1. Định nghĩa và chức năng của chất làm đặc
Các chất phụ gia có thể làm tăng đáng kể độ nhớt của sơn gốc nước được gọi là chất làm đặc.
Chất làm đặc đóng vai trò quan trọng trong sản xuất, bảo quản và thi công các loại sơn phủ.
Chức năng chính của chất làm đặc là tăng độ nhớt của lớp phủ để đáp ứng yêu cầu của các giai đoạn sử dụng khác nhau. Tuy nhiên, độ nhớt cần thiết cho lớp phủ ở các giai đoạn khác nhau là khác nhau. Ví dụ:
Trong quá trình bảo quản, cần có độ nhớt cao để ngăn ngừa hiện tượng lắng đọng sắc tố;
Trong quá trình thi công, cần có độ nhớt vừa phải để đảm bảo sơn dễ quét mà không gây ra hiện tượng ố vàng quá mức;
Sau khi thi công, hy vọng độ nhớt sẽ nhanh chóng trở lại mức cao sau một thời gian ngắn (quá trình san phẳng) để ngăn ngừa hiện tượng chảy xệ.
Tính lưu động của các lớp phủ gốc nước không tuân theo định luật Newton.
Khi độ nhớt của sơn giảm đi khi lực cắt tăng lên, nó được gọi là chất lỏng giả dẻo, và hầu hết các loại sơn đều là chất lỏng giả dẻo.
Khi hành vi chảy của chất lỏng giả dẻo có liên quan đến lịch sử của nó, tức là phụ thuộc vào thời gian, thì nó được gọi là chất lỏng thixotropic.
Khi sản xuất các lớp phủ, chúng ta thường cố gắng một cách có chủ đích để làm cho các lớp phủ có tính chất thixotropic, chẳng hạn như bằng cách thêm các chất phụ gia.
Khi độ nhớt của lớp phủ phù hợp, nó có thể giải quyết được những mâu thuẫn ở các giai đoạn khác nhau của quá trình phủ, và đáp ứng được nhu cầu kỹ thuật về độ nhớt khác nhau của lớp phủ trong các giai đoạn bảo quản, san phẳng và sấy khô.
Một số chất làm đặc có thể tạo cho sơn tính chất thixotropy cao, khiến sơn có độ nhớt cao hơn ở trạng thái tĩnh hoặc ở tốc độ cắt thấp (như khi bảo quản hoặc vận chuyển), nhằm ngăn ngừa hiện tượng lắng đọng của chất màu trong sơn. Và ở tốc độ cắt cao (như trong quá trình sơn phủ), sơn có độ nhớt thấp, giúp lớp sơn phủ có độ chảy và độ phẳng tốt.
Tính chất thixotropy được biểu thị bằng chỉ số thixotropic TI và được đo bằng máy đo độ nhớt Brookfield.
TI = độ nhớt (đo ở tốc độ 6 vòng/phút) / độ nhớt (đo ở tốc độ 60 vòng/phút)
2. Các loại chất làm đặc và ảnh hưởng của chúng đến tính chất của lớp phủ
(1) Các loại Về thành phần hóa học, chất làm đặc được chia thành hai loại: hữu cơ và vô cơ.
Các loại vô cơ bao gồm bentonit, attapulgit, nhôm magie silicat, lithi magie silicat, v.v., các loại hữu cơ như metyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, polyacrylat, polymethacrylat, axit acrylic hoặc metyl acrylic đồng trùng hợp hoặc đồng trùng hợp và polyurethane, v.v.
Từ góc độ ảnh hưởng đến tính chất lưu biến của lớp phủ, chất làm đặc được chia thành chất làm đặc thixotropic và chất làm đặc liên kết. Về yêu cầu hiệu năng, lượng chất làm đặc cần ít nhưng hiệu quả làm đặc phải tốt; không dễ bị phân hủy bởi enzyme; khi nhiệt độ hoặc giá trị pH của hệ thống thay đổi, độ nhớt của lớp phủ sẽ không bị giảm đáng kể, và sắc tố và chất độn sẽ không bị vón cục; độ ổn định khi bảo quản tốt; khả năng giữ nước tốt, không có hiện tượng tạo bọt rõ rệt và không ảnh hưởng xấu đến hiệu năng của màng phủ.
① Chất làm đặc cellulose
Các chất làm đặc cellulose được sử dụng trong sơn phủ chủ yếu là methylcellulose, hydroxyethylcellulose và hydroxypropylmethylcellulose, trong đó hai loại sau được sử dụng phổ biến hơn.
Hydroxyethyl cellulose là sản phẩm thu được bằng cách thay thế các nhóm hydroxyl trên các đơn vị glucose của cellulose tự nhiên bằng các nhóm hydroxyethyl. Thông số kỹ thuật và mẫu mã của sản phẩm chủ yếu được phân biệt theo mức độ thay thế và độ nhớt.
Các loại hydroxyethyl cellulose cũng được chia thành loại hòa tan thông thường, loại phân tán nhanh và loại ổn định sinh học. Về phương pháp sử dụng, hydroxyethyl cellulose có thể được thêm vào ở các giai đoạn khác nhau trong quá trình sản xuất lớp phủ. Loại phân tán nhanh có thể được thêm trực tiếp dưới dạng bột khô. Tuy nhiên, giá trị pH của hệ thống trước khi thêm vào phải nhỏ hơn 7, chủ yếu là vì hydroxyethyl cellulose hòa tan chậm ở giá trị pH thấp, và có đủ thời gian để nước thấm vào bên trong các hạt, sau đó tăng giá trị pH để làm cho nó hòa tan nhanh hơn. Các bước tương ứng cũng có thể được sử dụng để chuẩn bị một dung dịch keo có nồng độ nhất định và thêm vào hệ thống lớp phủ.
Hydroxypropyl methylcelluloseĐây là sản phẩm thu được bằng cách thay thế nhóm hydroxyl trên đơn vị glucose của cellulose tự nhiên bằng nhóm methoxy, trong khi phần còn lại được thay thế bằng nhóm hydroxypropyl. Tác dụng làm đặc của nó về cơ bản giống như hydroxyethyl cellulose. Nó có khả năng chống lại sự phân hủy enzyme, nhưng độ hòa tan trong nước không tốt bằng hydroxyethyl cellulose, và có nhược điểm là bị đông đặc khi đun nóng. Đối với hydroxypropyl methylcellulose đã qua xử lý bề mặt, có thể thêm trực tiếp vào nước khi sử dụng. Sau khi khuấy và phân tán, thêm các chất kiềm như nước amoniac để điều chỉnh độ pH đến 8-9, và khuấy cho đến khi tan hoàn toàn. Đối với hydroxypropyl methylcellulose không qua xử lý bề mặt, có thể ngâm và trương nở trong nước nóng trên 85°C trước khi sử dụng, sau đó làm nguội đến nhiệt độ phòng, rồi khuấy với nước lạnh hoặc nước đá để tan hoàn toàn.
② Chất làm đặc vô cơ
Loại chất làm đặc này chủ yếu là một số sản phẩm đất sét hoạt tính, chẳng hạn như bentonit, đất sét magie nhôm silicat, v.v. Đặc điểm của nó là ngoài tác dụng làm đặc, nó còn có tác dụng giữ lơ lửng tốt, có thể ngăn ngừa hiện tượng lắng đọng và sẽ không ảnh hưởng đến khả năng chống thấm nước của lớp phủ. Sau khi lớp phủ được làm khô và tạo thành màng, nó hoạt động như một chất độn trong màng phủ, v.v. Yếu tố bất lợi là nó sẽ ảnh hưởng đáng kể đến độ phẳng của lớp phủ.
③ Chất làm đặc polyme tổng hợp
Chất làm đặc polyme tổng hợp chủ yếu được sử dụng trong acrylic và polyurethane (chất làm đặc liên kết). Chất làm đặc acrylic chủ yếu là các polyme acrylic chứa nhóm carboxyl. Trong nước có độ pH từ 8-10, nhóm carboxyl phân ly và trương nở; khi độ pH lớn hơn 10, nó hòa tan trong nước và mất tác dụng làm đặc, vì vậy tác dụng làm đặc rất nhạy cảm với độ pH.
Cơ chế làm đặc của chất làm đặc acrylate là các hạt của nó có thể được hấp phụ trên bề mặt các hạt latex trong sơn, và tạo thành một lớp phủ sau khi trương nở trong kiềm, làm tăng thể tích của các hạt latex, cản trở chuyển động Brown của các hạt và làm tăng độ nhớt của hệ sơn; Thứ hai, sự trương nở của chất làm đặc làm tăng độ nhớt của pha nước.
(2) Ảnh hưởng của chất làm đặc đến tính chất của lớp phủ
Ảnh hưởng của loại chất làm đặc đến tính chất lưu biến của lớp phủ như sau:
Khi lượng chất làm đặc tăng lên, độ nhớt tĩnh của sơn tăng lên đáng kể, và xu hướng thay đổi độ nhớt về cơ bản là nhất quán khi chịu tác động của lực cắt bên ngoài.
Nhờ tác dụng của chất làm đặc, độ nhớt của sơn giảm nhanh khi chịu lực cắt, thể hiện tính chất giả dẻo.
Khi sử dụng chất làm đặc cellulose biến tính kỵ nước (như EBS451FQ), ở tốc độ cắt cao, độ nhớt vẫn cao ngay cả khi lượng chất này lớn.
Khi sử dụng chất làm đặc polyurethane liên kết (như WT105A), ở tốc độ cắt cao, độ nhớt vẫn cao ngay cả khi lượng chất làm đặc lớn.
Khi sử dụng chất làm đặc acrylic (như ASE60), mặc dù độ nhớt tĩnh tăng nhanh khi lượng chất này lớn, nhưng độ nhớt lại giảm nhanh ở tốc độ cắt cao hơn.
3. Chất làm đặc liên kết
(1) cơ chế làm dày
Các chất làm đặc ete xenluloza và chất làm đặc acrylic trương nở trong kiềm chỉ có thể làm đặc pha nước, nhưng không có tác dụng làm đặc các thành phần khác trong sơn gốc nước, cũng như không thể tạo ra tương tác đáng kể giữa các sắc tố trong sơn và các hạt nhũ tương, do đó không thể điều chỉnh độ nhớt của sơn.
Các chất làm đặc liên kết có đặc điểm là ngoài việc làm đặc thông qua quá trình hydrat hóa, chúng còn làm đặc thông qua sự liên kết giữa chính chúng với nhau, với các hạt phân tán và với các thành phần khác trong hệ thống. Sự liên kết này bị phân ly ở tốc độ cắt cao và tái liên kết ở tốc độ cắt thấp, cho phép điều chỉnh tính chất lưu biến của lớp phủ.
Cơ chế làm đặc của chất làm đặc liên kết là phân tử của nó là một chuỗi ưa nước tuyến tính, một hợp chất polymer có các nhóm ưa dầu ở cả hai đầu, nghĩa là nó có các nhóm ưa nước và kỵ nước trong cấu trúc, do đó nó có đặc tính của các phân tử chất hoạt động bề mặt. Các phân tử chất làm đặc như vậy không chỉ có thể ngậm nước và trương nở để làm đặc pha nước, mà còn tạo thành các micelle khi nồng độ dung dịch nước của nó vượt quá một giá trị nhất định. Các micelle có thể liên kết với các hạt polymer của nhũ tương và các hạt sắc tố đã hấp thụ chất phân tán để tạo thành cấu trúc mạng lưới ba chiều, và được kết nối và đan xen với nhau để tăng độ nhớt của hệ thống.
Điều quan trọng hơn nữa là các liên kết này ở trạng thái cân bằng động, và các micelle liên kết đó có thể điều chỉnh vị trí của chúng khi chịu tác động của các lực bên ngoài, do đó lớp phủ có đặc tính tự san phẳng. Ngoài ra, vì phân tử có nhiều micelle, cấu trúc này làm giảm xu hướng di chuyển của các phân tử nước và do đó làm tăng độ nhớt của pha nước.
(2) Vai trò trong lớp phủ
Hầu hết các chất làm đặc liên kết là polyurethane, và trọng lượng phân tử tương đối của chúng nằm trong khoảng 103-104 bậc độ lớn, thấp hơn hai bậc độ lớn so với axit polyacrylic và chất làm đặc cellulose thông thường có trọng lượng phân tử tương đối từ 105-106. Do trọng lượng phân tử thấp, sự tăng thể tích hiệu dụng sau khi hydrat hóa ít hơn, do đó đường cong độ nhớt của nó phẳng hơn so với các chất làm đặc không liên kết.
Do trọng lượng phân tử thấp của chất làm đặc liên kết, sự liên kết giữa các phân tử trong pha nước bị hạn chế, do đó tác dụng làm đặc của nó đối với pha nước không đáng kể. Trong phạm vi tốc độ cắt thấp, sự chuyển đổi liên kết giữa các phân tử nhiều hơn sự phá vỡ liên kết giữa các phân tử, toàn bộ hệ thống duy trì trạng thái huyền phù và phân tán vốn có, và độ nhớt gần bằng độ nhớt của môi trường phân tán (nước). Vì vậy, chất làm đặc liên kết làm cho hệ thống sơn gốc nước thể hiện độ nhớt biểu kiến thấp hơn khi ở vùng tốc độ cắt thấp.
Chất làm đặc liên kết làm tăng thế năng giữa các phân tử do sự liên kết giữa các hạt trong pha phân tán. Bằng cách này, cần nhiều năng lượng hơn để phá vỡ sự liên kết giữa các phân tử ở tốc độ cắt cao, và lực cắt cần thiết để đạt được cùng một độ biến dạng cắt cũng lớn hơn, do đó hệ thống thể hiện độ nhớt biểu kiến cao hơn ở tốc độ cắt cao. Độ nhớt cao hơn ở tốc độ cắt cao và độ nhớt thấp hơn ở tốc độ cắt thấp có thể bù đắp cho sự thiếu hụt các chất làm đặc thông thường về tính chất lưu biến của sơn, nghĩa là, hai chất làm đặc có thể được sử dụng kết hợp để điều chỉnh độ lưu động của sơn latex. Hiệu suất thay đổi, đáp ứng các yêu cầu toàn diện về lớp phủ thành màng dày và độ chảy của màng phủ.
Thời gian đăng bài: 28/04/2024