1. Визначення та функція згущувача
Добавки, здатні значно підвищити в'язкість водоемульсійних фарб, називають загусниками.
Загусники відіграють важливу роль у виробництві, зберіганні та створенні покриттів.
Основною функцією загусника є збільшення в'язкості покриття для задоволення вимог різних етапів використання. Однак в'язкість, необхідна для покриття на різних етапах, різна. наприклад:
У процесі зберігання бажано мати високу в’язкість, щоб не допустити осідання пігменту;
У процесі будівництва бажано мати помірну в’язкість, щоб гарантувати, що фарба добре наноситься пензлем без надмірних плям фарби;
Сподіваємося, що після будівництва в’язкість може швидко повернутися до високої в’язкості після короткого проміжку часу (процес вирівнювання), щоб запобігти провисанню.
Текучість водних покриттів є неньютонівською.
Коли в'язкість фарби зменшується зі збільшенням сили зсуву, її називають псевдопластичною рідиною, і більша частина фарби є псевдопластичною рідиною.
Коли поведінка потоку псевдопластичної рідини пов’язана з її історією, тобто залежить від часу, її називають тиксотропною рідиною.
При виготовленні покриттів ми часто свідомо намагаємося зробити покриття тиксотропними, наприклад, додаючи добавки.
Коли тиксотропія покриття відповідна, це може вирішити протиріччя різних етапів покриття та задовольнити технічні потреби різної в’язкості покриття на етапах зберігання, будівельного вирівнювання та сушіння.
Деякі загусники можуть надати фарбі високу тиксотропність, щоб вона мала вищу в’язкість у стані спокою або при низькій швидкості зсуву (наприклад, при зберіганні чи транспортуванні), щоб запобігти осіданню пігменту у фарбі. А за високої швидкості зсуву (наприклад, у процесі нанесення покриття) він має низьку в’язкість, тому покриття має достатню текучість і вирівнювання.
Тиксотропія представлена індексом тиксотропності TI і вимірюється віскозиметром Брукфілда.
TI = в'язкість (виміряна при 6 об/хв)/в'язкість (виміряна при 60 об/хв)
2. Види загусників та їх вплив на властивості покриття
(1) Типи За хімічним складом загусники поділяються на дві категорії: органічні та неорганічні.
Неорганічні типи включають бентоніт, атапульгіт, силікат алюмінію магнію, силікат літію магнію тощо, органічні типи, такі як метилцелюлоза, гідроксиетилцелюлоза, поліакрилат, поліметакрилат, акрилова кислота або метилакриловий гомополімер або сополімер та поліуретан тощо.
З точки зору впливу на реологічні властивості покриттів загусники поділяються на тиксотропні загусники та асоціативні загусники. З точки зору вимог до продуктивності, кількість загусника повинна бути меншою, а ефект загущення хороший; нелегко піддається ерозії ферментами; коли температура або значення рН системи змінюється, в'язкість покриття не буде значно знижена, а пігмент і наповнювач не будуть флокулюватися. ; Хороша стійкість при зберіганні; хороше утримання води, відсутність явного піноутворення та негативного впливу на продуктивність плівки покриття.
①Згущувач целюлози
Целюлозні загусники, що використовуються в покриттях, це в основному метилцелюлоза, гідроксиетилцелюлоза та гідроксипропілметилцелюлоза, причому два останніх використовуються частіше.
Гідроксіетилцелюлоза - це продукт, отриманий шляхом заміни гідроксильних груп на глюкозних ланках природної целюлози на гідроксиетилові групи. Специфікації та моделі продуктів в основному розрізняються за ступенем заміщення та в'язкістю.
Різновиди гідроксиетилцелюлози також поділяються на тип нормального розчинення, тип швидкої дисперсії та тип біологічної стабільності. Що стосується способу використання, то гідроксиетилцелюлозу можна додавати на різних етапах процесу виробництва покриття. Швидкодиспергуючий тип можна додавати безпосередньо у формі сухого порошку. Однак значення рН системи перед додаванням має бути менше 7, головним чином тому, що гідроксіетилцелюлоза розчиняється повільно при низькому значенні рН, і є достатньо часу, щоб вода проникла всередину частинок, а потім значення рН підвищується, щоб вона швидко розчинялася. Відповідні етапи також можна використовувати для приготування розчину клею певної концентрації та додавання його до системи покриття.
Гідроксипропілметилцелюлозаце продукт, отриманий шляхом заміни гідроксильної групи глюкозної одиниці природної целюлози на метоксигрупу, тоді як іншу частину замінено на гідроксипропілову групу. Його ефект загущення в основному такий же, як і гідроксиетилцелюлози. І він стійкий до ферментативної деградації, але його розчинність у воді не така хороша, як у гідроксиетилцелюлози, і він має недолік гелеутворення при нагріванні. Що стосується гідроксипропілметилцелюлози з поверхневою обробкою, її можна безпосередньо додавати у воду під час використання. Після перемішування та диспергування додайте лужні речовини, наприклад аміачну воду, щоб відрегулювати значення рН до 8-9, і перемішуйте до повного розчинення. Для гідроксипропілметилцелюлози без обробки поверхні її можна замочити та набухнути у гарячій воді вище 85°C перед використанням, а потім охолодити до кімнатної температури, потім перемішати з холодною або крижаною водою, щоб повністю розчинити її.
②Неорганічний загусник
Цей вид загусника - це в основному деякі продукти з активованої глини, такі як бентоніт, магнієво-алюмінієва силікатна глина тощо. Він характеризується тим, що крім ефекту загущення, він також має хороший суспензійний ефект, може запобігти опусканню та не вплине на водостійкість покриття. Після висихання та формування плівки покриття виконує роль наповнювача в плівці покриття тощо. Несприятливим фактором є те, що це значно вплине на вирівнювання покриття.
③ Синтетичний полімерний загусник
Синтетичні полімерні загусники в основному використовуються в акрилі та поліуретані (асоціативні загусники). Акрилові загусники - це переважно акрилові полімери, що містять карбоксильні групи. У воді з рН 8-10 карбоксильна група дисоціює і набухає; коли значення pH перевищує 10, воно розчиняється у воді і втрачає ефект загущення, тому ефект загущення дуже чутливий до значення pH.
Механізм загущення акрилатного загусника полягає в тому, що його частинки можуть адсорбуватися на поверхні частинок латексу у фарбі та утворювати шар покриття після набухання лугом, що збільшує об’єм частинок латексу, перешкоджає броунівському руху частинок і збільшує в’язкість системи фарби. ; По-друге, набухання загусника збільшує в'язкість водної фази.
(2) Вплив загусника на властивості покриття
Вплив типу загусника на реологічні властивості покриття виглядає наступним чином:
Коли кількість загусника збільшується, статична в'язкість фарби значно зростає, і тенденція зміни в'язкості в основному є постійною, якщо піддаватися зовнішній зсувній силі.
Завдяки ефекту згущувача в’язкість фарби швидко падає, коли вона піддається зсуву, демонструючи псевдопластичність.
Використовуючи гідрофобно модифікований целюлозний загусник (наприклад, EBS451FQ), при високих швидкостях зсуву в’язкість залишається високою, навіть якщо його кількість велика.
Використовуючи асоціативні поліуретанові загусники (такі як WT105A), при високих швидкостях зсуву в’язкість залишається високою, навіть якщо їх кількість велика.
При використанні акрилових загусників (таких як ASE60), хоча статична в’язкість швидко зростає, коли кількість велика, в’язкість швидко зменшується при вищій швидкості зсуву.
3. Асоціативний згущувач
(1) механізм згущення
Ефір целюлози та акрилові загусники, що набрякають лугом, можуть лише згущувати водну фазу, але не мають згущувального ефекту на інші компоненти фарби на водній основі, а також не можуть спричинити значну взаємодію між пігментами у фарбі та частинками емульсії, тому реологію фарби не можна регулювати.
Асоціативні загусники характеризуються тим, що крім згущення через гідратацію, вони також згущуються через асоціації між собою, з диспергованими частинками та з іншими компонентами в системі. Ця асоціація розпадається при високих швидкостях зсуву і знову асоціюється при низьких швидкостях зсуву, дозволяючи регулювати реологію покриття.
Механізм загущення асоціативного загусника полягає в тому, що його молекула є лінійним гідрофільним ланцюгом, полімерною сполукою з ліпофільними групами на обох кінцях, тобто має гідрофільні та гідрофобні групи в структурі, тому має характеристики молекул поверхнево-активної речовини. природи. Такі молекули загусника можуть не тільки гідратуватися і набухати для згущення водної фази, але також утворювати міцели, коли концентрація його водного розчину перевищує певне значення. Міцели можуть асоціюватися з полімерними частинками емульсії та частинками пігменту, які адсорбували диспергатор, щоб утворити тривимірну сітчасту структуру, а також з’єднуватися між собою та переплітатися для збільшення в’язкості системи.
Більш важливим є те, що ці асоціації перебувають у стані динамічної рівноваги, і ці асоційовані міцели можуть регулювати свої позиції під впливом зовнішніх сил, так що покриття має властивості вирівнювання. Крім того, оскільки молекула має кілька міцел, ця структура зменшує тенденцію молекул води до міграції і таким чином збільшує в'язкість водної фази.
(2) Роль у покриттях
Більшість асоціативних загусників є поліуретанами, і їх відносна молекулярна маса становить 103-104 порядків величини, що на два порядки нижче, ніж звичайна поліакрилова кислота та целюлозні загусники з відносною молекулярною вагою 105-106. Завдяки низькій молекулярній масі ефективне збільшення об’єму після гідратації є меншим, тому його крива в’язкості є більш плоскою, ніж у неасоціативних загусників.
Через низьку молекулярну масу асоціативного загусника його міжмолекулярне сплутування у водній фазі обмежене, тому його загущуючий вплив на водну фазу незначний. У діапазоні низьких швидкостей зсуву перетворення асоціації між молекулами є більшим, ніж руйнування асоціації між молекулами, вся система підтримує властивий стан суспензії та дисперсії, а в’язкість близька до в’язкості дисперсійного середовища (води). Таким чином, асоціативний загусник змушує систему фарби на водній основі демонструвати нижчу видиму в’язкість, коли вона знаходиться в області низької швидкості зсуву.
Асоціативні загусники збільшують потенціальну енергію між молекулами за рахунок асоціації між частинками в дисперсній фазі. Таким чином, потрібно більше енергії, щоб розірвати зв’язок між молекулами при високих швидкостях зсуву, а сила зсуву, необхідна для досягнення однакової деформації зсуву, також більша, так що система демонструє вищу швидкість зсуву при високих швидкостях зсуву. Уявна в'язкість. Вища в’язкість при високому зсуві та нижча в’язкість при низькому зсуві можуть просто компенсувати відсутність звичайних загусників у реологічних властивостях фарби, тобто два загусники можна використовувати в комбінації для регулювання текучості латексної фарби. Змінна продуктивність, щоб задовольнити комплексні вимоги до нанесення покриття на товсту плівку та потік плівки покриття.
Час публікації: 28 квітня 2024 р