1. Kıvam arttırıcının tanımı ve işlevi
Su bazlı boyaların viskozitesini önemli ölçüde artırabilen katkı maddelerine koyulaştırıcı denir.
Kıvam arttırıcılar, kaplamaların üretiminde, depolanmasında ve yapısında önemli bir rol oynar.
Kalınlaştırıcı maddenin temel işlevi, kaplamanın viskozitesini farklı kullanım aşamalarının gereksinimlerini karşılayacak şekilde artırmaktır. Bununla birlikte, kaplamanın farklı aşamalarda ihtiyaç duyduğu viskozite farklıdır. Örneğin:
Depolama sürecinde, pigmentin çökelmesini önlemek için yüksek viskoziteye sahip olması arzu edilir;
Yapım sürecinde, boyanın iyi fırçalanabilirlik özelliğine sahip olması ve aşırı boya lekesi oluşturmaması için orta derecede viskoziteye sahip olması arzu edilir;
Yapım tamamlandıktan sonra, sarkmayı önlemek için viskozitenin kısa bir süre sonra (düzleştirme işlemi) hızla yüksek viskoziteye geri dönmesi umulmaktadır.
Su bazlı kaplamaların akışkanlığı Newton tipi değildir.
Boya viskozitesinin kayma kuvvetinin artmasıyla azalması durumuna psödoplastik sıvı denir ve boyaların çoğu psödoplastik sıvıdır.
Bir psödoplastik sıvının akış davranışı geçmişiyle ilişkiliyse, yani zamana bağlıysa, bu sıvıya tiksotropik sıvı denir.
Kaplama malzemeleri üretirken, katkı maddeleri eklemek gibi yöntemlerle kaplamaların tiksotropik (hızlı ve akışkan) olmasını sağlamaya bilinçli olarak çalışırız.
Kaplamanın tiksotropisi uygun olduğunda, kaplamanın çeşitli aşamalarındaki çelişkileri çözebilir ve depolama, uygulama düzeltme ve kurutma aşamalarındaki kaplamanın farklı viskozitelerine ilişkin teknik ihtiyaçları karşılayabilir.
Bazı kıvam arttırıcılar, boyaya yüksek tiksotropi kazandırarak, boyanın durgun halde veya düşük kesme hızında (depolama veya taşıma gibi) daha yüksek viskoziteye sahip olmasını sağlar; bu da boyadaki pigmentin çökmesini önler. Ayrıca, yüksek kesme hızında (kaplama işlemi gibi) düşük viskoziteye sahip olur, böylece kaplama yeterli akışkanlığa ve düzgünlüğe sahip olur.
Tiksotropi, tiksotropi indeksi TI ile temsil edilir ve Brookfield viskozimetresi ile ölçülür.
TI = viskozite (6 dev/dak'da ölçülen) / viskozite (60 dev/dak'da ölçülen)
2. Kalınlaştırıcı türleri ve kaplama özelliklerine etkileri
(1) Türler Kimyasal bileşim açısından, koyulaştırıcılar iki kategoriye ayrılır: organik ve inorganik.
İnorganik türler arasında bentonit, attapulgit, alüminyum magnezyum silikat, lityum magnezyum silikat vb.; organik türler arasında ise metil selüloz, hidroksietil selüloz, poliakrilat, polimetakrilat, akrilik asit veya metil akrilik homopolimer veya kopolimer ve poliüretan vb. yer alır.
Kaplamaların reolojik özelliklerine etkisi açısından, koyulaştırıcılar tiksotropik koyulaştırıcılar ve ilişkisel koyulaştırıcılar olarak ikiye ayrılır. Performans gereksinimleri açısından, koyulaştırıcı miktarı az olmalı ve koyulaştırma etkisi iyi olmalıdır; enzimler tarafından kolayca aşındırılmamalıdır; sistemin sıcaklığı veya pH değeri değiştiğinde, kaplamanın viskozitesi önemli ölçüde azalmamalı ve pigment ve dolgu maddesi topaklanmamalıdır; iyi depolama stabilitesi; iyi su tutma özelliği, belirgin köpürme fenomeni olmaması ve kaplama filminin performansını olumsuz etkilememesi gerekir.
①Selüloz kıvam arttırıcı
Kaplamalarda kullanılan selüloz kıvamlaştırıcılar başlıca metilselüloz, hidroksietilselüloz ve hidroksipropilmetilselülozdur ve 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 farklılık gösterir.
Hidroksietil selüloz çeşitleri de normal çözünme tipi, hızlı dağılma tipi ve biyolojik stabilite tipi olarak ayrılır. Kullanım yöntemine gelince, hidroksietil selüloz kaplama üretim sürecinin farklı aşamalarında eklenebilir. Hızlı dağılan tip, kuru toz halinde doğrudan eklenebilir. Ancak, eklemeden önce sistemin pH değeri 7'den düşük olmalıdır, çünkü hidroksietil selüloz düşük pH değerinde yavaş çözünür ve suyun parçacıkların içine nüfuz etmesi için yeterli zaman olur; daha sonra pH değeri yükseltilerek hızlı çözünmesi sağlanır. Buna karşılık, belirli bir konsantrasyonda yapıştırıcı çözelti hazırlanıp kaplama sistemine eklenmesi de mümkündür.
Hidroksipropil metilselülozDoğal selülozun glikoz birimindeki hidroksil grubunun metoksi grubuyla, diğer kısmının ise hidroksipropil grubuyla değiştirilmesiyle elde edilen bir üründür. Kalınlaştırma etkisi temelde hidroksietil selüloz ile aynıdır. Enzimatik bozunmaya karşı dirençlidir, ancak suda çözünürlüğü hidroksietil selüloz kadar iyi değildir ve ısıtıldığında jelleşme dezavantajına sahiptir. Yüzey işlem görmüş hidroksipropil metilselüloz, kullanımdan önce doğrudan suya eklenebilir. Karıştırılıp dağıtıldıktan sonra, pH değerini 8-9'a ayarlamak için amonyaklı su gibi alkali maddeler eklenir ve tamamen çözünene kadar karıştırılır. Yüzey işlem görmemiş hidroksipropil metilselüloz ise, kullanımdan önce 85°C'nin üzerindeki sıcak suda ıslatılıp şişirilebilir, ardından oda sıcaklığına soğutulabilir ve daha sonra tamamen çözünene kadar soğuk su veya buzlu su ile karıştırılabilir.
②İnorganik kıvam arttırıcı
Bu tür koyulaştırıcılar esas olarak bentonit, magnezyum alüminyum silikat kil vb. gibi bazı aktif kil ürünleridir. Kalınlaştırma etkisine ek olarak, iyi bir süspansiyon etkisi de gösterir, batmayı önler ve kaplamanın su direncini etkilemez. Kaplama kuruduktan ve film haline geldikten sonra, kaplama filminde dolgu maddesi görevi görür, vb. Olumsuz yanı ise kaplamanın düzgünlüğünü önemli ölçüde etkilemesidir.
③ Sentetik polimer kıvamlaştırıcı
Sentetik polimer kıvamlaştırıcılar çoğunlukla akrilik ve poliüretanlarda (ilişkisel kıvamlaştırıcılar) kullanılır. Akrilik kıvamlaştırıcılar 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 kıvamlaştırma etkisini kaybeder, bu nedenle kıvamlaştırma etkisi pH değerine karşı çok hassastır.
Akrilat kıvamlaştırıcı maddenin koyulaştırma mekanizması, parçacıklarının boyadaki lateks parçacıklarının yüzeyine adsorbe olabilmesi ve alkali şişmesi sonrasında bir kaplama tabakası oluşturmasıdır; bu da lateks parçacıklarının hacmini artırır, parçacıkların Brown hareketini engeller ve boya sisteminin viskozitesini artırır. İkinci olarak, kıvamlaştırıcı maddenin şişmesi su fazının viskozitesini artırır.
(2) Kalınlaştırıcı maddenin kaplama özelliklerine etkisi
Kalınlaştırıcı türünün kaplamanın reolojik özellikleri üzerindeki etkisi aşağıdaki gibidir:
Kıvam arttırıcı miktarı arttıkça, boyanın statik viskozitesi önemli ölçüde artar ve dış kesme kuvvetine maruz kaldığında viskozite değişim eğilimi temelde tutarlı kalır.
Kıvam arttırıcının etkisiyle, boyanın viskozitesi kesme kuvvetine maruz kaldığında hızla düşer ve sözde plastiklik özelliği gösterir.
Hidrofobik olarak modifiye edilmiş bir selüloz kıvamlaştırıcı (örneğin EBS451FQ) kullanıldığında, yüksek kesme hızlarında, miktar büyük olduğunda viskozite hala yüksektir.
(WT105A gibi) ilişkilendirici poliüretan koyulaştırıcılar kullanıldığında, yüksek kesme hızlarında, miktar büyük olduğunda viskozite hala yüksektir.
Akrilik kıvam arttırıcılar (örneğin ASE60) kullanıldığında, miktar fazla olduğunda statik viskozite hızla artarken, daha yüksek kesme hızında viskozite hızla azalır.
3. İlişkisel koyulaştırıcı
(1) kalınlaşma mekanizması
Selüloz eter ve alkali ile şişebilen akrilik kıvamlaştırıcılar yalnızca su fazını koyulaştırabilir, ancak su bazlı boyadaki diğer bileşenler üzerinde koyulaştırıcı bir etkiye sahip değildirler; ayrıca boyadaki pigmentler ile emülsiyon parçacıkları arasında önemli bir etkileşime de neden olamazlar, bu nedenle boyanın reolojisi ayarlanamaz.
İlişkisel koyulaştırıcılar, hidrasyon yoluyla koyulaştırmanın yanı sıra, kendi aralarında, dağılmış parçacıklarla ve sistemdeki diğer bileşenlerle olan ilişkileri yoluyla da koyulaştırma özelliği gösterirler. Bu ilişki, yüksek kayma hızlarında ayrışır ve düşük kayma hızlarında yeniden birleşerek kaplamanın reolojisinin ayarlanmasına olanak tanır.
İlişkisel koyulaştırıcıların koyulaştırma mekanizması, molekülünün doğrusal bir hidrofilik zincir olması, her iki ucunda lipofilik gruplar bulunan bir polimer bileşiği olması, yani yapısında hidrofilik ve hidrofobik gruplar bulunması ve bu nedenle yüzey aktif madde moleküllerinin özelliklerine sahip olmasıdır. Bu tür koyulaştırıcı moleküller, su fazını koyulaştırmak için sadece hidrate olup şişmekle kalmaz, aynı zamanda sulu çözeltisinin konsantrasyonu belirli bir değeri aştığında miseller de oluşturur. Miseller, emülsiyonun polimer parçacıkları ve dağıtıcıyı adsorbe eden pigment parçacıklarıyla birleşerek üç boyutlu bir ağ yapısı oluşturur ve birbirine bağlanarak ve birbirine dolanarak sistemin viskozitesini artırır.
Daha da önemlisi, bu birliktelikler dinamik bir denge halindedir ve bu birliktelik halindeki miseller, dış kuvvetlere maruz kaldıklarında konumlarını ayarlayarak kaplamanın düzleştirici özelliklere sahip olmasını sağlarlar. Ayrıca, molekülün birden fazla misel içermesi nedeniyle, bu yapı su moleküllerinin göç etme eğilimini azaltır ve böylece sulu fazın viskozitesini artırır.
(2) Kaplamalardaki rol
Çoğu ilişkilendirici kıvam arttırıcı poliüretandır ve bağıl moleküler ağırlıkları 103-104 mertebesindedir; bu, bağıl moleküler ağırlıkları 105-106 arasında olan sıradan poliakrilik asit ve selüloz kıvam arttırıcılara göre iki mertebe daha düşüktür. Düşük moleküler ağırlık nedeniyle, hidrasyondan sonraki etkili hacim artışı daha azdır, bu nedenle viskozite eğrisi, ilişkilendirici olmayan kıvam arttırıcılara göre daha düzdür.
İlişkisel koyulaştırıcı maddenin düşük moleküler ağırlığı nedeniyle, su fazındaki moleküller arası etkileşimi sınırlıdır, bu nedenle su fazı üzerindeki koyulaştırma etkisi önemli değildir. Düşük kayma hızı aralığında, moleküller arasındaki ilişki dönüşümü, moleküller arasındaki ilişki yıkımından daha fazladır, tüm sistem doğal bir süspansiyon ve dağılım durumunu korur ve viskozite, dağılım ortamının (su) viskozitesine yakındır. Bu nedenle, ilişkisel koyulaştırıcı madde, su bazlı boya sisteminin düşük kayma hızı bölgesinde 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 enerjiye ihtiyaç duyulur ve aynı kayma gerilimini elde etmek için gereken kayma kuvveti de daha büyük olur, 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 özelliklerindeki yaygın koyulaştırıcıların eksikliğini telafi edebilir, yani iki koyulaştırıcı, lateks boyanın akışkanlığını ayarlamak için birlikte kullanılabilir. Değişken performans, kaplamanın kalın film haline getirilmesi ve kaplama filminin akışı gibi kapsamlı gereksinimleri karşılar.
Yayın tarihi: 28 Nisan 2024