasında bentonit, atapulgit, alüminyum magnezyum silikat, lityum magnezyum silikat vb., organik tipler arasında metil selüloz, hidroksietil selüloz, poliakrilat, polimetakrilat, akrilik asit veya metil akrilik homopolimer veya kopolimer ve poliüretan vb. bulunur.
Kaplamaların reolojik özellikleri üzerindeki etki perspektifinden, kalınlaştırıcılar tiksotropik kalınlaştırıcılar ve ilişkisel kalınlaştırıcılar olarak ikiye ayrılır. Performans gereksinimleri açısından, kalınlaştırıcı miktarı daha az olmalı ve kalınlaştırma etkisi iyi olmalıdır; enzimler tarafından aşınması kolay değildir; sistemin sıcaklığı veya pH değeri değiştiğinde, kaplamanın viskozitesi önemli ölçüde azalmayacak ve pigment ve dolgu maddesi floküle olmayacaktır. ; İyi depolama kararlılığı; iyi su tutma, belirgin köpürme olayı yok ve kaplama filminin performansı üzerinde olumsuz etki yok.
①Selüloz koyulaştırıcı
Kaplamalarda kullanılan selüloz kalınlaştırıcılar esas olarak metilselüloz, hidroksietilselüloz ve hidroksipropilmetilselüloz olup, son ikisi daha yaygın olarak kullanılmaktadır.
Hidroksietil selüloz, doğal selülozun glikoz ünitelerindeki hidroksil gruplarının hidroksietil gruplarıyla değiştirilmesiyle elde edilen bir üründür. Ürünlerin özellikleri ve modelleri esas olarak ikame derecesine ve viskoziteye göre ayırt edilir.
Hidroksietil selüloz çeşitleri de normal çözünme tipi, hızlı dağılma tipi ve biyolojik kararlılık tipi olarak ayrılır. Kullanım yöntemi açısından, hidroksietil selüloz kaplama üretim sürecinin farklı aşamalarında eklenebilir. Hızlı dağılan tip doğrudan kuru toz formunda eklenebilir. Ancak, eklemeden önce sistemin pH değeri 7'den az olmalıdır, çünkü hidroksietil selüloz düşük pH değerinde yavaşça çözünür ve suyun parçacıkların içine sızması için yeterli zaman vardır ve daha sonra pH değeri artırılarak hızlı bir şekilde çözünmesi sağlanır. İlgili adımlar ayrıca belirli bir tutkal çözeltisi konsantrasyonu hazırlamak ve kaplama sistemine eklemek için de kullanılabilir.
Hidroksipropil metilselülozDoğal selülozun glikoz ünitesindeki hidroksil grubunun bir metoksi grubu ile, diğer kısmının ise bir hidroksipropil grubu ile değiştirilmesiyle elde edilen bir üründür. Kalınlaştırıcı etkisi temel olarak hidroksietil selülozunkiyle aynıdır. Ve enzimatik bozunmaya karşı dirençlidir, ancak suda çözünürlüğü hidroksietil selülozunki kadar iyi değildir ve ısıtıldığında jelleşme dezavantajına sahiptir. Yüzey işlemi görmüş hidroksipropil metilselüloz için kullanıldığında doğrudan suya eklenebilir. Karıştırdıktan ve dağıttıktan sonra pH değerini 8-9'a ayarlamak için amonyak suyu gibi alkali maddeler ekleyin ve tamamen eriyene kadar karıştırın. Yüzey işlemi görmemiş hidroksipropil metilselüloz için, kullanmadan önce 85°C'nin üzerindeki sıcak suyla ıslatılıp şişirilebilir ve daha sonra oda sıcaklığına soğutulduktan sonra tamamen erimesi için soğuk su veya buzlu su ile karıştırılabilir.
②İnorganik koyulaştırıcı
Bu tür kalınlaştırıcılar esas olarak bentonit, magnezyum alüminyum silikat kili vb. gibi bazı aktif kil ürünleridir. Kalınlaştırıcı etkiye ek olarak iyi bir süspansiyon etkisine sahip olması, batmayı önleyebilmesi ve kaplamanın su direncini etkilememesi ile karakterize edilir. Kaplama kurutulduktan ve bir film haline getirildikten sonra, kaplama filminde dolgu maddesi görevi görür vb. Olumsuz faktör, kaplamanın düzleşmesini önemli ölçüde etkileyecek olmasıdır.
③ Sentetik polimer koyulaştırıcı
Sentetik polimer kalınlaştırıcılar çoğunlukla akrilik ve poliüretanda kullanılır (birleştirici kalınlaştırıcılar). Akrilik kalınlaştırıcılar çoğunlukla karboksil grupları içeren akrilik polimerlerdir. pH değeri 8-10 olan suda karboksil grubu ayrışır ve şişer; pH değeri 10'dan büyük olduğunda suda çözünür ve kalınlaştırıcı etkisini kaybeder, bu nedenle kalınlaştırıcı etki pH değerine karşı çok hassastır.
Akrilat kalınlaştırıcının kalınlaştırma mekanizması, parçacıklarının boyadaki lateks parçacıklarının yüzeyine adsorbe olabilmesi ve alkali şişmesinden sonra bir kaplama tabakası oluşturabilmesi, lateks parçacıklarının hacmini artırması, parçacıkların Brown hareketini engellemesi ve boya sisteminin viskozitesini artırmasıdır. ; İkincisi, kalınlaştırıcının şişmesi su fazının viskozitesini artırır.
(2) Kalınlaştırıcının kaplama özelliklerine etkisi
Kalınlaştırıcı tipinin kaplamanın reolojik özellikleri üzerindeki etkisi aşağıdaki gibidir:
Kalınlaştırıcı miktarı arttıkça boyanın statik viskozitesi önemli ölçüde artmakta ve dış bir kesme kuvvetine maruz kaldığında viskozite değişim eğilimi temelde tutarlı olmaktadır.
Kalınlaştırıcının etkisiyle boyanın viskozitesi, kesme kuvvetine maruz kaldığında hızla düşerek pseudoplastiklik gösterir.
Hidrofobik olarak modifiye edilmiş bir selüloz koyulaştırıcı (örneğin EBS451FQ) kullanıldığında, yüksek kayma hızlarında, miktar fazla olduğunda bile viskozite hala yüksektir.
İlişkili poliüretan kalınlaştırıcılar (örneğin WT105A) kullanıldığında, yüksek kayma hızlarında, miktar fazla olduğunda bile viskozite hala yüksektir.
Akrilik kalınlaştırıcılar (örneğin ASE60) kullanıldığında, miktar fazla olduğunda statik viskozite hızla artmasına rağmen, daha yüksek kayma hızında viskozite hızla azalır.
3. İlişkisel kalınlaştırıcı
(1) kalınlaştırma mekanizması
Selüloz eter ve alkali-şişebilen akrilik koyulaştırıcılar sadece su fazını koyulaştırabilirler, ancak su bazlı boyadaki diğer bileşenler üzerinde koyulaştırıcı bir etkileri yoktur, ayrıca boyadaki pigmentler ile emülsiyon parçacıkları arasında önemli bir etkileşime neden olamazlar, bu nedenle boyanın reolojisi ayarlanamaz.
İlişkili koyulaştırıcılar, hidratasyon yoluyla koyulaştırmanın yanı sıra, kendi aralarında, dağılmış parçacıklarla ve sistemdeki diğer bileşenlerle olan ilişkiler yoluyla da koyulaştırmalarıyla karakterize edilir. Bu ilişki, yüksek kayma hızlarında ayrışır ve düşük kayma hızlarında yeniden birleşerek kaplamanın reolojisinin ayarlanmasına olanak tanır.
İlişkili koyulaştırıcının koyulaştırma mekanizması, molekülünün doğrusal bir hidrofilik zincir, her iki ucunda lipofilik gruplar bulunan bir polimer bileşiği olmasıdır, yani yapısında hidrofilik ve hidrofobik gruplar vardır, bu nedenle yüzey aktif madde moleküllerinin özelliklerine sahiptir. doğa. Bu tür koyulaştırıcı moleküller sadece su fazını koyulaştırmak için hidratlanıp şişemez, aynı zamanda sulu çözeltisinin konsantrasyonu belirli bir değeri aştığında misel oluşturabilir. Miseller, emülsiyonun polimer parçacıkları ve dağıtıcıyı adsorbe eden pigment parçacıklarıyla birleşerek üç boyutlu bir ağ yapısı oluşturabilir ve sistemin viskozitesini artırmak için birbirine bağlanır ve dolanır.
Daha da önemlisi, bu birleşmeler dinamik bir denge halindedir ve bu ilişkili misellerin dış kuvvetlere maruz kaldıklarında konumlarını ayarlayabilmeleri, böylece kaplamanın düzleştirme özelliklerine sahip olmasıdır. Ayrıca, molekülün birkaç misel içermesi nedeniyle, bu yapı su moleküllerinin göç etme eğilimini azaltır ve böylece sulu fazın viskozitesini artırır.
(2) Kaplamalardaki rol
İlişkili kalınlaştırıcıların çoğu poliüretandır ve bunların bağıl moleküler ağırlıkları 103-104 büyüklük sırası arasındadır, bu da 105-106 arasında bağıl moleküler ağırlıklara sahip sıradan poliakrilik asit ve selüloz kalınlaştırıcılardan iki büyüklük sırası daha düşüktür. Düşük moleküler ağırlık nedeniyle, hidratasyondan sonra etkili hacim artışı daha azdır, bu nedenle viskozite eğrisi, ilişkisel olmayan kalınlaştırıcılardan daha düzdür.
İlişkisel koyulaştırıcının düşük molekül ağırlığı nedeniyle, su fazındaki moleküller arası dolanıklığı sınırlıdır, bu nedenle su fazı üzerindeki koyulaştırıcı etkisi önemli değildir. Düşük kayma hızı aralığında, moleküller arasındaki ilişki dönüşümü, moleküller arasındaki ilişki yıkımından daha fazladır, tüm sistem doğal bir süspansiyon ve dispersiyon durumunu korur ve viskozite, dispersiyon ortamının (su) viskozitesine yakındır. Bu nedenle, ilişkisel koyulaştırıcı, su bazlı boya sisteminin düşük kayma hızı bölgesinde olduğunda daha düşük görünür viskozite sergilemesini sağlar.
İlişkisel koyulaştırıcılar, dağılmış fazdaki parçacıklar arasındaki ilişki nedeniyle moleküller arasındaki potansiyel enerjiyi artırır. Bu şekilde, yüksek kayma hızlarında moleküller arasındaki ilişkiyi kırmak için daha fazla enerji gerekir ve aynı kayma gerginliğini elde etmek için gereken kayma kuvveti de daha büyüktür, böylece sistem yüksek kayma hızlarında daha yüksek bir kayma hızı sergiler. Görünür viskozite. Daha yüksek yüksek kayma viskozitesi ve daha düşük düşük kayma viskozitesi, boyanın reolojik özelliklerinde ortak koyulaştırıcıların eksikliğini telafi edebilir, yani iki koyulaştırıcı lateks boyanın akışkanlığını ayarlamak için kombinasyon halinde kullanılabilir. Değişken performans, kalın filme kaplama ve kaplama filmi akışının kapsamlı gereksinimlerini karşılamak için.
Gönderi zamanı: 28-Nis-2024