1. Definición y función del espesante
Los aditivos que pueden aumentar significativamente la viscosidad de las pinturas a base de agua se llaman espesantes.
Los espesantes juegan un papel importante en la producción, almacenamiento y construcción de recubrimientos.
La función principal del espesante es aumentar la viscosidad del recubrimiento para cumplir con los requisitos de diferentes etapas de uso. Sin embargo, la viscosidad requerida por el recubrimiento en diferentes etapas es diferente. P.ej:
Durante el proceso de almacenamiento, es deseable tener una alta viscosidad para evitar que el pigmento se asiente;
Durante el proceso de construcción, es deseable tener una viscosidad moderada para garantizar que la pintura tenga una buena capacidad de cepillo sin manchas de pintura excesivas;
Después de la construcción, se espera que la viscosidad pueda volver rápidamente a una alta viscosidad después de un corto retraso de tiempo (proceso de nivelación) para evitar la flacidez.
La fluidez de los recubrimientos transmitidos por el agua no es newtoniano.
Cuando la viscosidad de la pintura disminuye con el aumento de la fuerza de corte, se llama líquido pseudoplástico, y la mayor parte de la pintura es un fluido pseudoplástico.
Cuando el comportamiento de flujo de un fluido pseudoplástico está relacionado con su historia, es decir, depende del tiempo, se llama fluido tixotrópico.
Al fabricar recubrimientos, a menudo tratamos conscientemente de hacer que los recubrimientos sean tixotrópicos, como agregar aditivos.
Cuando la tixotropía del recubrimiento es apropiada, puede resolver las contradicciones de las diversas etapas del recubrimiento y satisfacer las necesidades técnicas de las diferentes viscosidad del recubrimiento en las etapas de almacenamiento, nivelación de construcción y secado.
Algunos espesantes pueden dotar la pintura con alta tixotropía, de modo que tenga una mayor viscosidad en reposo o a una velocidad de corte baja (como almacenamiento o transporte), para evitar que el pigmento en la pintura se asiente. Y bajo una alta velocidad de corte (como el proceso de recubrimiento), tiene baja viscosidad, de modo que el recubrimiento tiene suficiente flujo y nivelación.
La tixotropía está representada por el índice tixotrópico Ti y se mide por el viscosímetro de Brookfield.
Ti = viscosidad (medido a 6R/min)/viscosidad (medido a 60R/min)
2. Tipos de espesantes y sus efectos sobre las propiedades de recubrimiento
(1) Tipos En términos de composición química, los espesantes se dividen en dos categorías: orgánicos e inorgánicos.
Los tipos inorgánicos incluyen bentonita, atapulgita, silicato de magnesio de aluminio, silicato de magnesio de litio, etc., tipos orgánicos como metilelulosa, hidroxietilcelulosa, poliacrilato, polimetacrilato, ácido acrílico o homopolero acrílico o copolímero y copolímero polyuretano, etc.
Desde la perspectiva de la influencia en las propiedades reológicas de los recubrimientos, los espesantes se dividen en espesantes tixotrópicos y espesantes asociativos. En términos de requisitos de rendimiento, la cantidad de espesante debe ser menor y el efecto de espesamiento es bueno; No es fácil ser erosionado por enzimas; Cuando cambia la temperatura o el valor de pH del sistema, la viscosidad del recubrimiento no se reducirá significativamente, y el pigmento y el relleno no se flocularán. ; Buena estabilidad de almacenamiento; Buena retención de agua, sin fenómeno de espuma obvio y sin efectos adversos en el rendimiento de la película de recubrimiento.
① espesante de celulosa
Los espesantes de celulosa utilizados en los recubrimientos son principalmente metilcelulosa, hidroxietilcelulosa e hidroxipropilmetilcelulosa, y los dos últimos se usan más comúnmente.
La hidroxietilcelulosa es un producto obtenido al reemplazar los grupos hidroxilo en las unidades de glucosa de la celulosa natural con grupos hidroxietilo. Las especificaciones y modelos de los productos se distinguen principalmente de acuerdo con el grado de sustitución y viscosidad.
Las variedades de hidroxietilcelulosa también se dividen en el tipo de disolución normal, el tipo de dispersión rápida y el tipo de estabilidad biológica. En lo que respecta al método de uso, se puede agregar hidroxietilelulosa se puede agregar en diferentes etapas en el proceso de producción de recubrimiento. El tipo de dispersión rápida se puede agregar directamente en forma de polvo seco. Sin embargo, el valor de pH del sistema antes de agregar debe ser inferior a 7, principalmente porque la hidroxietilcelulosa se disuelve lentamente a un valor de pH bajo, y hay suficiente tiempo para que el agua se infiltrice en el interior de las partículas, y luego el valor de pH aumenta para que se disuelva rápidamente. Los pasos correspondientes también se pueden usar para preparar una cierta concentración de solución de pegamento y agregarla al sistema de recubrimiento.
La hidroxipropil metilcelulosa es un producto obtenido al reemplazar el grupo hidroxilo en la unidad de glucosa de celulosa natural con un grupo metoxi, mientras que la otra parte es reemplazada por un grupo hidroxipropilo. Su efecto de engrosamiento es básicamente el mismo que el de la hidroxietilcelulosa. Y es resistente a la degradación enzimática, pero su solubilidad en el agua no es tan buena como la de la hidroxietil celulosa, y tiene la desventaja de gelificar cuando se calienta. Para la hidroxipropil metilcelulosa tratada con la superficie, se puede agregar directamente al agua cuando se usa. Después de agitar y dispersar, agregue sustancias alcalinas como el agua de amoníaco para ajustar el valor de pH a 8-9, y revuelva hasta que esté completamente disuelto. Para la hidroxipropil metilcelulosa sin tratamiento de superficie, se puede empaparse y hincharse con agua caliente por encima de 85 ° C antes de su uso, y luego enfriarse a temperatura ambiente, luego agitar con agua fría o agua helada para disolverla por completo.
②
Este tipo de espesante es principalmente algunos productos de arcilla activados, como bentonita, arcilla de silicato de aluminio de magnesio, etc. Se caracteriza en que, además del efecto de engrosamiento, también tiene un buen efecto de suspensión, puede evitar el hundimiento y no afectará la resistencia al agua del recubrimiento. Después de que el recubrimiento se seca y se forma en una película, actúa como un relleno en la película de recubrimiento, etc. El factor desfavorable es que afectará significativamente la nivelación del recubrimiento.
③ espesante de polímero sintético
Los espesantes de polímeros sintéticos se usan principalmente en acrílico y poliuretano (espesantes asociativos). Los espesantes acrílicos son en su mayoría polímeros acrílicos que contienen grupos carboxilo. En agua con un valor de pH de 8-10, el grupo carboxilo se disocia y se hincha; Cuando el valor de pH es mayor que 10, se disuelve en agua y pierde el efecto de engrosamiento, por lo que el efecto de engrosamiento es muy sensible al valor de pH.
El mecanismo de engrosamiento del espesante de acrilato es que sus partículas pueden adsorberse en la superficie de las partículas de látex en la pintura, y formar una capa de recubrimiento después de la hinchazón álcali, lo que aumenta el volumen de las partículas de látex, obstaculiza el movimiento browniano de las partidas y aumenta la viscosidad del sistema de pintura. ; En segundo lugar, la hinchazón del espesante aumenta la viscosidad de la fase de agua.
(2) Influencia del espesante en las propiedades de recubrimiento
El efecto del tipo de espesante en las propiedades reológicas del recubrimiento es el siguiente:
Cuando aumenta la cantidad de espesante, la viscosidad estática de la pintura aumenta significativamente, y la tendencia del cambio de viscosidad es básicamente consistente cuando se somete a una fuerza de corte externa.
Con el efecto del espesante, la viscosidad de la pintura cae rápidamente cuando se somete a la fuerza de corte, mostrando pseudoplasticidad.
Usando un espesante de celulosa modificado hidrófóbicamente (como EBS451FQ), a altas tasas de corte, la viscosidad aún es alta cuando la cantidad es grande.
Usando espesantes asociativos de poliuretano (como WT105A), a altas tasas de corte, la viscosidad aún es alta cuando la cantidad es grande.
Usando espesantes acrílicos (como ASE60), aunque la viscosidad estática aumenta rápidamente cuando la cantidad es grande, la viscosidad disminuye rápidamente a una velocidad de corte más alta.
3. Espesante asociativo
(1) Mecanismo de engrosamiento
El espesores acrílicos de éter de celulosa y álcali se siente solo pueden espesar la fase de agua, pero no tienen un efecto de espesamiento en otros componentes en la pintura a base de agua, ni pueden causar una interacción significativa entre los pigmentos en la pintura y las partículas de la emulsión, por lo que no se puede ajustar la reología de la pintura.
Los espesantes asociativos se caracterizan en el que, además del engrosamiento a través de la hidratación, también se espesan a través de asociaciones entre ellos, con partículas dispersas y con otros componentes en el sistema. Esta asociación se disocia a altas tasas de corte y reasocia a bajas tasas de corte, lo que permite ajustar la reología del recubrimiento.
El mecanismo de engrosamiento del espesante asociativo es que su molécula es una cadena hidrofílica lineal, un compuesto de polímero con grupos lipofílicos en ambos extremos, es decir, tiene grupos hidrofílicos e hidrofóbicos en la estructura, por lo que tiene las características de las moléculas tensioactivas. naturaleza. Dichas moléculas de espesante no solo pueden hidratar y hincharse para espesar la fase de agua, sino también formar micelas cuando la concentración de su solución acuosa excede un cierto valor. Las micelas pueden asociarse con las partículas de polímero de la emulsión y las partículas de pigmento que han adsorbido el dispersante para formar una estructura de red tridimensional, y están interconectadas y enredadas para aumentar la viscosidad del sistema.
Lo más importante es que estas asociaciones se encuentran en un estado de equilibrio dinámico, y esas micelas asociadas pueden ajustar sus posiciones cuando se someten a fuerzas externas, de modo que el recubrimiento tiene propiedades de nivelación. Además, dado que la molécula tiene varias micelas, esta estructura reduce la tendencia de las moléculas de agua a migrar y, por lo tanto, aumenta la viscosidad de la fase acuosa.
(2) El papel en los recubrimientos
La mayoría de los espesantes asociativos son poliuretanos, y sus pesos moleculares relativos están entre 103-104 órdenes de magnitud, dos órdenes de magnitud más bajos que el ácido poliacrílico ordinario y los espesantes de celulosa con pesos moleculares relativos entre 105-106. Debido al bajo peso molecular, el aumento de volumen efectivo después de la hidratación es menor, por lo que su curva de viscosidad es más plana que la de los espesantes no asociativos.
Debido al bajo peso molecular del espesante asociativo, su enredo intermolecular en la fase de agua es limitado, por lo que su efecto de espesamiento en la fase de agua no es significativo. En el rango de velocidad de corte bajo, la conversión de asociación entre las moléculas es más que la destrucción de la asociación entre las moléculas, todo el sistema mantiene una suspensión inherente y un estado de dispersión, y la viscosidad está cerca de la viscosidad del medio de dispersión (agua). Por lo tanto, el espesante asociativo hace que el sistema de pintura a base de agua exhiba una menor viscosidad aparente cuando se encuentra en la región de baja velocidad de corte.
Los espesantes asociativos aumentan la energía potencial entre las moléculas debido a la asociación entre partículas en la fase dispersa. De esta manera, se necesita más energía para romper la asociación entre las moléculas a altas tasas de corte, y la fuerza de corte requerida para lograr la misma tensión de corte también es mayor, por lo que el sistema exhibe una velocidad de corte más alta a altas tasas de corte. Aparente viscosidad. La mayor viscosidad de alto cizallamiento y la viscosidad más baja en cizallamiento bajo pueden compensar la falta de espesantes comunes en las propiedades reológicas de la pintura, es decir, los dos espesantes se pueden usar en combinación para ajustar la fluidez de la pintura de látex. Rendimiento variable, para cumplir con los requisitos integrales de recubrimiento en un grueso flujo de películas de películas y recubrimiento.
Tiempo de publicación: Nov-24-2022