Verdikkingsmiddelen op waterbasis

1. Soorten verdikkingsmiddelen en verdikkingsmechanisme

(1) Anorganisch verdikkingsmiddel:

Anorganische verdikkingsmiddelen in systemen op waterbasis zijn voornamelijk kleisoorten. Zoals: bentoniet. Kaolien en diatomeeënaarde (het hoofdbestanddeel is SiO2, dat een poreuze structuur heeft) worden soms gebruikt als hulpverdikkingsmiddelen voor verdikkingssystemen vanwege hun suspensie-eigenschappen. Bentoniet wordt op grotere schaal gebruikt vanwege zijn hoge zwelvermogen in water. Bentoniet (Bentoniet), ook bekend als bentoniet, bentoniet, enz., Het belangrijkste mineraal van bentoniet is montmorilloniet dat een kleine hoeveelheid alkali- en aardalkalimetaalwaterhoudende aluminosilicaatmineralen bevat, behorend tot de aluminosilicaatgroep, de algemene chemische formule is: (Na ,Ca)(Al,Mg)6(Si4O10)3(OH)6·nH2O. Het expansievermogen van bentoniet wordt uitgedrukt in het expansievermogen, dat wil zeggen het volume bentoniet na zwelling in een verdunde zoutzuuroplossing wordt expansievermogen genoemd, uitgedrukt in ml/gram. Nadat het bentonietverdikkingsmiddel water heeft geabsorbeerd en is opgezwollen, kan het volume meerdere of tien keer groter worden voordat het water absorbeert, dus het heeft een goede suspensie en omdat het een poeder is met een fijnere deeltjesgrootte, verschilt het van andere poeders in de coating systeem. Het lichaam heeft een goede mengbaarheid. Bovendien kan het, terwijl het suspensie produceert, andere poeders ertoe aanzetten een bepaald anti-stratificatie-effect te produceren, dus het is zeer nuttig om de opslagstabiliteit van het systeem te verbeteren.

Maar veel bentonieten op natriumbasis worden via natriumconversie getransformeerd van bentoniet op calciumbasis. Tegelijkertijd met de natriumisering zal een groot aantal positieve ionen zoals calciumionen en natriumionen worden geproduceerd. Als het gehalte aan deze kationen in het systeem te hoog is, zal er een grote hoeveelheid ladingsneutralisatie worden gegenereerd op de negatieve ladingen op het oppervlak van de emulsie, dus tot op zekere hoogte kan dit bijwerkingen veroorzaken zoals zwelling en uitvlokking van de emulsie. de emulsie. Aan de andere kant zullen deze calciumionen ook bijwerkingen hebben op het natriumzoutdispergeermiddel (of polyfosfaatdispergeermiddel), waardoor deze dispergeermiddelen neerslaan in het coatingsysteem, wat uiteindelijk leidt tot het verlies van dispersie, waardoor de coating dikker, dikker of zelfs dikker wordt. dikker. Er vonden ernstige neerslag en uitvlokking plaats. Bovendien is het verdikkende effect van bentoniet voornamelijk afhankelijk van het feit dat het poeder water absorbeert en uitzet om suspensie te produceren, waardoor het een sterk thixotroop effect op het coatingsysteem zal hebben, wat zeer ongunstig is voor coatings die goede egaliserende effecten vereisen. Daarom worden anorganische bentonietverdikkingsmiddelen zelden gebruikt in latexverven, en wordt slechts een kleine hoeveelheid gebruikt als verdikkingsmiddel in latexverven van lage kwaliteit of geborstelde latexverven. De afgelopen jaren hebben sommige gegevens echter aangetoond dat Hemmings' BENTONE®LT. organisch gemodificeerd en geraffineerd hectoriet heeft goede anti-sedimentatie- en vernevelingseffecten wanneer het wordt toegepast op airless spuitsystemen voor latexverf.

(2) Cellulose-ether:

Cellulose-ether is een natuurlijk hoogpolymeer dat wordt gevormd door de condensatie van β-glucose. Door gebruik te maken van de kenmerken van de hydroxylgroep in de glucosylring kan cellulose verschillende reacties ondergaan om een ​​reeks derivaten te produceren. Onder hen worden veresterings- en veretheringsreacties verkregen. De cellulose-ester- of cellulose-etherderivaten zijn de belangrijkste cellulosederivaten. Veelgebruikte producten zijn carboxymethylcellulose,hydroxyethylcellulose, methylcellulose, hydroxypropylmethylcellulose enzovoort. Omdat carboxymethylcellulose natriumionen bevat die gemakkelijk in water oplosbaar zijn, heeft het een slechte waterbestendigheid en is het aantal substituenten in de hoofdketen klein, zodat het gemakkelijk wordt afgebroken door bacteriële corrosie, waardoor de viscositeit van de waterige oplossing wordt verlaagd en het stinken, enz. Verschijnsel, zelden gebruikt in latexverf, meestal gebruikt in laagwaardige polyvinylalcohollijmverf en stopverf. De wateroplossnelheid van methylcellulose is in het algemeen iets lager dan die van hydroxyethylcellulose. Bovendien kan er tijdens het oplossingsproces een kleine hoeveelheid onoplosbaar materiaal achterblijven, wat het uiterlijk en het gevoel van de coatingfilm zal beïnvloeden. Daarom wordt deze zelden in latexverf gebruikt. De oppervlaktespanning van een waterige methyloplossing is echter iets lager dan die van andere waterige celluloseoplossingen, dus het is een goed celluloseverdikkingsmiddel dat in stopverf wordt gebruikt. Hydroxypropylmethylcellulose is ook een celluloseverdikkingsmiddel dat veel wordt gebruikt op het gebied van stopverf, en wordt nu voornamelijk gebruikt in stopverf op basis van cement of kalk-calcium (of andere anorganische bindmiddelen). Hydroxyethylcellulose wordt veel gebruikt in latexverfsystemen vanwege de goede wateroplosbaarheid en waterretentie. Vergeleken met andere cellulosesoorten heeft het minder effect op de prestaties van de coatingfilm. De voordelen van hydroxyethylcellulose omvatten een hoge pompefficiëntie, goede compatibiliteit, goede opslagstabiliteit en goede pH-stabiliteit van de viscositeit. De nadelen zijn een slechte egalisatievloeibaarheid en een slechte spatbestendigheid. Om deze tekortkomingen te verbeteren, is hydrofobe modificatie verschenen. Geslachtsgeassocieerde hydroxyethylcellulose (HMHEC) zoals NatrosolPlus330, 331

(3) Polycarboxylaten:

In dit polycarboxylaat is het hoge molecuulgewicht een verdikkingsmiddel en het lage molecuulgewicht een dispergeermiddel. Ze adsorberen voornamelijk watermoleculen in de hoofdketen van het systeem, wat de viscositeit van de gedispergeerde fase verhoogt; bovendien kunnen ze ook worden geadsorbeerd op het oppervlak van latexdeeltjes om een ​​coatinglaag te vormen, die de deeltjesgrootte van de latex vergroot, de hydratatielaag van de latex dikker maakt en de viscositeit van de interne fase van de latex verhoogt. Dit type verdikkingsmiddel heeft echter een relatief lage verdikkingsefficiëntie, zodat het geleidelijk wordt geëlimineerd bij coatingtoepassingen. Nu wordt dit soort verdikkingsmiddel voornamelijk gebruikt bij het verdikken van kleurpasta, omdat het molecuulgewicht relatief groot is, dus het is nuttig voor de dispergeerbaarheid en opslagstabiliteit van kleurpasta.

(4) Alkali-zwelbaar verdikkingsmiddel:

Er zijn twee hoofdtypen alkali-zwelbare verdikkingsmiddelen: gewone alkali-zwelbare verdikkingsmiddelen en associatieve alkali-zwelbare verdikkingsmiddelen. Het grootste verschil tussen beide is het verschil in de geassocieerde monomeren in de belangrijkste moleculaire keten. Associatieve alkali-zwelbare verdikkingsmiddelen worden gecopolymeriseerd met associatieve monomeren die elkaar in de hoofdketenstructuur kunnen adsorberen, zodat na ionisatie in een waterige oplossing intramoleculaire of intermoleculaire adsorptie kan optreden, waardoor de viscositeit van het systeem snel stijgt.

A. Gewoon alkalisch zwelbaar verdikkingsmiddel:

Het belangrijkste productrepresentatieve type gewoon alkalisch zwelbaar verdikkingsmiddel is ASE-60. ASE-60 maakt voornamelijk gebruik van de copolymerisatie van methacrylzuur en ethylacrylaat. Tijdens het copolymerisatieproces is methacrylzuur verantwoordelijk voor ongeveer 1/3 van het vaste stofgehalte, omdat de aanwezigheid van carboxylgroepen ervoor zorgt dat de moleculaire keten een bepaalde mate van hydrofiliciteit heeft en het zoutvormingsproces neutraliseert. Door de afstoting van ladingen worden de moleculaire ketens uitgebreid, waardoor de viscositeit van het systeem toeneemt en een verdikkingseffect ontstaat. Soms is het molecuulgewicht echter te groot vanwege de werking van het verknopingsmiddel. Tijdens het expansieproces van de moleculaire keten wordt de moleculaire keten in korte tijd niet goed verspreid. Tijdens het langdurige opslagproces wordt de moleculaire keten geleidelijk uitgerekt, wat een post-verdikking van de viscositeit met zich meebrengt. Omdat er weinig hydrofobe monomeren in de moleculaire keten van dit soort verdikkingsmiddel zitten, is het bovendien niet eenvoudig om hydrofobe complexatie tussen moleculen te genereren, voornamelijk om intramoleculaire wederzijdse adsorptie te bewerkstelligen. Dit soort verdikkingsmiddel heeft dus een lage verdikkingsefficiëntie. zelden alleen gebruikt. Het wordt voornamelijk gebruikt in combinatie met andere verdikkingsmiddelen.

B. Associatie (concord) type alkalisch zwellend verdikkingsmiddel:

Dit soort verdikkingsmiddel kent nu vele varianten vanwege de selectie van associatieve monomeren en het ontwerp van de moleculaire structuur. De hoofdketenstructuur bestaat ook voornamelijk uit methacrylzuur en ethylacrylaat, en de associatieve monomeren zijn als antennes in de structuur, maar slechts in kleine mate verdeeld. Het zijn deze associatieve monomeren, zoals octopustentakels, die de belangrijkste rol spelen in de verdikkingsefficiëntie van het verdikkingsmiddel. De carboxylgroep in de structuur is geneutraliseerd en zoutvormend, en de moleculaire keten lijkt ook op een gewoon alkalisch zwelbaar verdikkingsmiddel. Dezelfde ladingsafstoting vindt plaats, zodat de moleculaire keten zich ontvouwt. Het associatieve monomeer daarin expandeert ook met de moleculaire keten, maar de structuur ervan bevat zowel hydrofiele ketens als hydrofobe ketens, zodat een grote micellaire structuur vergelijkbaar met oppervlakteactieve stoffen in het molecuul of tussen moleculen zal worden gegenereerd. Deze micellen worden geproduceerd door de wederzijdse adsorptie van associatiemonomeren, en sommige associatiemonomeren adsorberen elkaar door het overbruggende effect van emulsiedeeltjes (of andere deeltjes). Nadat de micellen zijn geproduceerd, fixeren ze de emulsiedeeltjes, watermolecuuldeeltjes of andere deeltjes in het systeem in een relatief statische toestand, net als de beweging van de behuizing, zodat de mobiliteit van deze moleculen (of deeltjes) wordt verzwakt en de viscositeit van de micellen wordt verzwakt. systeem toeneemt. Daarom is de verdikkingsefficiëntie van dit type verdikkingsmiddel, vooral bij latexverf met een hoog emulsiegehalte, veel beter dan die van gewone, door alkali zwelbare verdikkingsmiddelen, en daarom wordt het veel gebruikt in latexverf. De belangrijkste productvertegenwoordiger. Het type is TT-935.

(5) Associatief polyurethaan (of polyether) verdikkings- en egalisatiemiddel:

Over het algemeen hebben verdikkingsmiddelen een zeer hoog molecuulgewicht (zoals cellulose en acrylzuur) en worden hun moleculaire ketens uitgerekt in een waterige oplossing om de viscositeit van het systeem te verhogen. Het molecuulgewicht van polyurethaan (of polyether) is erg klein en vormt voornamelijk een associatie door de interactie van de van der Waals-kracht van het lipofiele segment tussen moleculen, maar deze associatiekracht is zwak en de associatie kan onder bepaalde omstandigheden tot stand komen. externe kracht. Scheiding, waardoor de viscositeit wordt verlaagd, is bevorderlijk voor het egaliseren van de coatingfilm, zodat deze de rol van egaliseermiddel kan spelen. Wanneer de schuifkracht wordt geëlimineerd, kan deze de associatie snel hervatten en stijgt de viscositeit van het systeem. Dit fenomeen is gunstig voor het verminderen van de viscositeit en het verhogen van de nivellering tijdens de constructie; en nadat de schuifkracht verloren is gegaan, zal de viscositeit onmiddellijk worden hersteld om de dikte van de coatingfilm te vergroten. Bij praktische toepassingen maken we ons meer zorgen over het verdikkende effect van dergelijke associatieve verdikkingsmiddelen op polymeeremulsies. De belangrijkste polymeerlatexdeeltjes nemen ook deel aan de associatie van het systeem, zodat dit soort verdikkings- en egalisatiemiddel ook een goed verdikkend (of egaliserend) effect heeft wanneer het lager is dan de kritische concentratie; wanneer de concentratie van dit soort verdikkings- en egalisatiemiddel hoger is dan de kritische concentratie in zuiver water, kan het uit zichzelf associaties vormen en stijgt de viscositeit snel. Wanneer dit soort verdikkings- en egalisatiemiddel lager is dan de kritische concentratie ervan, omdat de latexdeeltjes deelnemen aan gedeeltelijke associatie, zal hoe kleiner de deeltjesgrootte van de emulsie zijn, des te sterker de associatie, en zal de viscositeit ervan toenemen met de toename van de emulsie. hoeveelheid emulsie. Bovendien bevatten sommige dispergeermiddelen (of acrylverdikkingsmiddelen) hydrofobe structuren, en hun hydrofobe groepen interageren met die van polyurethaan, zodat het systeem een ​​grote netwerkstructuur vormt, wat bevorderlijk is voor verdikking.

2. Effecten van verschillende verdikkingsmiddelen op de waterafscheidingsweerstand van latexverf

Bij het formuleringsontwerp van verven op waterbasis is het gebruik van verdikkingsmiddelen een zeer belangrijke schakel, die verband houdt met veel eigenschappen van latexverven, zoals constructie, kleurontwikkeling, opslag en uiterlijk. Hierbij concentreren we ons op de impact van het gebruik van verdikkingsmiddelen op de opslag van latexverf. Uit de bovenstaande inleiding kunnen we weten dat bentoniet en polycarboxylaten: verdikkingsmiddelen voornamelijk worden gebruikt in een aantal speciale coatings, die hier niet worden besproken. We zullen vooral de meest gebruikte cellulose-, alkali-zwellende en polyurethaan (of polyether) verdikkingsmiddelen bespreken, die alleen of in combinatie de waterafscheidingsweerstand van latexverven beïnvloeden.

Hoewel verdikking met alleen hydroxyethylcellulose ernstiger is bij waterafscheiding, is het gemakkelijk om gelijkmatig te roeren. Eenmalig gebruik van alkalische zwellende verdikking heeft geen waterafscheiding en neerslag, maar ernstige verdikking na verdikking. Eenmalig gebruik van polyurethaanverdikking, hoewel waterafscheiding en naverdikking. De verdikking is niet ernstig, maar het daardoor geproduceerde neerslag is relatief hard en moeilijk te roeren. En het gebruikt hydroxyethylcellulose en alkalisch zwellende verdikkingsmiddel, geen naverdikking, geen harde neerslag, gemakkelijk te roeren, maar er is ook een kleine hoeveelheid water. Wanneer echter hydroxyethylcellulose en polyurethaan worden gebruikt om te verdikken, is de waterafscheiding het ernstigst, maar er vindt geen harde neerslag plaats. Alkali-zwelbare verdikking en polyurethaan worden samen gebruikt, hoewel de waterafscheiding in principe geen waterafscheiding is, maar na verdikking, en het sediment op de bodem moeilijk gelijkmatig te roeren is. En de laatste gebruikt een kleine hoeveelheid hydroxyethylcellulose met alkalische zwelling en polyurethaanverdikking om een ​​uniforme toestand te verkrijgen zonder neerslag en waterafscheiding. Het is duidelijk dat het in het zuivere acrylemulsiesysteem met sterke hydrofobiciteit ernstiger is om de waterfase te verdikken met hydrofiele hydroxyethylcellulose, maar dit kan gemakkelijk gelijkmatig worden geroerd. Het enkele gebruik van hydrofobe alkalische zwelling en polyurethaan (of hun verbinding) verdikking, hoewel de anti-waterscheidingsprestaties beter zijn, maar beide worden daarna dikker, en als er neerslag is, wordt dit harde neerslag genoemd, die moeilijk gelijkmatig te roeren is. Het gebruik van verdikkingen van cellulose en polyurethaanverbindingen resulteert, vanwege het grootste verschil in hydrofiele en lipofiele waarden, in de ernstigste waterafscheiding en neerslag, maar het sediment is zacht en gemakkelijk te roeren. De laatste formule heeft de beste anti-waterafscheidingsprestaties dankzij een betere balans tussen hydrofiel en lipofiel. Uiteraard moet bij het eigenlijke ontwerpproces van de formule ook rekening worden gehouden met de soorten emulsies, bevochtigings- en dispergeermiddelen en hun hydrofiele en lipofiele waarden. Alleen als ze een goed evenwicht bereiken, kan het systeem zich in een thermodynamisch evenwicht bevinden en een goede waterbestendigheid hebben.

In het indikkingssysteem gaat de verdikking van de waterfase soms gepaard met een toename van de viscositeit van de oliefase. We zijn bijvoorbeeld algemeen van mening dat celluloseverdikkingsmiddelen de waterfase dikker maken, maar de cellulose wordt in de waterfase verdeeld