Самый краткий урок по технологии загустения красок на водной основе.

1. Определение и функция загустителя

Добавки, способные значительно повысить вязкость красок на водной основе, называются загустителями.

Загустители играют важную роль в производстве, хранении и изготовлении покрытий.

Основная функция загустителя – повышение вязкости покрытия для удовлетворения требований разных этапов использования. Однако вязкость, необходимая покрытию на разных стадиях, различна. Например:

В процессе хранения желательно иметь высокую вязкость, чтобы предотвратить оседание пигмента;

В процессе строительства желательно иметь умеренную вязкость, чтобы краска хорошо поддавалась кистью без чрезмерного окрашивания краски;

Есть надежда, что после строительства вязкость сможет быстро вернуться к высокой вязкости после короткого периода времени (процесс выравнивания), чтобы предотвратить провисание.

Текучесть водных покрытий неньютоновская.

Когда вязкость краски уменьшается с увеличением силы сдвига, ее называют псевдопластической жидкостью, и большая часть краски представляет собой псевдопластическую жидкость.

Когда поведение псевдопластической жидкости связано с ее историей, то есть зависит от времени, ее называют тиксотропной жидкостью.

При производстве покрытий мы часто сознательно пытаемся сделать покрытия тиксотропными, например, добавляя добавки.

Когда тиксотропия покрытия является подходящей, она может решить противоречия на различных этапах нанесения покрытия и удовлетворить технические потребности различной вязкости покрытия на этапах 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) оно имеет низкую вязкость, поэтому покрытие обладает достаточной текучестью и выравниванием.

Тиксотропность выражается индексом тиксотропии TI и измеряется вискозиметром Брукфилда.

TI = вязкость (измеренная при 6 об/мин)/вязкость (измеренная при 60 об/мин)

2. Виды 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 гомополимер или сополимер метилакрилата и полиуретан и т. д.

С точки зрения влияния на реологические свойства покрытий загустители разделяют на тиксотропные загустители и ассоциативные загустители. С точки зрения требований к производительности, количество загустителя должно быть меньше, а эффект загущения должен быть хорошим; его нелегко разрушить ферментами; при изменении температуры или значения pH системы вязкость покрытия существенно не уменьшится, а пигмент и наполнитель не будут флокулировать. ; Хорошая стабильность при хранении; хорошее удержание воды, отсутствие явного пенообразования и отсутствие негативного воздействия на характеристики покрывающей пленки.

①Целлюлозный загуститель

Целлюлозными загустителями, используемыми в покрытиях, являются в основном метилцеллюлоза, гидроксиэтилцеллюлоза и гидроксипропилметилцеллюлоза, причем последние два используются чаще.

Гидроксиэтилцеллюлоза — продукт, полученный путем замены гидроксильных групп глюкозных звеньев натуральной целлюлозы на гидроксиэтильные группы. Характеристики и модели продукции в основном различаются по степени замещения и вязкости.

Разновидности гидроксиэтилцеллюлозы также делятся на тип нормального растворения, тип быстрой дисперсии и тип биологической стабильности. Что касается способа использования, гидроксиэтилцеллюлозу можно добавлять на разных стадиях процесса производства покрытия. Быстродиспергирующийся тип можно добавлять непосредственно в виде сухого порошка. Однако значение pH системы перед добавлением должно быть меньше 7, главным образом потому, что гидроксиэтилцеллюлоза медленно растворяется при низком значении pH, и есть достаточно времени для того, чтобы вода проникла внутрь частиц, а затем значение pH увеличивается. чтобы он быстро растворялся. Соответствующие этапы также можно использовать для приготовления клеевого раствора определенной концентрации и добавления его в систему покрытия.

Гидроксипропилметилцеллюлоза представляет собой продукт, получаемый путем замены гидроксильной группы глюкозного звена натуральной целлюлозы на метоксигруппу, при этом другая часть заменяется гидроксипропильной группой. Его загущающий эффект в основном такой же, как и у гидроксиэтилцеллюлозы. Он устойчив к ферментативному разложению, но его растворимость в воде не так хороша, как у гидроксиэтилцеллюлозы, и у него есть недостаток: гелеобразование при нагревании. Что касается 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 перемешивайте до полного растворения. Что касается гидроксипропилметилцеллюлозы без обработки поверхности, ее можно перед использованием замочить и набухнуть в горячей воде при температуре выше 85 ° C, а затем охладить до комнатной температуры, а затем перемешать с холодной водой или ледяной водой для ее полного растворения.

②Неорганический загуститель

Этот вид загустителя в основном представляет собой некоторые активированные глинистые продукты, такие как бентонит, магниевая алюмосиликатная глина и т. д. Он отличается тем, что помимо эффекта загущения он также обладает хорошим эффектом суспензии, может предотвратить опускание и не повлияет на водонепроницаемость покрытия. После высыхания покрытия и формирования пленки оно действует как наполнитель в пленке покрытия и т. д. Неблагоприятным фактором является то, что это существенно влияет на выравнивание покрытия.

③ Синтетический полимерный загуститель.

Синтетические полимерные загустители чаще всего используются в акриле и полиуретане (ассоциативные загустители). Акриловые загустители представляют собой в основном акриловые полимеры, содержащие карбоксильные группы. В воде со значением рН 8-10 карбоксильная группа диссоциирует и набухает; когда значение pH превышает 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 и образовывать слой покрытия после набухания щелочи, что увеличивает объем частиц латекса, препятствует броуновскому движению частиц. и увеличивает вязкость лакокрасочной системы. ; Во-вторых, набухание загустителя увеличивает вязкость водной фазы.

(2) Влияние загустителя на свойства покрытия

Влияние типа загустителя на реологические свойства покрытия следующее:

Когда количество загустителя увеличивается, статическая вязкость краски значительно увеличивается, и тенденция изменения вязкости в основном одинакова при воздействии внешней силы сдвига.

Благодаря эффекту загустителя вязкость краски быстро падает при воздействии на нее сдвигающей силы, проявляя псевдопластичность.

При использовании гидрофобно-модифицированного целлюлозного загустителя (например, 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 больших количествах, 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 краски на водной основе, а также не могут вызывать существенного взаимодействия между пигментами в краске и частицами эмульсии, поэтому Реологию краски нельзя регулировать.

Ассоциативные загустители характеризуются тем, что помимо загущения за счет гидратации они загущаются и за счет связей между собой, с дисперсными частицами и с другими компонентами системы. Эта ассоциация разъединяется при высоких скоростях сдвига и вновь связывается при низких скоростях сдвига, позволяя регулировать реологию покрытия.

Механизм загущения ассоциативного загустителя заключается в том, что его молекула представляет собой линейную гидрофильную цепочку, полимерное соединение с липофильными группами на обоих концах, то есть имеет в структуре гидрофильные и гидрофобные группы, поэтому имеет характеристики 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 между собой и переплетаться, увеличивая вязкость системы.

Что еще более важно, эти ассоциации находятся в состоянии динамического баланса, и связанные с ними мицеллы могут корректировать свое положение под воздействием внешних сил, так что 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, а их относительная молекулярная масса составляет 103–104 порядков, что на два порядка ниже, чем у обычной полиакриловой кислоты и целлюлозных загустителей с относительной молекулярной массой 105–106. Из-за низкой молекулярной массы увеличение эффективного объема после гидратации меньше, поэтому его кривая вязкости более пологая, чем у неассоциативных загустителей.

Из-за низкой молекулярной массы ассоциативного загустителя его межмолекулярное перепутывание в водной фазе ограничено, поэтому его загущающее действие на водную фазу незначительно. В диапазоне низких скоростей сдвига преобразование ассоциации между молекулами превышает разрушение ассоциации между молекулами, вся система сохраняет собственное состояние суспензии и дисперсии, а вязкость близка к вязкости дисперсионной среды (воды). Таким образом, ассоциативный загуститель приводит к тому, что лакокрасочная система на водной основе демонстрирует более низкую кажущуюся вязкость, когда она находится в области низкой скорости сдвига.

Ассоциативные загустители увеличивают потенциальную энергию между молекулами за счет ассоциации частиц в дисперсной фазе. Таким образом, требуется больше энергии, чтобы разорвать связь между молекулами при высоких скоростях сдвига, а 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 для удовлетворения комплексных требований нанесения толстопленочного покрытия и потока покрытия.