Виды и механизм загустения загустителей красок на водной основе

1. Виды загустителей и механизм загустения.

   (1) Неорганический загуститель:

Неорганические загустители в системах на водной основе представляют собой в основном глины. Такие как: бентонит. Каолин и диатомит (основной компонент — SiO2, имеющий пористую структуру) из-за их суспензионных свойств иногда используются в качестве вспомогательных загустителей для загущающих систем. Бентонит более широко используется из-за его высокой способности набухать в воде. Бентонит (Бентонит), также известный как бентонит, бентонит и т. д., основным минералом бентонита является монтмориллонит, содержащий небольшое количество гидроалюмосиликатных минералов щелочных и щелочноземельных металлов, принадлежащих к алюмосиликатной группе, его общая химическая формула: (Na ,Ca)(Al,Mg)6(Si4O10)3(OH)6•nH2O. Степень расширения бентонита выражается способностью к расширению, то есть объем бентонита после набухания в разбавленном растворе соляной кислоты называется способностью к расширению и выражается в мл/грамм. После того, как бентонитовый загуститель поглощает воду и набухает, его объем может в несколько или десять раз превышать объем до поглощения воды, поэтому он имеет хорошую суспензию, а поскольку это порошок с более мелким размером частиц, он отличается от других порошков в покрытии. система. Тело имеет хорошую смешиваемость. Кроме того, при производстве суспензии он может воздействовать на другие порошки, создавая определенный антирасслоительный эффект, поэтому это очень полезно для улучшения стабильности системы при хранении.

   Но многие бентониты на основе натрия преобразуются из бентонита на основе кальция путем конверсии натрия. В то же время при натриировании образуется большое количество положительных ионов, таких как ионы кальция и ионы натрия. Если содержание этих катионов в системе слишком велико, на отрицательных зарядах на поверхности эмульсии будет происходить значительная нейтрализация заряда, поэтому в определенной степени это может вызвать побочные эффекты, такие как набухание и флокуляция эмульсия. С другой стороны, эти ионы кальция также будут оказывать побочное воздействие на диспергатор на основе натриевой соли (или полифосфатный диспергатор), вызывая осаждение этих диспергаторов в системе покрытия, что в конечном итоге приводит к потере дисперсии, делая покрытие все толще, толще или даже толще. Произошло сильное осаждение и флокуляция. Кроме того, эффект загущения бентонита в основном зависит от того, что порошок поглощает воду и расширяется с образованием суспензии, поэтому он оказывает сильный тиксотропный эффект на систему покрытия, что очень неблагоприятно для покрытий, требующих хорошего выравнивающего эффекта. Поэтому бентонитовые неорганические загустители редко используются в латексных красках, и лишь небольшое их количество используется в качестве загустителей в низкосортных латексных красках или кистовых латексных красках. Однако в последние годы некоторые данные показали, что BENTONE®LT компании Hemmings. органически модифицированный и очищенный гекторит обладает хорошими противоседиментационными и распыляющими эффектами при нанесении на системы безвоздушного распыления латексных красок.

(2) (Целлюлоза):

   Целлюлоза — природный высокомолекулярный полимер, образующийся в результате конденсации β-глюкозы. Используя характеристики гидроксильной группы глюкозильного кольца, целлюлоза может подвергаться различным реакциям с образованием ряда производных. Среди них получаются реакции этерификации и этерификации. Эфиры целлюлозы или производные эфиров целлюлозы являются наиболее важными производными целлюлозы. Обычно используемыми продуктами являются карбоксиметилцеллюлоза, гидроксиэтилцеллюлоза, метилцеллюлоза, гидроксипропилметилцеллюлоза и так далее. Поскольку карбоксиметилцеллюлоза содержит ионы натрия, которые легко растворяются в воде, она обладает плохой водостойкостью, а число заместителей в ее основной цепи невелико, поэтому она легко разлагается бактериальной коррозией, уменьшая вязкость водного раствора и делая его вонючий и т. д. Явление, редко используемое в латексной краске, обычно используемое в низкосортных клеевых красках и шпаклевках на основе поливинилового спирта. Скорость растворения метилцеллюлозы в воде обычно немного ниже, чем у гидроксиэтилцеллюлозы. Кроме того, в процессе растворения может остаться небольшое количество нерастворимых веществ, которые повлияют на внешний вид и ощущение пленки покрытия, поэтому ее редко используют в латексных красках. Однако поверхностное натяжение водного раствора метила немного ниже, чем у других водных растворов целлюлозы, поэтому он является хорошим загустителем целлюлозы, используемым в шпаклевке. Гидроксипропилметилцеллюлоза также является целлюлозным загустителем, широко используемым в области шпаклевок, и в настоящее время в основном используется в шпаклевках на основе цемента или извести-кальция (или других неорганических связующих). Гидроксиэтилцеллюлоза широко используется в системах латексных красок из-за ее хорошей растворимости в воде и удержания воды. По сравнению с другими целлюлозами, она оказывает меньшее влияние на характеристики покровной пленки. Преимущества гидроксиэтилцеллюлозы включают высокую эффективность перекачки, хорошую совместимость, хорошую стабильность при хранении и хорошую стабильность вязкости по pH. Недостатками являются плохая текучесть выравнивания и плохая устойчивость к брызгам. Для устранения этих недостатков появилась гидрофобная модификация. Связанная с полом гидроксиэтилцеллюлоза (HMHEC), такая как NatrosolPlus330, 331

   (3) Поликарбоксилаты:

   В этом поликарбоксилате высокомолекулярный является загустителем, а низкомолекулярный - диспергатором. Они преимущественно адсорбируют молекулы воды в основной цепи системы, что увеличивает вязкость дисперсной фазы; кроме того, они также могут адсорбироваться на поверхности частиц латекса с образованием слоя покрытия, который увеличивает размер частиц латекса, утолщает гидратный слой латекса и увеличивает вязкость внутренней фазы латекса. Однако этот тип загустителя имеет относительно низкую эффективность загущения, поэтому при нанесении покрытий его постепенно исключают. Сейчас этот тип загустителя в основном используется для загущения цветной пасты, поскольку его молекулярная масса относительно велика, что способствует диспергируемости и стабильности цветной пасты при хранении.

   (4) Набухающий в щелочи загуститель:

   Существует два основных типа набухающих в щелочи загустителей: обычные набухающие в щелочи загустители и ассоциативные набухающие в щелочи загустители. Самая большая разница между ними — это разница в связанных мономерах, содержащихся в основной молекулярной цепи. Ассоциативные набухающие в щелочи загустители сополимеризуются с ассоциативными мономерами, которые могут адсорбировать друг друга в структуре основной цепи, поэтому после ионизации в водном растворе может происходить внутримолекулярная или межмолекулярная адсорбция, вызывающая быстрое повышение вязкости системы.

а. Обыкновенный набухающий в щелочи загуститель:

   Основным представительным типом обычного щелочного загустителя является АСЕ-60. ASE-60 в основном использует сополимеризацию метакриловой кислоты и этилакрилата. В процессе сополимеризации на метакриловую кислоту приходится около 1/3 содержания твердого вещества, поскольку наличие карбоксильных групп придает молекулярной цепи определенную степень гидрофильности и нейтрализует процесс солеобразования. За счет отталкивания зарядов молекулярные цепи расширяются, что увеличивает вязкость системы и дает эффект сгущения. Однако иногда молекулярная масса оказывается слишком большой из-за действия сшивающего агента. В процессе расширения молекулярной цепи молекулярная цепь не диспергируется должным образом за короткий период времени. В процессе длительного хранения молекулярная цепь постепенно растягивается, что приводит к последующему утолщению вязкости. Кроме того, поскольку в молекулярной цепи этого типа загустителя мало гидрофобных мономеров, образование гидрофобных комплексов между молекулами затруднено, в основном для осуществления внутримолекулярной взаимной адсорбции, поэтому этот тип загустителя имеет низкую эффективность загустителя, поэтому он редко используется отдельно. В основном используется в сочетании с другими загустителями.

   б. Щелочной набухающий загуститель типа «Ассоциация» (конкорд):

   Этот вид загустителя в настоящее время имеет множество разновидностей благодаря выбору ассоциативных мономеров и дизайну молекулярной структуры. Его основная структура цепи также в основном состоит из метакриловой кислоты и этилакрилата, а ассоциативные мономеры по структуре похожи на усики, но имеют лишь небольшое распределение. Именно эти ассоциативные мономеры, такие как щупальца осьминога, играют наиболее важную роль в эффективности загустителя. Карбоксильная группа в структуре нейтрализована и солеобразующая, а молекулярная цепь также похожа на обычный набухающий в щелочи загуститель. Происходит то же отталкивание зарядов, благодаря чему молекулярная цепочка разворачивается. Ассоциативный мономер в нем также расширяется вместе с молекулярной цепью, но его структура содержит как гидрофильные цепи, так и гидрофобные цепи, поэтому в молекуле или между молекулами будет образовываться крупная мицеллярная структура, подобная поверхностно-активным веществам. Эти мицеллы образуются в результате взаимной адсорбции ассоциативных мономеров, причем некоторые ассоциативные мономеры адсорбируют друг друга за счет мостикового эффекта частиц эмульсии (или других частиц). После образования мицелл они фиксируют частицы эмульсии, частицы молекул воды или другие частицы в системе в относительно статическом состоянии, подобно движению корпуса, так что подвижность этих молекул (или частиц) ослабляется и вязкость система увеличивается. Таким образом, эффективность загустения этого типа загустителя, особенно в латексных красках с высоким содержанием эмульсии, намного превосходит эффективность обычных набухающих в щелочах загустителей, поэтому он широко используется в латексных красках. Основной представитель продукта. Тип ТТ-935.

(5) Ассоциативный полиуретановый (или полиэфирный) загуститель и выравниватель:

   Обычно загустители имеют очень высокую молекулярную массу (например, целлюлоза и акриловая кислота), а их молекулярные цепи в водном растворе растягиваются для увеличения вязкости системы. Молекулярная масса полиуретана (или простого полиэфира) очень мала, и он в основном образует ассоциацию за счет взаимодействия силы Ван-дер-Ваальса липофильного сегмента между молекулами, но эта сила ассоциации слаба, и ассоциация может возникнуть при определенных условиях. внешняя сила. Разделение, тем самым снижая вязкость, способствует выравниванию пленки покрытия, поэтому оно может играть роль выравнивающего агента. Когда сила сдвига устраняется, соединение может быстро возобновиться, и вязкость системы повышается. Это явление полезно для снижения вязкости и повышения выравниваемости во время строительства; и после того, как сила сдвига будет потеряна, вязкость немедленно восстановится, что приведет к увеличению толщины пленки покрытия. В практическом применении нас больше беспокоит загущающее действие таких ассоциативных загустителей на полимерные эмульсии. Частицы основного полимерного латекса также участвуют в объединении системы, так что этот вид загустителя и выравнивающего агента также оказывает хороший эффект загущения (или выравнивания), когда его концентрация ниже критической; когда концентрация этого типа загустителя и выравнивающего агента превышает его критическую концентрацию в чистой воде, он может сам по себе образовывать ассоциации, и вязкость быстро возрастает. Следовательно, когда концентрация этого типа загустителя и выравнивателя ниже его критической концентрации, поскольку частицы латекса участвуют в частичной ассоциации, чем меньше размер частиц эмульсии, тем сильнее ассоциация, и ее вязкость будет увеличиваться с увеличением количество эмульсии. Кроме того, некоторые диспергаторы (или акриловые загустители) содержат гидрофобные структуры, а их гидрофобные группы взаимодействуют с гидрофобными группами полиуретана, так что система образует крупную сетчатую структуру, способствующую загущению.

2. Влияние различных загустителей на водостойкость латексной краски.

   В разработке рецептуры красок на водной основе использование загустителей является очень важным звеном, которое связано со многими свойствами латексных красок, такими как структура, развитие цвета, хранение и внешний вид. Здесь мы сосредоточимся на влиянии использования загустителей на хранение латексной краски. Из приведенного выше введения мы знаем, что бентонит и поликарбоксилаты: загустители в основном используются в некоторых специальных покрытиях, которые здесь не будут обсуждаться. В основном мы обсудим наиболее часто используемые целлюлозные, щелочные набухающие и полиуретановые (или полиэфирные) загустители, по отдельности и в комбинации, которые влияют на стойкость латексных красок к водоотделению.

Хотя загущение одной гидроксиэтилцеллюлозой является более серьезным при отделении воды, ее легко равномерно перемешать. Однократное использование щелочного загустителя не приводит к отделению воды и осаждению, но приводит к серьезному утолщению после загустения. Однократное использование полиуретанового загустителя, несмотря на отделение воды и последующее загущение. Загущение не является серьезным, но образующийся при этом осадок относительно твердый и его трудно перемешивать. В нем используется загущающий состав на основе гидроксиэтилцеллюлозы и щелочи, без последующего загущения, без твердых осадков, легко перемешивается, но также имеется небольшое количество воды. Однако при использовании для загущения гидроксиэтилцеллюлозы и полиуретана водоотделение наиболее серьезное, но твердых осадков не происходит. Щелочно-набухающий загуститель и полиуретан используются вместе, хотя разделение воды в основном не происходит, но после загустения осадок на дне трудно равномерно перемешать. А в последнем используется небольшое количество гидроксиэтилцеллюлозы с щелочным набуханием и полиуретановым загустителем для получения однородного состояния без осадка и водоотделения. Видно, что в системе чистой акриловой эмульсии с сильной гидрофобностью более серьезно загущать водную фазу гидрофильной гидроксиэтилцеллюлозой, но ее можно легко равномерно перемешать. Однократное использование гидрофобного щелочного набухания и загустителя из полиуретана (или их соединения), хотя эффективность отделения воды лучше, но оба впоследствии загустевают, и если есть осадок, это называется твердым осадком, который трудно равномерно перемешать. Использование загустителей из целлюлозы и полиуретановых соединений из-за величайшей разницы в гидрофильных и липофильных свойствах приводит к наиболее серьезному отделению воды и осаждению, но осадок получается мягким и его легко перемешивать. Последняя формула обладает лучшими характеристиками по борьбе с отделением воды благодаря лучшему балансу между гидрофильными и липофильными свойствами. Конечно, в процессе разработки формулы следует также учитывать типы эмульсий, смачивающих и диспергирующих агентов, а также их гидрофильные и липофильные свойства. Только когда они достигнут хорошего баланса, система может находиться в состоянии термодинамического равновесия и иметь хорошую водонепроницаемость.

В системе загустения загущение водной фазы иногда сопровождается увеличением вязкости масляной фазы. Например, мы обычно считаем, что целлюлозные загустители загущают водную фазу, но целлюлоза распределяется в водной фазе.