Espessantes de tinta à base de água

1. Tipos de espessantes e mecanismo de espessamento

(1) Espessante inorgânico:

Os espessantes inorgânicos em sistemas à base de água são principalmente argilas. Tais como: bentonita. O caulim e a terra diatomácea (o principal componente é o SiO2, que possui uma estrutura porosa) são algumas vezes usados ​​como espessantes auxiliares para sistemas de espessamento devido às suas propriedades de suspensão. A bentonita é mais amplamente utilizada devido à sua alta capacidade de inchamento em água. Bentonita (Bentonita), também conhecida como bentonita, bentonita, etc., o principal mineral da bentonita é a montmorilonita contendo uma pequena quantidade de minerais de aluminossilicato hidratado de metais alcalinos e alcalino-terrosos, pertencentes ao grupo dos aluminossilicatos, sua fórmula química geral é: (Na ,Ca)(Al,Mg)6(Si4O10)3(OH)6•nH2O. O desempenho de expansão da bentonita é expresso pela capacidade de expansão, ou seja, o volume de bentonita após inchaço em solução diluída de ácido clorídrico é denominado capacidade de expansão, expressa em ml/grama. Depois que o espessante de bentonita absorve água e incha, o volume pode atingir várias ou dez vezes antes de absorver água, por isso tem boa suspensão e, por ser um pó com granulometria mais fina, é diferente dos demais pós no revestimento sistema. O corpo tem boa miscibilidade. Além disso, ao produzir suspensão, pode levar outros pós a produzir um certo efeito antiestratificação, por isso é muito útil para melhorar a estabilidade de armazenamento do sistema.

Mas muitas bentonitas à base de sódio são transformadas a partir de bentonitas à base de cálcio através da conversão de sódio. Ao mesmo tempo da sódioização, um grande número de íons positivos, como íons de cálcio e íons de sódio, será produzido. Se o conteúdo desses cátions no sistema for muito alto, uma grande quantidade de neutralização de carga será gerada nas cargas negativas na superfície da emulsão, portanto, até certo ponto, pode causar efeitos colaterais como inchaço e floculação de a emulsão. Por outro lado, estes iões de cálcio também terão efeitos secundários no dispersante de sal de sódio (ou dispersante polifosfato), fazendo com que estes dispersantes precipitem no sistema de revestimento, levando eventualmente à perda de dispersão, tornando o revestimento mais espesso, mais espesso ou mesmo mais grosso. Ocorreram fortes precipitações e floculação. Além disso, o efeito espessante da bentonita depende principalmente do pó para absorver água e se expandir para produzir suspensão, por isso trará um forte efeito tixotrópico ao sistema de revestimento, o que é muito desfavorável para revestimentos que requerem bons efeitos de nivelamento. Portanto, os espessantes inorgânicos de bentonita raramente são usados ​​em tintas látex, e apenas uma pequena quantidade é usada como espessantes em tintas látex de baixa qualidade ou tintas látex escovadas. No entanto, nos últimos anos, alguns dados mostraram que o BENTONE®LT da Hemmings. a hectorita organicamente modificada e refinada tem bons efeitos anti-sedimentação e atomização quando aplicada em sistemas de pulverização airless de tinta látex.

(2) Éter de celulose:

O éter de celulose é um polímero natural de alto teor formado pela condensação de β-glicose. Utilizando as características do grupo hidroxila no anel glicosil, a celulose pode sofrer diversas reações para produzir uma série de derivados. Entre elas são obtidas reações de esterificação e eterificação. Os derivados de éster de celulose ou éter de celulose são os derivados de celulose mais importantes. Os produtos comumente usados ​​são carboximetilcelulose,hidroxietilcelulose, metilcelulose, hidroxipropilmetilcelulose e assim por diante. Como a carboximetilcelulose contém íons de sódio que são facilmente solúveis em água, ela tem baixa resistência à água e o número de substituintes em sua cadeia principal é pequena, por isso é facilmente decomposta pela corrosão bacteriana, reduzindo a viscosidade da solução aquosa e tornando-a fedorento, etc. Fenômeno, raramente usado em tinta látex, geralmente usado em tintas e massas de cola de álcool polivinílico de baixa qualidade. A taxa de dissolução da metilcelulose em água é geralmente ligeiramente inferior à da hidroxietilcelulose. Além disso, pode haver uma pequena quantidade de matéria insolúvel durante o processo de dissolução, o que afetará a aparência e a sensação do filme de revestimento, por isso raramente é usado em tinta látex. No entanto, a tensão superficial da solução aquosa de metila é ligeiramente inferior à de outras soluções aquosas de celulose, por isso é um bom espessante de celulose usado em massa. A hidroxipropilmetilcelulose também é um espessante de celulose amplamente utilizado na área de massas de vidraceiro e agora é usado principalmente em massas à base de cimento ou à base de cal-cálcio (ou outros ligantes inorgânicos). A hidroxietilcelulose é amplamente utilizada em sistemas de tintas látex devido à sua boa solubilidade e retenção de água. Comparado com outras celuloses, tem menos efeito no desempenho do filme de revestimento. As vantagens da hidroxietilcelulose incluem alta eficiência de bombeamento, boa compatibilidade, boa estabilidade de armazenamento e boa estabilidade de pH da viscosidade. As desvantagens são baixa fluidez de nivelamento e baixa resistência a respingos. Para melhorar essas deficiências, surgiu a modificação hidrofóbica. Hidroxietilcelulose associada ao sexo (HMHEC), como NatrosolPlus330, 331

(3) Policarboxilatos:

Neste policarboxilato, o alto peso molecular é um espessante e o baixo peso molecular é um dispersante. Adsorvem principalmente moléculas de água na cadeia principal do sistema, o que aumenta a viscosidade da fase dispersa; além disso, eles também podem ser adsorvidos na superfície das partículas de látex para formar uma camada de revestimento, o que aumenta o tamanho das partículas do látex, engrossa a camada de hidratação do látex e aumenta a viscosidade da fase interna do látex. No entanto, este tipo de espessante tem uma eficiência de espessamento relativamente baixa, por isso é gradualmente eliminado nas aplicações de revestimento. Agora, esse tipo de espessante é usado principalmente no espessamento de pasta colorida, porque seu peso molecular é relativamente grande, por isso é útil para a dispersibilidade e estabilidade de armazenamento da pasta colorida.

(4) Espessante expansível com álcali:

Existem dois tipos principais de espessantes intumescentes com álcalis: espessantes intumescentes com álcalis comuns e espessantes intumescentes com álcalis associativos. A maior diferença entre eles é a diferença nos monômeros associados contidos na cadeia molecular principal. Espessantes associativos expansíveis em álcalis são copolimerizados com monômeros associativos que podem adsorver uns aos outros na estrutura da cadeia principal, portanto, após a ionização em solução aquosa, pode ocorrer adsorção intramolecular ou intermolecular, fazendo com que a viscosidade do sistema aumente rapidamente.

um. Espessante alcalino comum:

O principal tipo representativo do produto de espessante dilatável com álcali comum é o ASE-60. ASE-60 adota principalmente a copolimerização de ácido metacrílico e acrilato de etila. Durante o processo de copolimerização, o ácido metacrílico representa cerca de 1/3 do conteúdo sólido, pois a presença de grupos carboxila faz com que a cadeia molecular tenha certo grau de hidrofilicidade e neutraliza o processo de formação de sal. Devido à repulsão das cargas, as cadeias moleculares se expandem, o que aumenta a viscosidade do sistema e produz um efeito espessante. Contudo, por vezes o peso molecular é demasiado grande devido à acção do agente de reticulação. Durante o processo de expansão da cadeia molecular, a cadeia molecular não fica bem dispersa em um curto período de tempo. Durante o processo de armazenamento a longo prazo, a cadeia molecular é gradualmente esticada, o que traz pós-espessamento da viscosidade. Além disso, como existem poucos monômeros hidrofóbicos na cadeia molecular desse tipo de espessante, não é fácil gerar complexação hidrofóbica entre moléculas, principalmente para fazer adsorção mútua intramolecular, portanto esse tipo de espessante tem baixa eficiência de espessamento, por isso é raramente usado sozinho. É usado principalmente em combinação com outros espessantes.

b. Espessante de inchaço alcalino tipo associação (concord):

Este tipo de espessante tem agora muitas variedades devido à seleção de monômeros associativos e ao desenho da estrutura molecular. Sua estrutura de cadeia principal também é composta principalmente de ácido metacrílico e acrilato de etila, e os monômeros associativos são como antenas na estrutura, mas apenas uma pequena distribuição. São esses monômeros associativos, como os tentáculos do polvo, que desempenham o papel mais importante na eficiência de espessamento do espessante. O grupo carboxila na estrutura é neutralizado e formador de sal, e a cadeia molecular também é como um espessante comum que incha com álcali. A mesma repulsão de carga ocorre, de modo que a cadeia molecular se desdobra. O monómero associativo nele também se expande com a cadeia molecular, mas a sua estrutura contém cadeias hidrofílicas e cadeias hidrofóbicas, pelo que uma grande estrutura micelar semelhante aos surfactantes será gerada na molécula ou entre moléculas. Estas micelas são produzidas pela adsorção mútua de monómeros de associação, e alguns monómeros de associação adsorvem-se uns aos outros através do efeito de ponte das partículas da emulsão (ou outras partículas). Depois que as micelas são produzidas, elas fixam as partículas de emulsão, partículas de moléculas de água ou outras partículas no sistema em um estado relativamente estático, assim como o movimento do invólucro, de modo que a mobilidade dessas moléculas (ou partículas) seja enfraquecida e a viscosidade do sistema aumenta. Portanto, a eficiência de espessamento deste tipo de espessante, especialmente em tintas látex com alto teor de emulsão, é muito superior à dos espessantes comuns dilatáveis ​​com álcalis, por isso é amplamente utilizado em tintas látex. O principal representante do produto O tipo é TT-935.

(5) Agente espessante e nivelador associativo de poliuretano (ou poliéter):

Geralmente, os espessantes têm peso molecular muito elevado (como celulose e ácido acrílico), e suas cadeias moleculares são esticadas em solução aquosa para aumentar a viscosidade do sistema. O peso molecular do poliuretano (ou poliéter) é muito pequeno e forma principalmente uma associação através da interação da força de van der Waals do segmento lipofílico entre as moléculas, mas essa força de associação é fraca e a associação pode ser feita sob certos força externa. A separação, reduzindo assim a viscosidade, favorece o nivelamento do filme de revestimento, podendo desempenhar o papel de agente nivelador. Quando a força de cisalhamento é eliminada, ela pode retomar rapidamente a associação e a viscosidade do sistema aumenta. Este fenômeno é benéfico para reduzir a viscosidade e aumentar o nivelamento durante a construção; e após a perda da força de cisalhamento, a viscosidade será restaurada imediatamente para aumentar a espessura do filme de revestimento. Em aplicações práticas, estamos mais preocupados com o efeito espessante de tais espessantes associativos em emulsões poliméricas. As principais partículas de látex polimérico também participam da associação do sistema, de modo que esse tipo de agente espessante e nivelador também tenha um bom efeito espessante (ou nivelador) quando estiver abaixo de sua concentração crítica; quando a concentração deste tipo de agente espessante e nivelador é superior à sua concentração crítica em água pura, pode formar associações por si só, e a viscosidade aumenta rapidamente. Portanto, quando esse tipo de agente espessante e nivelador for inferior à sua concentração crítica, pois as partículas de látex participam da associação parcial, quanto menor o tamanho da partícula da emulsão, mais forte será a associação, e sua viscosidade aumentará com o aumento do quantidade de emulsão. Além disso, alguns dispersantes (ou espessantes acrílicos) contêm estruturas hidrofóbicas, e seus grupos hidrofóbicos interagem com os do poliuretano, de modo que o sistema forma uma grande estrutura de rede, que conduz ao espessamento.

2. Efeitos de diferentes espessantes na resistência à separação de água da tinta látex

No projeto de formulação de tintas à base de água, o uso de espessantes é um elo muito importante, que está relacionado a diversas propriedades das tintas látex, como construção, desenvolvimento de cor, armazenamento e aparência. Aqui nos concentramos no impacto do uso de espessantes no armazenamento de tinta látex. Pela introdução acima, podemos saber que bentonita e policarboxilatos: espessantes são utilizados principalmente em alguns revestimentos especiais, que não serão discutidos aqui. Discutiremos principalmente os espessantes mais comumente usados ​​de celulose, inchaço alcalino e poliuretano (ou poliéter), sozinhos ou em combinação, que afetam a resistência à separação de água das tintas látex.

Embora o espessamento apenas com hidroxietilcelulose seja mais sério na separação da água, é fácil de agitar uniformemente. O uso único de espessamento de inchaço alcalino não apresenta separação de água e precipitação, mas espessamento sério após espessamento. Uso único de espessamento de poliuretano, embora separação de água e pós-espessamento O espessamento não é grave, mas o precipitado por ele produzido é relativamente duro e difícil de agitar. E adota hidroxietilcelulose e composto espessante de inchaço alcalino, sem pós-espessamento, sem precipitação forte, fácil de mexer, mas também há uma pequena quantidade de água. Porém, quando a hidroxietilcelulose e o poliuretano são usados ​​para espessar, a separação da água é a mais grave, mas não há precipitação forte. Espessamento alcalino e poliuretano são usados ​​juntos, embora a separação da água basicamente não haja separação de água, mas após o espessamento, e o sedimento no fundo é difícil de agitar uniformemente. E o último utiliza uma pequena quantidade de hidroxietilcelulose com inchaço alcalino e espessamento de poliuretano para ter um estado uniforme sem precipitação e separação de água. Pode-se observar que no sistema de emulsão acrílica pura com forte hidrofobicidade, é mais sério engrossar a fase aquosa com hidroxietilcelulose hidrofílica, mas pode ser facilmente agitada de maneira uniforme. O uso único de inchaço alcalino hidrofóbico e espessamento de poliuretano (ou seu composto), embora o desempenho de separação anti-água seja melhor, mas ambos engrossam posteriormente e, se houver precipitação, é chamada de precipitação dura, que é difícil de agitar uniformemente. O uso de espessantes de compostos de celulose e poliuretano, devido à grande diferença nos valores hidrofílicos e lipofílicos, resulta na mais grave separação e precipitação de água, mas o sedimento é macio e fácil de agitar. A última fórmula apresenta o melhor desempenho de separação anti-água devido ao melhor equilíbrio entre hidrofílico e lipofílico. É claro que, no próprio processo de concepção da fórmula, os tipos de emulsões e agentes umectantes e dispersantes e seus valores hidrofílicos e lipofílicos também devem ser considerados. Somente quando atingem um bom equilíbrio o sistema pode estar em estado de equilíbrio termodinâmico e ter uma boa resistência à água.

No sistema de espessamento, o espessamento da fase aquosa é por vezes acompanhado pelo aumento da viscosidade da fase oleosa. Por exemplo, geralmente acreditamos que os espessantes de celulose engrossam a fase aquosa, mas a celulose é distribuída na fase aquosa