מעבי צבע על בסיס מים

1. סוגי מעבים ומנגנון עיבוי

(1) מעבה אנאורגני:

מעבים אנאורגניים במערכות על בסיס מים הם בעיקר חרסיות. כגון: בנטוניט. קאולין ואדמה דיאטומית (המרכיב העיקרי הוא SiO2, בעל מבנה נקבובי) משמשים לעתים כמעבים עזר למערכות עיבוי בגלל תכונות ההשעיה שלהם. בנטוניט נמצא בשימוש נרחב יותר בגלל יכולת התנפחות המים הגבוהה שלו. בנטוניט (בנטוניט), הידוע גם בשם בנטוניט, בנטוניט וכו', המינרל העיקרי של הבנטוניט הוא מונטמורילוניט המכיל כמות קטנה של מינרלים אלומינוסיליקטים מימיים של מתכת אלקלית ואדמה אלקליין, השייכים לקבוצת אלומינוסיליקט, הנוסחה הכימית הכללית שלו היא: (Na ,Ca)(Al,Mg)6(Si4O10)3(OH)6•nH2O. ביצועי ההתפשטות של הבנטוניט מתבטאים ביכולת התפשטות, כלומר, נפח הבנטוניט לאחר התפחה בתמיסת חומצה הידרוכלורית מדוללת נקרא יכולת התפשטות, מבוטא במ"ל/גרם. לאחר שהמעבה הבנטוניט סופח מים ומתנפח, הנפח יכול להגיע פי כמה או פי עשרה מלפני ספיגת המים, ולכן יש לו תרחיף טוב, ומכיוון שמדובר באבקה בגודל חלקיקים עדין יותר, היא שונה משאר האבקות בציפוי. מַעֲרֶכֶת. לגוף יש שילוב טוב. בנוסף, תוך כדי ייצור תרחיף, הוא יכול להניע אבקות אחרות לייצר אפקט אנטי ריבוד מסוים, כך שזה מאוד מועיל לשפר את יציבות האחסון של המערכת.

אבל בנטוניטים רבים על בסיס נתרן הופכים מבנטוניט על בסיס סידן באמצעות המרת נתרן. במקביל לנתרן ייווצר מספר רב של יונים חיוביים כגון יוני סידן ויוני נתרן. אם תכולת הקטיונים הללו במערכת גבוהה מדי, תיווצר כמות גדולה של נטרול מטען על המטענים השליליים על פני האמולסיה, כך שבמידה מסוימת, זה עלול לגרום לתופעות לוואי כגון נפיחות וצנופות של האמולסיה. מצד שני, ליוני הסידן הללו יהיו גם תופעות לוואי על חומר מפיץ מלח הנתרן (או חומר מפיץ פוליפוספט), מה שיגרום למפיצים אלו לשקוע במערכת הציפוי, מה שבסופו של דבר יוביל לאובדן הפיזור, מה שהופך את הציפוי לעבה יותר, עבה יותר או אפילו עבה יותר. התרחשו משקעים וצנופים קשים. בנוסף, השפעת העיבוי של הבנטוניט מסתמכת בעיקר על כך שהאבקה תספוג מים ותתרחב לייצור תרחיף, ולכן היא תביא אפקט טיקסוטרופי חזק למערכת הציפוי, שהוא מאוד לא חיובי לציפויים הדורשים השפעות פילוס טובות. לכן, מעבים אי-אורגניים של בנטוניט משמשים לעתים רחוקות בצבעי לטקס, ורק כמות קטנה משמשת כמעבים בצבעי לטקס בדרגה נמוכה או בצבעי לטקס מוברשים. עם זאת, בשנים האחרונות, כמה נתונים הראו כי BENTONE®LT של Hemmings. להקטוריט שעבר שינוי אורגני ומעודן יש השפעות אנטי-שקיעה ואטומיזציה טובות כאשר הוא מיושם על מערכות ריסוס של צבע לטקס ללא אוויר.

(2) אתר תאית:

אתר תאית הוא פולימר טבעי גבוה שנוצר על ידי עיבוי של β-גלוקוז. באמצעות המאפיינים של קבוצת ההידרוקסיל בטבעת הגלוקוזיל, תאית יכולה לעבור תגובות שונות לייצור סדרה של נגזרות. ביניהם, מתקבלות תגובות אסטריפיקציה והאתריפיקציה. אסטר התאית או נגזרות האתר התאית הן נגזרות התאית החשובות ביותר. המוצרים הנפוצים הם תאית קרבוקסימטיל,תאית הידרוקסיאתיל, מתיל תאית, הידרוקסיפרופיל מתיל תאית וכן הלאה. מכיוון שקרבוקסימטיל תאית מכילה יוני נתרן המסיסים בקלות במים, יש לה עמידות ירודה למים, ומספר התחליפים בשרשרת הראשית שלו קטן, ולכן הוא מתפרק בקלות על ידי קורוזיה חיידקית, מפחית את צמיגות התמיסה המימית והופך אותה מסריח וכו'. תופעה, לעתים נדירות בשימוש בצבעי לטקס, משמשת בדרך כלל בצבע דבק פוליוויניל אלכוהול בדרגה נמוכה. קצב פירוק המים של מתילצלולוזה הוא בדרך כלל מעט נמוך מזה של הידרוקסיאתילצלולוזה. בנוסף, תיתכן כמות קטנה של חומר בלתי מסיס במהלך תהליך ההמסה, אשר ישפיע על המראה והתחושה של סרט הציפוי, ולכן הוא משמש לעתים רחוקות בצבע לטקס. עם זאת, מתח הפנים של תמיסת מתיל מימית נמוכה במקצת מזה של תמיסות מימיות אחרות של תאית, ולכן זהו מעבה תאית טוב המשמש במרק. Hydroxypropyl methylcellulose הוא גם מעבה תאית בשימוש נרחב בתחום המרק, וכיום נעשה בו שימוש בעיקר במרק על בסיס צמנט או סיד-סידן (או חומרי קשירה אנאורגניים אחרים). תאית הידרוקסיאתיל נמצאת בשימוש נרחב במערכות צבע לטקס בגלל מסיסות המים הטובה ואגירתה. בהשוואה לתאית אחרים, יש לו פחות השפעה על ביצועי סרט הציפוי. היתרונות של תאית הידרוקסיאתיל כוללים יעילות שאיבה גבוהה, תאימות טובה, יציבות אחסון טובה ויציבות pH טובה של צמיגות. החסרונות הם נזילות פילוס ירודה ועמידות ירודה להתזה. על מנת לשפר את החסרונות הללו, הופיע שינוי הידרופובי. הידרוקסיאתילצלולוזה הקשורה למין (HMHEC) כגון NatrosolPlus330, 331

(3) פוליקרבוקסילטים:

בפוליקרבוקסילאט זה, המשקל המולקולרי הגבוה הוא חומר מעבה, והמשקל המולקולרי הנמוך הוא חומר מפזר. הם סופחים בעיקר מולקולות מים בשרשרת הראשית של המערכת, מה שמגביר את צמיגות הפאזה המפוזרת; בנוסף, הם עשויים גם להיספג על פני השטח של חלקיקי לטקס ליצירת שכבת ציפוי, אשר מגדילה את גודל החלקיקים של הלטקס, מעבה את שכבת ההידרציה של הלטקס ומגבירה את הצמיגות של השלב הפנימי של הלטקס. עם זאת, סוג זה של מעבה הוא בעל יעילות עיבוי נמוכה יחסית, ולכן הוא נמחק בהדרגה ביישומי ציפוי. כעת סוג זה של מעבה משמש בעיקר לעיבוי של משחת צבע, מכיוון שהמשקל המולקולרי שלו גדול יחסית, ולכן הוא מועיל לפיזור ויציבות האחסון של משחת צבע.

(4) מעבה המתנפח אלקלי:

ישנם שני סוגים עיקריים של מעבים מתנפחים אלקליים: מעבים רגילים המתנפחים אלקלי ומעבים אסוציאטיביים המתנפחים אלקליים. ההבדל הגדול ביותר ביניהם הוא ההבדל במונומרים הקשורים הכלולים בשרשרת המולקולרית הראשית. מעבים מתנפחים אלקליים אסוציאטיביים עוברים קופולימר עם מונומרים אסוציאטיביים שיכולים לספוג זה את זה במבנה השרשרת הראשי, כך שלאחר יינון בתמיסה מימית יכולה להתרחש ספיחה תוך מולקולרית או בין מולקולרית, הגורמת לצמיגות המערכת לעלות במהירות.

א. מעבה רגיל המתנפח אלקלי:

הסוג העיקרי המייצג את המוצר של מעבה רגיל המתנפח אלקלי הוא ASE-60. ASE-60 מאמצת בעיקר את הקופולימריזציה של חומצה מתאקרילית ואתיל אקרילט. במהלך תהליך הקופולימריזציה, חומצה מתאקרילית מהווה כ-1/3 מתכולת המוצק, מכיוון שנוכחותן של קבוצות קרבוקסיל גורמת לשרשרת המולקולרית מידה מסוימת של הידרופיליות, ומנטרלת את תהליך יצירת המלח. עקב דחיית המטענים, השרשראות המולקולריות מתרחבות, מה שמגביר את צמיגות המערכת ומייצר אפקט עיבוי. עם זאת, לפעמים המשקל המולקולרי גדול מדי בשל פעולתו של חומר ההצלבה. במהלך תהליך ההתפשטות של השרשרת המולקולרית, השרשרת המולקולרית אינה מפוזרת היטב בפרק זמן קצר. במהלך תהליך האחסון לטווח ארוך, השרשרת המולקולרית נמתחת בהדרגה, מה שמביא לעיבוי שלאחר הצמיגות. בנוסף, מכיוון שיש מעט מונומרים הידרופוביים בשרשרת המולקולרית של מעבה מסוג זה, לא קל ליצור קומפלקס הידרופובי בין מולקולות, בעיקר כדי לבצע ספיחה הדדית תוך-מולקולרית, ולכן לסוג זה של מעבה יש יעילות עיבוי נמוכה, ולכן משמש רק לעתים רחוקות. הוא משמש בעיקר בשילוב עם מעבים אחרים.

ב. עיבוי נפיחות אלקלי מסוג אגודה (קונקורד):

לסוג זה של מעבה יש כיום זנים רבים בגלל בחירת המונומרים האסוציאטיביים ועיצוב המבנה המולקולרי. גם מבנה השרשרת העיקרי שלו מורכב בעיקר מחומצה מתאקרילית ואתיל אקרילט, והמונומרים האסוציאטיביים הם כמו אנטנות במבנה, אבל רק כמות קטנה של הפצה. מונומרים אסוציאטיביים אלה כמו זרועות תמנון הם שמשחקים את התפקיד החשוב ביותר ביעילות העיבוי של המעבה. קבוצת הקרבוקסיל במבנה מנוטרלת ויוצרת מלח, וגם השרשרת המולקולרית היא כמו מעבה רגיל המתנפח אלקלי. אותה דחיית מטען מתרחשת, כך שהשרשרת המולקולרית נפתחת. המונומר האסוציאטיבי בו מתרחב גם הוא עם השרשרת המולקולרית, אך המבנה שלו מכיל גם שרשראות הידרופיליות וגם שרשראות הידרופוביות, ולכן יווצר מבנה מיסלרי גדול הדומה לחומרים פעילי שטח במולקולה או בין מולקולות. מיצלות אלו מיוצרות על ידי ספיחה הדדית של מונומרים אסוציאציות, וחלק ממונומרים אסוציאציות סופחים זה את זה באמצעות אפקט הגישור של חלקיקי אמולסיה (או חלקיקים אחרים). לאחר הפקת המיצלות, הם מקבעים את חלקיקי האמולסיה, חלקיקי מולקולת המים או חלקיקים אחרים במערכת במצב סטטי יחסית בדיוק כמו תנועת המתחם, כך שהניידות של מולקולות (או חלקיקים) אלו נחלשת והצמיגות של המערכת עולה. לכן, יעילות העיבוי של מעבה מסוג זה, במיוחד בצבעי לטקס עם תכולת אמולסיה גבוהה, עדיפה בהרבה מזו של מעבים רגילים המתנפחים אלקלי, ולכן נעשה בו שימוש נרחב בצבעי לטקס. נציג המוצר העיקרי הסוג הוא TT-935.

(5) חומר עיבוי ופילוס פוליאוריטן (או פוליאתר) אסוציאטיבי:

בדרך כלל, למסמים משקל מולקולרי גבוה מאוד (כגון תאית וחומצה אקרילית), והשרשרות המולקולריות שלהם נמתחות בתמיסה מימית כדי להגביר את צמיגות המערכת. המשקל המולקולרי של פוליאוריטן (או פוליאתר) קטן מאוד, והוא יוצר בעיקר אסוציאציה באמצעות אינטראקציה של כוח ואן דר ואלס של המקטע הליפופילי בין מולקולות, אך כוח האסוציאציה הזה חלש, והאסוציאציה עשויה להתבצע תחת מסוימות כוח חיצוני. ההפרדה, ובכך להפחית את הצמיגות, תורמת לפילוס סרט הציפוי, כך שהוא יכול לשחק את התפקיד של סוכן פילוס. כאשר כוח הגזירה מתבטל, הוא יכול לחזור במהירות לקשר, והצמיגות של המערכת עולה. תופעה זו מועילה להפחתת צמיגות ולהגברת פילוס במהלך הבנייה; ולאחר שכוח הגזירה יאבד, הצמיגות תשוחזר מיד כדי להגדיל את עובי סרט הציפוי. ביישומים מעשיים, אנו מודאגים יותר מהשפעת העיבוי של מעבים אסוציאטיביים כאלה על תחליב פולימר. חלקיקי הלטקס הפולימריים העיקריים משתתפים גם הם בשיוך של המערכת, כך שלחומר עיבוי ופילוס מסוג זה יש גם אפקט עיבוי (או פילוס) טוב כאשר הוא נמוך מהריכוז הקריטי שלו; כאשר הריכוז של סוג זה של חומר עיבוי ופילוס כאשר הוא גבוה מהריכוז הקריטי שלו במים טהורים, הוא יכול ליצור אסוציאציות מעצמו, והצמיגות עולה במהירות. לכן, כאשר סוג זה של חומר עיבוי ופילוס נמוך מהריכוז הקריטי שלו, מכיוון שחלקיקי הלטקס משתתפים באסוציאציה חלקית, ככל שגודל החלקיקים של האמולסיה קטן יותר, האסוציאציה חזקה יותר וצמיגותו תגדל עם העלייה ב- כמות אמולסיה. בנוסף, חלק מהחומרים המפזרים (או מעבים אקריליים) מכילים מבנים הידרופוביים, והקבוצות ההידרופוביות שלהם מקיימות אינטראקציה עם אלו של פוליאוריטן, כך שהמערכת יוצרת מבנה רשת גדול, המסייע לעיבוי.

2. השפעות של מעבים שונים על עמידות הפרדת מים של צבע לטקס

בעיצוב הפורמולציות של צבעים על בסיס מים, השימוש במעבים מהווה חוליה חשובה ביותר, הקשורה לתכונות רבות של צבעי לטקס, כגון בנייה, פיתוח צבע, אחסון ומראה. כאן אנו מתמקדים בהשפעת השימוש בחומרים מעבים על אחסון צבע לטקס. מהמבוא לעיל, אנו יכולים לדעת כי בנטוניט ופוליקרבוקסילטים: מעבים משמשים בעיקר בכמה ציפויים מיוחדים, אשר לא יידונו כאן. נדון בעיקר בעובי תאית, התנפחות אלקלי ומעבי פוליאוריטן (או פוליאתר) הנפוצים ביותר, לבד ובשילוב, משפיעים על עמידות הפרדת המים של צבעי לטקס.

למרות שעיבוי עם תאית הידרוקסיאתיל לבדה חמורה יותר בהפרדת מים, קל לערבב באופן שווה. לשימוש חד פעמי של עיבוי נפיחות אלקלי אין הפרדת מים ומשקעים אלא עיבוי רציני לאחר עיבוי. שימוש חד פעמי בעיבוי פוליאוריטן, אם כי הפרדת מים ואחרי עיבוי העיבוי אינו רציני, אך המשקעים הנוצרים ממנו קשים יחסית וקשים לערבול. והוא מאמץ תאית הידרוקסיאתיל ותרכובת עיבוי מתנפחת אלקלי, ללא עיבוי לאחר, ללא משקעים קשים, קל לערבב, אבל יש גם כמות קטנה של מים. עם זאת, כאשר משתמשים בתאית הידרוקסיאתיל ופוליאוריתן לעיבוי, הפרדת המים היא החמורה ביותר, אך אין משקעים קשים. נעשה שימוש יחד בעובי מתנפח אלקלי ובפוליאוריתן, אם כי הפרדת המים היא בעצם לא הפרדת מים, אלא לאחר עיבוי, ואת המשקעים בתחתית קשה לערבב באופן שווה. והאחרון משתמש בכמות קטנה של תאית הידרוקסיאתיל עם התנפחות אלקלית ועיבוי פוליאוריטן כדי לקבל מצב אחיד ללא משקעים והפרדת מים. ניתן לראות שבמערכת אמולסיה אקרילית טהורה עם הידרופוביות חזקה, חמור יותר לעבות את שלב המים עם תאית הידרוקסיאתיל הידרופילי, אך ניתן לערבב בקלות באופן שווה. שימוש חד פעמי של התנפחות אלקלית הידרופוביה ועיבוי פוליאוריטן (או התרכובת שלהם), אמנם הביצועים נגד הפרדת מים טובים יותר, אך שניהם מתעבים לאחר מכן, ואם יש משקעים, זה נקרא משקעים קשים, שקשה לערבב באופן שווה. השימוש בעיבוי תרכובות תאית ופוליאוריתן, בגלל ההבדל הרחוק ביותר בערכים הידרופיליים וליפופיליים, מביא להפרדת המים והמשקעים הרציניים ביותר, אך המשקעים רכים וקלים לערבול. לנוסחה האחרונה יש את הביצועים הטובים ביותר נגד הפרדת מים בשל איזון טוב יותר בין הידרופילי לליפופילי. כמובן, בתהליך עיצוב הנוסחה בפועל, יש לקחת בחשבון גם את סוגי האמולסיות וחומרי ההרטבה והפיזור והערכים ההידרופיליים והליפופיליים שלהם. רק כשהם מגיעים לאיזון טוב המערכת יכולה להיות במצב של שיווי משקל תרמודינמי ובעלת עמידות טובה למים.

במערכת העיבוי, עיבוי שלב המים מלווה לעיתים בעליית צמיגות שלב השמן. לדוגמה, אנו מאמינים בדרך כלל כי מעבי תאית מעבים את שלב המים, אך התאית מופצת בשלב המים