قوام دهنده های رنگ بر پایه آب

1. انواع قوام دهنده و مکانیسم قوام دهنده

(1) غلیظ کننده معدنی:

ضخیم کننده های معدنی در سیستم های مبتنی بر آب عمدتاً خاک رس هستند. مانند: بنتونیت. کائولن و خاک دیاتومه (جزء اصلی SiO2 است که ساختار متخلخلی دارد) به دلیل خاصیت تعلیق خود گاهی به عنوان ضخیم کننده های کمکی برای سیستم های ضخیم کننده استفاده می شود. بنتونیت به دلیل خاصیت متورم شدن در آب بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد. بنتونیت (بنتونیت) که با نام‌های بنتونیت، بنتونیت و غیره نیز شناخته می‌شود، کانی اصلی بنتونیت، مونتموریلونیت حاوی مقدار کمی کانی آلومینوسیلیکات آبدار فلز قلیایی و قلیایی خاکی است که از گروه آلومینوسیلیکات است، فرمول شیمیایی کلی آن عبارت است از: ,Ca)(Al,Mg)6(Si4O10)3(OH)6•nH2O. عملکرد انبساط بنتونیت با ظرفیت انبساط بیان می شود، یعنی حجم بنتونیت پس از تورم در محلول رقیق اسید هیدروکلریک ظرفیت انبساط نامیده می شود که بر حسب میلی لیتر در گرم بیان می شود. پس از اینکه غلیظ کننده بنتونیت آب را جذب کرد و متورم شد، حجم آن می تواند به چندین برابر یا ده برابر قبل از جذب آب برسد، بنابراین سوسپانسیون خوبی دارد و به دلیل اینکه پودری با اندازه ذرات ریزتر است، با سایر پودرهای موجود در پوشش متفاوت است. سیستم بدنه قابلیت امتزاج خوبی دارد. علاوه بر این، در حالی که سیستم تعلیق تولید می کند، می تواند پودرهای دیگر را برای ایجاد یک اثر ضد طبقه بندی خاص هدایت کند، بنابراین برای بهبود پایداری ذخیره سازی سیستم بسیار مفید است.

اما بسیاری از بنتونیت های مبتنی بر سدیم از طریق تبدیل سدیم از بنتونیت بر پایه کلسیم تبدیل می شوند. همزمان با سدیم سازی تعداد زیادی یون مثبت مانند یون کلسیم و یون سدیم تولید خواهد شد. اگر محتوای این کاتیون ها در سیستم بیش از حد زیاد باشد، مقدار زیادی خنثی سازی بار بر روی بارهای منفی سطح امولسیون ایجاد می شود، بنابراین تا حدودی ممکن است عوارض جانبی مانند تورم و لخته شدن را ایجاد کند. امولسیون از طرف دیگر، این یون های کلسیم اثرات جانبی بر روی پخش کننده نمک سدیم (یا پخش کننده پلی فسفات) نیز خواهند داشت که باعث رسوب این پراکنده ها در سیستم پوشش می شود و در نهایت منجر به از بین رفتن پراکندگی، ضخیم تر، ضخیم تر یا حتی بیشتر شدن پوشش می شود. ضخیم تر بارش و لخته سازی شدید رخ داد. علاوه بر این، اثر غلیظ کننده بنتونیت عمدتاً به پودر برای جذب آب و انبساط برای تولید سوسپانسیون متکی است، بنابراین یک اثر تیکسوتروپیک قوی برای سیستم پوشش ایجاد می کند که برای پوشش هایی که نیاز به اثرات تسطیح خوب دارند بسیار نامطلوب است. بنابراین در رنگ های لاتکس به ندرت از قوام دهنده های معدنی بنتونیت استفاده می شود و تنها مقدار کمی به عنوان قوام دهنده در رنگ های لاتکس با عیار پایین یا رنگ های لاتکس برس خورده استفاده می شود. با این حال، در سال های اخیر، برخی داده ها نشان داده اند که BENTONE®LT Hemmings. هکتوریت اصلاح شده و تصفیه شده ارگانیک دارای اثرات ضد رسوبی و اتمیزه شدن مناسبی است که در سیستم های پاشش بدون هوا رنگ لاتکس اعمال شود.

(2) اتر سلولز:

اتر سلولز یک پلیمر طبیعی است که از تراکم بتا گلوکز تشکیل می شود. با استفاده از ویژگی های گروه هیدروکسیل در حلقه گلوکوزیل، سلولز می تواند تحت واکنش های مختلفی قرار گیرد تا یک سری مشتقات تولید کند. در میان آنها، واکنش های استری و اتریفیکاسیون به دست می آید. استر سلولز یا مشتقات اتر سلولز مهمترین مشتقات سلولزی هستند. محصولات رایج مورد استفاده کربوکسی متیل سلولز هستند،هیدروکسی اتیل سلولز، متیل سلولز، هیدروکسی پروپیل متیل سلولز و غیره. از آنجایی که کربوکسی متیل سلولز حاوی یون های سدیم است که به راحتی در آب حل می شود، مقاومت آن در برابر آب ضعیف است و تعداد مواد جایگزین روی زنجیره اصلی آن کم است، بنابراین به راحتی در اثر خوردگی باکتری تجزیه می شود و ویسکوزیته محلول آبی را کاهش می دهد و باعث ایجاد آن می شود. بدبو، و غیره. سرعت انحلال متیل سلولز در آب معمولاً کمی کمتر از هیدروکسی اتیل سلولز است. علاوه بر این، ممکن است مقدار کمی ماده نامحلول در طول فرآیند انحلال وجود داشته باشد که بر ظاهر و احساس لایه پوشش تأثیر می گذارد، بنابراین به ندرت در رنگ لاتکس استفاده می شود. با این حال، کشش سطحی محلول آبی متیل کمی کمتر از سایر محلول های آبی سلولزی است، بنابراین یک غلیظ کننده سلولزی خوب است که در بتونه استفاده می شود. هیدروکسی پروپیل متیل سلولز نیز یک غلیظ کننده سلولزی است که به طور گسترده در زمینه بتونه استفاده می شود و در حال حاضر عمدتاً در بتونه های مبتنی بر سیمان یا آهک کلسیم (یا سایر چسب های معدنی) استفاده می شود. هیدروکسی اتیل سلولز به دلیل حلالیت خوب در آب و حفظ آب به طور گسترده در سیستم های رنگ لاتکس استفاده می شود. در مقایسه با سایر سلولزها، تأثیر کمتری بر عملکرد فیلم پوشش دارد. از مزایای هیدروکسی اتیل سلولز می توان به راندمان پمپاژ بالا، سازگاری خوب، پایداری ذخیره سازی خوب و ثبات pH خوب ویسکوزیته اشاره کرد. معایب آن سیالیت ضعیف تراز و مقاومت ضعیف در برابر پاشش آب است. به منظور بهبود این کاستی ها، اصلاح آبگریز ظاهر شده است. هیدروکسی اتیل سلولز مرتبط با جنسی (HMHEC) مانند NatrosolPlus330, 331

(3) پلی کربوکسیلات:

در این پلی کربوکسیلات، وزن مولکولی بالا یک ضخیم کننده است و وزن مولکولی پایین یک متفرق کننده است. آنها عمدتاً مولکول های آب را در زنجیره اصلی سیستم جذب می کنند که باعث افزایش ویسکوزیته فاز پراکنده می شود. علاوه بر این، آنها همچنین ممکن است روی سطح ذرات لاتکس جذب شوند تا یک لایه پوششی تشکیل دهند که باعث افزایش اندازه ذرات لاتکس، ضخیم شدن لایه هیدراتاسیون لاتکس و افزایش ویسکوزیته فاز داخلی لاتکس می شود. با این حال، این نوع ضخیم کننده بازده ضخیم کنندگی نسبتاً کمی دارد، بنابراین در کاربردهای پوشش به تدریج حذف می شود. در حال حاضر این نوع غلیظ کننده عمدتاً در غلیظ شدن خمیر رنگ استفاده می شود، زیرا وزن مولکولی آن نسبتاً زیاد است، بنابراین برای پراکندگی و پایداری خمیر رنگ مفید است.

(4) ضخیم کننده قابل تورم قلیایی:

دو نوع اصلی ضخیم‌کننده‌های متورم‌کننده قلیایی وجود دارد: ضخیم‌کننده‌های متورم‌کننده قلیایی معمولی و ضخیم‌کننده‌های متورم‌کننده قلیایی انجمنی. بزرگترین تفاوت بین آنها تفاوت در مونومرهای مرتبط موجود در زنجیره مولکولی اصلی است. ضخیم‌کننده‌های متورم‌شونده قلیایی با مونومرهای انجمنی کوپلیمر می‌شوند که می‌توانند یکدیگر را در ساختار زنجیره اصلی جذب کنند، بنابراین پس از یونیزاسیون در محلول آبی، جذب درون مولکولی یا بین مولکولی می‌تواند رخ دهد که باعث افزایش سریع ویسکوزیته سیستم می‌شود.

الف غلیظ کننده متورم قلیایی معمولی:

محصول اصلی نماینده نوع قوام دهنده معمولی متورم قلیایی ASE-60 است. ASE-60 عمدتاً از کوپلیمریزاسیون اسید متاکریلیک و اتیل آکریلات استفاده می کند. در طول فرآیند کوپلیمریزاسیون، اسید متاکریلیک حدود 1/3 از محتوای جامد را تشکیل می دهد، زیرا وجود گروه های کربوکسیل باعث می شود زنجیره مولکولی درجه خاصی از آب دوستی داشته باشد و فرآیند تشکیل نمک را خنثی کند. به دلیل دفع بارها، زنجیره های مولکولی منبسط می شوند که باعث افزایش ویسکوزیته سیستم و ایجاد اثر ضخیم شدن می شود. با این حال، گاهی اوقات وزن مولکولی به دلیل عمل عامل اتصال عرضی بیش از حد بزرگ است. در طی فرآیند انبساط زنجیره مولکولی، زنجیره مولکولی در مدت زمان کوتاهی به خوبی پراکنده نمی شود. در طول فرآیند ذخیره سازی طولانی مدت، زنجیره مولکولی به تدریج کشیده می شود که باعث ضخیم شدن ویسکوزیته می شود. علاوه بر این، از آنجایی که مونومرهای آبگریز کمی در زنجیره مولکولی این نوع ضخیم کننده وجود دارد، ایجاد کمپلکس آبگریز بین مولکول ها، عمدتا برای ایجاد جذب متقابل درون مولکولی، آسان نیست، بنابراین این نوع ضخیم کننده کارایی ضخیم شدن پایینی دارد، بنابراین به ندرت به تنهایی استفاده می شود عمدتاً در ترکیب با سایر قوام دهنده ها استفاده می شود.

ب ضخیم کننده تورم قلیایی نوع انجمن (کنکورد):

این نوع قوام دهنده در حال حاضر به دلیل انتخاب مونومرهای انجمنی و طراحی ساختار مولکولی، انواع مختلفی دارد. ساختار زنجیره اصلی آن نیز عمدتاً از متاکریلیک اسید و اتیل آکریلات تشکیل شده است و مونومرهای مرتبط مانند آنتن در ساختار هستند، اما فقط مقدار کمی توزیع دارند. این مونومرهای مرتبط مانند شاخک های هشت پا هستند که مهمترین نقش را در کارایی ضخیم شدن ضخیم کننده دارند. گروه کربوکسیل در ساختار خنثی شده و نمک تشکیل می دهد و زنجیره مولکولی نیز مانند یک ضخیم کننده معمولی متورم کننده قلیایی است. همان دفع بار اتفاق می افتد، به طوری که زنجیره مولکولی باز می شود. مونومر انجمنی موجود در آن نیز با زنجیره مولکولی منبسط می شود، اما ساختار آن شامل زنجیره های آبدوست و زنجیره های آبگریز است، بنابراین ساختار میسلی بزرگی شبیه به سورفکتانت ها در مولکول یا بین مولکول ها ایجاد می شود. این میسل ها با جذب متقابل مونومرهای ارتباطی تولید می شوند و برخی از مونومرهای ارتباطی یکدیگر را از طریق اثر پل زدن ذرات امولسیونی (یا ذرات دیگر) جذب می کنند. پس از تولید میسل ها، ذرات امولسیون، ذرات مولکول آب یا سایر ذرات موجود در سیستم را در حالت نسبتا ایستا مانند حرکت محفظه ثابت می کنند، به طوری که تحرک این مولکول ها (یا ذرات) ضعیف شده و ویسکوزیته سیستم افزایش می یابد. بنابراین راندمان ضخیم کنندگی این نوع قوام دهنده به ویژه در رنگ لاتکس با محتوای امولسیون بالا به مراتب برتر از ضخیم کننده های متورم قلیایی معمولی است، بنابراین در رنگ لاتکس کاربرد فراوانی دارد. نماینده اصلی محصول نوع TT-935 است.

(5) عامل ضخیم کننده و تراز کننده پلی اورتان (یا پلی اتر):

به طور کلی، ضخیم کننده ها وزن مولکولی بسیار بالایی دارند (مانند سلولز و اسید اکریلیک)، و زنجیره های مولکولی آنها در محلول آبی کشیده می شوند تا ویسکوزیته سیستم را افزایش دهند. وزن مولکولی پلی یورتان (یا پلی اتر) بسیار کوچک است و عمدتاً از طریق برهمکنش نیروی واندروالس بخش چربی دوست بین مولکول ها ارتباط ایجاد می کند، اما این نیروی ارتباطی ضعیف است و ممکن است این ارتباط تحت شرایط خاصی ایجاد شود. نیروی خارجی جداسازی، در نتیجه کاهش ویسکوزیته، منجر به تراز کردن لایه پوششی می شود، بنابراین می تواند نقش عامل تراز کننده را ایفا کند. هنگامی که نیروی برشی حذف شود، می تواند به سرعت ارتباط را از سر بگیرد و ویسکوزیته سیستم افزایش می یابد. این پدیده برای کاهش ویسکوزیته و افزایش تسطیح در طول ساخت و ساز مفید است. و پس از از بین رفتن نیروی برشی، ویسکوزیته بلافاصله برای افزایش ضخامت لایه پوشش بازیابی می شود. در کاربردهای عملی، ما بیشتر نگران اثر ضخیم کنندگی چنین ضخیم کننده های انجمنی بر روی امولسیون های پلیمری هستیم. ذرات اصلی لاتکس پلیمری نیز در پیوند سیستم شرکت می کنند، به طوری که این نوع عامل ضخیم کننده و تراز کننده نیز زمانی که کمتر از غلظت بحرانی آن باشد، اثر غلیظ کننده (یا تراز کننده) خوبی دارد. هنگامی که غلظت این نوع ماده غلیظ کننده و تراز کننده هنگامی که از غلظت بحرانی خود در آب خالص بیشتر باشد، می تواند به خودی خود تداعی ایجاد کند و ویسکوزیته به سرعت بالا می رود. بنابراین، زمانی که این نوع عامل غلیظ کننده و تراز کننده کمتر از غلظت بحرانی آن باشد، زیرا ذرات لاتکس در تداخل نسبی شرکت می کنند، هر چه اندازه ذرات امولسیون کوچکتر باشد، پیوند قوی تر و ویسکوزیته آن با افزایش غلظت افزایش می یابد. مقدار امولسیون علاوه بر این، برخی از پخش کننده ها (یا ضخیم کننده های اکریلیک) حاوی ساختارهای آبگریز هستند و گروه های آبگریز آنها با پلی یورتان تعامل دارند، به طوری که سیستم یک ساختار شبکه بزرگ را تشکیل می دهد که منجر به ضخیم شدن می شود.

2. اثرات ضخیم کننده های مختلف بر مقاومت جداسازی آب رنگ لاتکس

در طراحی فرمولاسیون رنگ های پایه آب، استفاده از قوام دهنده ها پیوند بسیار مهمی است که به بسیاری از خواص رنگ های لاتکس مانند ساخت، توسعه رنگ، ذخیره سازی و ظاهر مربوط می شود. در اینجا ما بر تأثیر استفاده از ضخیم کننده ها در ذخیره سازی رنگ لاتکس تمرکز می کنیم. از مقدمه بالا می توان فهمید که قوام دهنده های بنتونیت و پلی کربوکسیلات: عمدتاً در برخی از پوشش های خاص مورد استفاده قرار می گیرند که در اینجا به آنها پرداخته نخواهد شد. ما عمدتاً در مورد متداول ترین ضخیم کننده های سلولزی، متورم قلیایی و پلی اورتان (یا پلی اتر) بحث خواهیم کرد، به تنهایی و به صورت ترکیبی، بر مقاومت جداسازی آب رنگ های لاتکس تأثیر می گذارند.

اگرچه غلیظ شدن با هیدروکسی اتیل سلولز به تنهایی در جداسازی آب جدی تر است، اما به راحتی می توان آن را به طور یکنواخت به هم زد. یکبار مصرف غلیظ کننده متورم قلیایی جداسازی آب و بارندگی ندارد اما پس از غلیظ شدن غلیظ می شود. یکبار مصرف غلیظ کننده پلی یورتان، اگرچه جداسازی آب و پس از غلیظ شدن، غلیظ شدن جدی نیست، اما رسوب تولید شده توسط آن نسبتا سخت است و به سختی به هم می زند. و هیدروکسی اتیل سلولز و ترکیب غلیظ کننده متورم قلیایی را می پذیرد، بدون ضخیم شدن پس از آن، بدون بارش سخت، به راحتی هم زدن می شود، اما مقدار کمی آب نیز وجود دارد. با این حال، هنگامی که از هیدروکسی اتیل سلولز و پلی اورتان برای ضخیم شدن استفاده می شود، جداسازی آب جدی ترین است، اما بارش سخت وجود ندارد. ضخیم کننده متورم قلیایی و پلی اورتان با هم استفاده می شود، اگرچه جداسازی آب اساساً جداسازی آب نیست، اما پس از غلیظ شدن، و رسوب در قسمت پایین به سختی به هم زدن یکنواخت می شود. و آخرین مورد استفاده از مقدار کمی هیدروکسی اتیل سلولز با متورم قلیایی و ضخیم شدن پلی اورتان برای داشتن حالت یکنواخت بدون بارش و جداسازی آب. مشاهده می شود که در سیستم امولسیون اکریلیک خالص با آب گریزی قوی، غلیظ کردن فاز آب با هیدروکسی اتیل سلولز آبدوست جدی تر است، اما به راحتی می توان آن را به طور یکنواخت هم زد. یکبار استفاده از تورم قلیایی آبگریز و غلیظ کننده پلی یورتان (یا ترکیب آنها)، اگرچه عملکرد ضد جداسازی آب بهتر است، اما هر دو پس از آن غلیظ می شوند و اگر بارندگی وجود داشته باشد، به آن بارش سخت می گویند که به سختی به هم زدن یکنواخت می شود. استفاده از ضخیم‌کردن ترکیبات سلولز و پلی‌اورتان، به دلیل دورترین تفاوت در مقادیر آب‌دوست و چربی دوست، منجر به جداسازی و رسوب آب جدی‌تر می‌شود، اما رسوب نرم و به راحتی هم‌زدن می‌شود. آخرین فرمول به دلیل تعادل بهتر بین آب دوست و چربی دوست، بهترین عملکرد ضد جداسازی آب را دارد. البته در فرآیند طراحی فرمول واقعی باید به انواع امولسیون ها و عوامل مرطوب کننده و پراکنده کننده و مقادیر آبدوست و چربی دوست آنها نیز توجه شود. تنها زمانی که آنها به تعادل خوبی برسند، سیستم می تواند در حالت تعادل ترمودینامیکی باشد و مقاومت خوبی در برابر آب داشته باشد.

در سیستم ضخیم شدن، ضخیم شدن فاز آب گاهی با افزایش ویسکوزیته فاز روغن همراه است. به عنوان مثال، ما به طور کلی معتقدیم که غلیظ کننده های سلولزی فاز آب را غلیظ می کنند، اما سلولز در فاز آب توزیع می شود.