1. Определение и функция загустителя
Добавки, способные значительно повысить вязкость водоэмульсионных красок, называются загустителями.
Загустители играют важную роль в производстве, хранении и строительстве покрытий.
Основной функцией загустителя является повышение вязкости покрытия для удовлетворения требований различных стадий использования.Однако вязкость, необходимая покрытию на разных стадиях, различна.Например:
В процессе хранения желательно иметь высокую вязкость, чтобы пигмент не оседал;
В процессе строительства желательно иметь умеренную вязкость, чтобы краска хорошо наносилась кистью без чрезмерного окрашивания краски;
Есть надежда, что после строительства вязкость может быстро вернуться к высокой вязкости после короткой задержки (процесс выравнивания), чтобы предотвратить провисание.
Текучесть покрытий на водной основе неньютоновская.
Когда вязкость краски уменьшается с увеличением силы сдвига, ее называют псевдопластичной жидкостью, и большая часть краски представляет собой псевдопластическую жидкость.
Когда поведение течения псевдопластической жидкости связано с ее историей, то есть зависит от времени, ее называют тиксотропной жидкостью.
При изготовлении покрытий мы часто сознательно пытаемся сделать покрытия тиксотропными, например, добавляя добавки.
Когда тиксотропия покрытия является подходящей, она может разрешить противоречия различных стадий покрытия и удовлетворить технические потребности различной вязкости покрытия на стадиях хранения, выравнивания конструкции и сушки.
Некоторые загустители могут придавать краске высокую тиксотропность, так что она имеет более высокую вязкость в состоянии покоя или при низкой скорости сдвига (например, при хранении или транспортировке), чтобы предотвратить осаждение пигмента в краске.А при высокой скорости сдвига (например, в процессе нанесения покрытия) он имеет низкую вязкость, поэтому покрытие имеет достаточную текучесть и выравнивание.
Тиксотропность представлена индексом тиксотропии TI и измеряется вискозиметром Брукфилда.
TI = вязкость (измеренная при 6 об/мин)/вязкость (измеренная при 60 об/мин)
2. Типы загустителей и их влияние на свойства покрытия
(1) Типы По химическому составу загустители делятся на две категории: органические и неорганические.
Неорганические типы включают бентонит, аттапульгит, силикат алюминия-магния, силикат лития-магния и т. д., органические типы, такие как метилцеллюлоза, гидроксиэтилцеллюлоза, полиакрилат, полиметакрилат, акриловая кислота или метилакриловый гомополимер или сополимер, полиуретан и т. д.
С точки зрения влияния на реологические свойства покрытий загустители делятся на тиксотропные и ассоциативные загустители.С точки зрения требований к производительности количество загустителя должно быть меньше, а эффект загустения хороший;ферменты не разрушают его;при изменении температуры или значения рН системы вязкость покрытия не будет значительно снижена, а пигмент и наполнитель не будут флокулировать.;Хорошая стабильность при хранении;хорошая водоудерживающая способность, отсутствие явного пенообразования и неблагоприятного воздействия на характеристики покрывающей пленки.
①Целлюлозный загуститель
Целлюлозные загустители, используемые в покрытиях, в основном представляют собой метилцеллюлозу, гидроксиэтилцеллюлозу и гидроксипропилметилцеллюлозу, причем последние два используются чаще.
Гидроксиэтилцеллюлоза представляет собой продукт, полученный путем замены гидроксильных групп на глюкозных звеньях натуральной целлюлозы на гидроксиэтильные группы.Спецификации и модели продуктов в основном различаются по степени замещения и вязкости.
Разновидности гидроксиэтилцеллюлозы также делятся на тип с нормальным растворением, тип быстрого рассеивания и тип биологической стабильности.Что касается способа использования, гидроксиэтилцеллюлоза может добавляться на разных стадиях процесса производства покрытий.Быстро диспергирующийся тип можно добавлять непосредственно в виде сухого порошка.Однако значение pH системы перед добавлением должно быть меньше 7, в основном потому, что гидроксиэтилцеллюлоза медленно растворяется при низком значении pH, и имеется достаточно времени для проникновения воды внутрь частиц, а затем значение pH увеличивается. чтобы он быстро растворялся.Соответствующие этапы также можно использовать для приготовления раствора клея определенной концентрации и добавления его в систему покрытия.
Гидроксипропилметилцеллюлоза представляет собой продукт, полученный путем замены гидроксильной группы в единице глюкозы натуральной целлюлозы на метоксигруппу, а другую часть заменяют на гидроксипропильную группу.Его загущающий эффект в основном такой же, как у гидроксиэтилцеллюлозы.Он устойчив к ферментативному расщеплению, но его растворимость в воде не так хороша, как у гидроксиэтилцеллюлозы, а его недостатком является гелеобразование при нагревании.Для гидроксипропилметилцеллюлозы с обработанной поверхностью ее можно добавлять непосредственно в воду при использовании.После перемешивания и диспергирования добавьте щелочные вещества, такие как аммиачная вода, чтобы довести значение pH до 8-9, и перемешайте до полного растворения.Для гидроксипропилметилцеллюлозы без поверхностной обработки ее можно замочить и набухнуть в горячей воде с температурой выше 85 °C перед использованием, а затем охладить до комнатной температуры, а затем перемешать с холодной водой или ледяной водой для полного растворения.
②Неорганический загуститель
Этот тип загустителя в основном представляет собой некоторые продукты из активированной глины, такие как бентонит, алюмосиликат магния и т. Д. Он отличается тем, что в дополнение к загущающему эффекту он также обладает хорошим суспензионным эффектом, может предотвратить опускание и не повлияет водостойкость покрытия.После того, как покрытие высохнет и сформируется в пленку, оно выступает в качестве наполнителя в пленке покрытия и т. д. Неблагоприятным фактором является то, что оно существенно повлияет на выравнивание покрытия.
③ Синтетический полимерный загуститель
Синтетические полимерные загустители в основном используются в акриле и полиуретане (ассоциативные загустители).Акриловые загустители в основном представляют собой акриловые полимеры, содержащие карбоксильные группы.В воде с рН 8-10 карбоксильная группа диссоциирует и набухает;когда значение pH больше 10, он растворяется в воде и теряет эффект загущения, поэтому эффект загущения очень чувствителен к значению pH.
Механизм загущения акрилатного загустителя заключается в том, что его частицы могут адсорбироваться на поверхности частиц латекса в краске, а после щелочного набухания образовывать покровный слой, что увеличивает объем частиц латекса, препятствует броуновскому движению частиц. , и увеличивает вязкость системы окраски.;Во-вторых, набухание загустителя увеличивает вязкость водной фазы.
(2) Влияние загустителя на свойства покрытия
Влияние типа загустителя на реологические свойства покрытия заключается в следующем:
Когда количество загустителя увеличивается, статическая вязкость краски значительно увеличивается, и тенденция изменения вязкости в основном постоянна при воздействии внешней силы сдвига.
Под действием загустителя вязкость краски быстро падает, когда на нее действует усилие сдвига, проявляя псевдопластичность.
При использовании гидрофобно модифицированного целлюлозного загустителя (такого как EBS451FQ) при высоких скоростях сдвига вязкость остается высокой даже при большом количестве.
При использовании ассоциативных полиуретановых загустителей (таких как WT105A) при высоких скоростях сдвига вязкость остается высокой даже при большом количестве.
При использовании акриловых загустителей (таких как ASE60), хотя статическая вязкость быстро возрастает при большом количестве, вязкость быстро снижается при более высокой скорости сдвига.
3. Ассоциативный загуститель
(1) механизм утолщения
Эфир целлюлозы и набухающие в щелочи акриловые загустители могут только загущать водную фазу, но не оказывают загущающего действия на другие компоненты водоэмульсионной краски, а также не могут вызывать существенного взаимодействия между пигментами краски и частицами эмульсии, поэтому Реология краски не регулируется.
Ассоциативные загустители характеризуются тем, что кроме загущения за счет гидратации они загущаются за счет ассоциаций между собой, с дисперсными частицами и с другими компонентами системы.Эта ассоциация диссоциирует при высоких скоростях сдвига и повторно связывается при низких скоростях сдвига, что позволяет регулировать реологию покрытия.
Механизм загустения ассоциативного загустителя заключается в том, что его молекула представляет собой линейную гидрофильную цепь, полимерное соединение с липофильными группами на обоих концах, то есть имеет в структуре гидрофильные и гидрофобные группы, поэтому обладает характеристиками молекул ПАВ.природа.Такие молекулы загустителя могут не только гидратироваться и набухать, загущая водную фазу, но и образовывать мицеллы, когда концентрация его водного раствора превышает определенное значение.Мицеллы могут связываться с полимерными частицами эмульсии и частицами пигмента, адсорбировавшими диспергатор, с образованием трехмерной сетчатой структуры, а также соединяться и перепутываться для повышения вязкости системы.
Важнее то, что эти ассоциации находятся в состоянии динамического равновесия, а связанные с ними мицеллы могут корректировать свое положение под воздействием внешних сил, благодаря чему покрытие обладает выравнивающими свойствами.Кроме того, поскольку молекула имеет несколько мицелл, такая структура снижает склонность молекул воды к миграции и, таким образом, увеличивает вязкость водной фазы.
(2) Роль в покрытиях
Большинство ассоциативных загустителей представляют собой полиуретаны, и их относительная молекулярная масса находится в пределах 103-104 порядков, что на два порядка меньше, чем у обычных загустителей из полиакриловой кислоты и целлюлозы с относительной молекулярной массой в пределах 105-106.Из-за низкой молекулярной массы эффективное увеличение объема после гидратации меньше, поэтому его кривая вязкости более пологая, чем у неассоциативных загустителей.
Из-за низкой молекулярной массы ассоциативного загустителя его межмолекулярное запутывание в водной фазе ограничено, поэтому его загущающее действие на водную фазу незначительно.В диапазоне низких скоростей сдвига конверсия ассоциации между молекулами больше, чем разрушение ассоциации между молекулами, вся система сохраняет присущее суспензионно-дисперсионное состояние, а вязкость близка к вязкости дисперсионной среды (воды).Следовательно, ассоциативный загуститель заставляет систему краски на водной основе проявлять более низкую кажущуюся вязкость, когда она находится в области низкой скорости сдвига.
Ассоциативные загустители увеличивают потенциальную энергию между молекулами за счет ассоциации между частицами в дисперсной фазе.Таким образом, требуется больше энергии, чтобы разорвать связь между молекулами при высоких скоростях сдвига, и сила сдвига, необходимая для достижения той же деформации сдвига, также больше, так что система демонстрирует более высокую скорость сдвига при высоких скоростях сдвига.Кажущаяся вязкость.Более высокая вязкость при высоком сдвиге и более низкая вязкость при низком сдвиге могут просто компенсировать отсутствие обычных загустителей в реологических свойствах краски, то есть два загустителя можно использовать в комбинации для регулирования текучести латексной краски.Переменная производительность, чтобы удовлетворить всесторонние требования покрытия в толстую пленку и поток пленки покрытия.
Время публикации: 24 ноября 2022 г.