1. Definição e função do espessante
Os aditivos que podem aumentar significativamente a viscosidade das tintas à base de água são chamados de espessantes.
Os espessantes desempenham um papel importante na produção, armazenamento e construção de revestimentos.
A principal função do espessante é aumentar a viscosidade do revestimento para atender aos requisitos de diferentes estágios de uso. No entanto, a viscosidade exigida pelo revestimento em diferentes estágios é diferente. Por exemplo:
Durante o processo de armazenamento, é desejável ter uma alta viscosidade para impedir que o pigmento se acalme;
Durante o processo de construção, é desejável ter uma viscosidade moderada para garantir que a tinta tenha uma boa escovação sem manchas excessivas de tinta;
Após a construção, espera -se que a viscosidade possa retornar rapidamente a uma alta viscosidade após um curto intervalo de tempo (processo de nivelamento) para evitar a flacidez.
A fluidez dos revestimentos transportados aquáticos é não-newtoniana.
Quando a viscosidade da tinta diminui com o aumento da força de cisalhamento, ela é chamada de líquido pseudoplásico e a maior parte da tinta é um líquido pseudoplástico.
Quando o comportamento de fluxo de um líquido pseudoplástico está relacionado à sua história, ou seja, depende do tempo, é chamado de fluido tixotrópico.
Ao fabricar revestimentos, geralmente tentamos conscientemente tornar os revestimentos tixotrópicos, como adicionar aditivos.
Quando a tixotropia do revestimento é apropriada, ela pode resolver as contradições dos vários estágios do revestimento e atender às necessidades técnicas das diferentes viscosidades do revestimento nos estágios de armazenamento, nivelamento de construção e secagem.
Alguns espessantes podem dotar a tinta com alta tixotropia, de modo que ela tenha uma viscosidade mais alta em repouso ou a uma baixa taxa de cisalhamento (como armazenamento ou transporte), de modo a impedir que o pigmento na tinta se acalme. E sob alta taxa de cisalhamento (como processo de revestimento), possui baixa viscosidade, para que o revestimento tenha fluxo e nivelamento suficientes.
A ThixoTropy é representada pelo índice tixotrópica Ti e medido pelo Viscometer Brookfield.
Ti = viscosidade (medida em 6r/min)/viscosidade (medida em 60r/min)
2. Tipos de espessantes e seus efeitos nas propriedades de revestimento
(1) Tipos em termos de composição química, os espessantes são divididos em duas categorias: orgânico e inorgânico.
Inorganic types include bentonite, attapulgite, aluminum magnesium silicate, lithium magnesium silicate, etc., organic types such as methyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, polyacrylate, polymethacrylate, acrylic acid or methyl Acrylic homopolymer or copolymer and polyurethane etc.
Da perspectiva da influência nas propriedades reológicas dos revestimentos, os espessantes são divididos em espessantes tixotrópicos e espessantes associativos. Em termos de requisitos de desempenho, a quantidade de espessante deve ser menor e o efeito espessante é bom; Não é fácil ser corroído por enzimas; Quando a temperatura ou o valor do pH do sistema mudar, a viscosidade do revestimento não será significativamente reduzida e o pigmento e o enchimento não serão floculados. ; Boa estabilidade de armazenamento; Boa retenção de água, nenhum fenômeno de espuma óbvio e nenhum efeito adverso no desempenho do filme de revestimento.
① Celulose espessante
Os espessantes de celulose usados em revestimentos são principalmente metilcelulose, hidroxietilcelulose e hidroxipropilmetilcelulose, e os dois últimos são mais comumente usados.
A hidroxietillululose é um produto obtido substituindo os grupos hidroxila nas unidades de glicose da celulose natural por grupos hidroxietil. As especificações e modelos dos produtos são distinguidos principalmente de acordo com o grau de substituição e viscosidade.
As variedades de hidroxietillululose também são divididas em tipo de dissolução normal, tipo de dispersão rápida e tipo de estabilidade biológica. No que diz respeito ao método de uso, a hidroxietillululose pode ser adicionada em diferentes estágios no processo de produção de revestimento. O tipo de dispersão rápida pode ser adicionada diretamente na forma de pó seco. No entanto, o valor de pH do sistema antes da adição deve ser menor que 7, principalmente porque a hidroxietilullelulose se dissolve lentamente com baixo valor de pH, e há tempo suficiente para a água se infiltrar no interior das partículas, e o valor do pH é aumentado para fazê -lo se dissolver rapidamente. As etapas correspondentes também podem ser usadas para preparar uma certa concentração de solução de cola e adicioná -la ao sistema de revestimento.
A hidroxipropil metilcelulose é um produto obtido substituindo o grupo hidroxila na unidade de glicose da celulose natural por um grupo metoxi, enquanto a outra parte é substituída por um grupo hidroxipropil. Seu efeito espessante é basicamente o mesmo que o da hidroxietillululose. E é resistente à degradação enzimática, mas sua solubilidade em água não é tão boa quanto a da hidroxietilululóia, e tem a desvantagem da gelificação quando aquecida. Para a hidroxipropil metilcelulose tratada na superfície, ele pode ser adicionado diretamente à água quando usado. Após agitar e dispersão, adicione substâncias alcalinas, como água de amônia, para ajustar o valor do pH para 8-9 e mexa até dissolver totalmente. Para hidroxipropil metilcelulose sem tratamento de superfície, ele pode ser embebido e inchado com água quente acima de 85 ° C antes do uso e depois resfriado até a temperatura ambiente e depois mexa com água fria ou água gelada para dissolvê -la completamente.
② INORGANIC ISPOSNER
Esse tipo de espessante é principalmente alguns produtos de argila ativados, como bentonita, argila de silicato de alumínio de magnésio, etc. É caracterizado em que, além do efeito espessante, também tem um bom efeito de suspensão, pode evitar afundar e não afetará a resistência à água do revestimento. Depois que o revestimento é seco e formado em um filme, ele atua como um preenchimento no filme de revestimento, etc. O fator desfavorável é que ele afetará significativamente o nivelamento do revestimento.
③ espessante de polímero sintético
Os espessantes de polímero sintético são usados principalmente em acrílico e poliuretano (espessantes associativos). Os espessantes acrílicos são principalmente polímeros acrílicos que contêm grupos carboxil. Na água com um valor de pH de 8 a 10, o grupo carboxil se dissocia e fica inchado; Quando o valor do pH é maior que 10, ele se dissolve na água e perde o efeito espessante; portanto, o efeito espessante é muito sensível ao valor do pH.
O mecanismo de espessamento do espessante de acrilato é que suas partículas podem ser adsorvidas na superfície das partículas de látex na tinta e formar uma camada de revestimento após o inchaço alcalino, o que aumenta a volume do látex partículas, dificulta o movimento browniano das partículas e aumenta a viscosidade do sistema de tinta. ; Segundo, o inchaço do espessante aumenta a viscosidade da fase aquática.
(2) Influência do espessante nas propriedades de revestimento
O efeito do tipo de espessante nas propriedades reológicas do revestimento é a seguinte:
Quando a quantidade de espessante aumenta, a viscosidade estática da tinta aumenta significativamente, e a tendência de mudança de viscosidade é basicamente consistente quando submetida a uma força de cisalhamento externa.
Com o efeito do espessante, a viscosidade da tinta cai rapidamente quando é submetida à força de cisalhamento, mostrando pseudoplasticidade.
Usando um espessante de celulose hidrofobicamente modificado (como EBS451FQ), a altas taxas de cisalhamento, a viscosidade ainda é alta quando a quantidade é grande.
Utilizando espessantes de poliuretano associativo (como WT105A), a altas taxas de cisalhamento, a viscosidade ainda é alta quando a quantidade é grande.
Usando espessantes acrílicos (como ASE60), embora a viscosidade estática aumente rapidamente quando a quantidade é grande, a viscosidade diminui rapidamente a uma taxa de cisalhamento mais alta.
3. Espessante associativo
(1) Mecanismo de espessamento
Os espessantes de éter de celulose e acrílico alcalinos só podem engrossar a fase aquática, mas não têm efeito espessante em outros componentes na tinta à base de água, nem causar interação significativa entre os pigmentos na tinta e as partículas da emulsão, para que a reologia da tinta não possa ser ajustada.
Os espessantes associativos são caracterizados nisso, além de espessando a hidratação, eles também engrossam através de associações entre si, com partículas dispersas e com outros componentes do sistema. Essa associação se desassocia a altas taxas de cisalhamento e re-assedia a baixas taxas de cisalhamento, permitindo que a reologia do revestimento seja ajustada.
O mecanismo de espessamento do espessante associativo é que sua molécula é uma cadeia hidrofílica linear, um composto polimérico com grupos lipofílicos nas duas extremidades, ou seja, possui grupos hidrofílicos e hidrofóbicos na estrutura, por isso possui as características das moléculas de surfacta. natureza. Tais moléculas espessantes podem não apenas hidratar e inchar para engrossar a fase aquática, mas também formar micelas quando a concentração de sua solução aquosa excede um determinado valor. As micelas podem se associar às partículas de polímero da emulsão e das partículas de pigmento que adsorveram o dispersante para formar uma estrutura de rede tridimensional e está interconectada e enredada para aumentar a viscosidade do sistema.
O mais importante é que essas associações estejam em um estado de equilíbrio dinâmico, e as micelas associadas podem ajustar suas posições quando submetidas a forças externas, para que o revestimento tenha propriedades niveladoras. Além disso, como a molécula possui várias micelas, essa estrutura reduz a tendência das moléculas de água de migrar e, assim, aumenta a viscosidade da fase aquosa.
(2) o papel nos revestimentos
A maioria dos espessantes associativos são poliuretanos e seus pesos moleculares relativos estão entre 103-104 ordens de magnitude, duas ordens de magnitude inferiores ao ácido poliacrílico comum e espessantes de celulose com pesos moleculares relativos entre 105-106. Devido ao baixo peso molecular, o aumento efetivo do volume após a hidratação é menor, portanto, sua curva de viscosidade é mais plana que a dos espessantes não associativos.
Devido ao baixo peso molecular do espessante associativo, seu emaranhado intermolecular na fase aquático é limitado; portanto, seu efeito espessante na fase aquático não é significativo. Na faixa de baixa taxa de cisalhamento, a conversão da associação entre moléculas é maior que a destruição da associação entre moléculas, todo o sistema mantém um estado inerente de suspensão e dispersão, e a viscosidade é próxima da viscosidade do meio de dispersão (água). Portanto, o espessante associativo faz com que o sistema de tinta à base de água exiba uma viscosidade aparente menor quando está na região de baixa taxa de cisalhamento.
Os espessantes associativos aumentam a energia potencial entre as moléculas devido à associação entre partículas na fase dispersa. Dessa maneira, é necessária mais energia para quebrar a associação entre moléculas a altas taxas de cisalhamento, e a força de cisalhamento necessária para atingir a mesma tensão de cisalhamento também é maior, de modo que o sistema exiba uma taxa de cisalhamento mais alta a altas taxas de cisalhamento. Viscosidade aparente. A maior viscosidade de alto cisalhamento e menor viscosidade de baixo cisalhamento podem apenas compensar a falta de espessantes comuns nas propriedades reológicas da tinta, ou seja, os dois espessantes podem ser usados em combinação para ajustar a fluidez da tinta de látex. Desempenho variável, para atender aos requisitos abrangentes de revestimento em filmes grossos e fluxo de filmes de revestimento.
Hora de postagem: novembro-24-2022