สารเติมแต่งที่ใช้ในการเคลือบ

I. ภาพรวม
เนื่องจากเป็นหนึ่งในวัตถุดิบในการเคลือบ ปริมาณของสารเติมแต่งจึงมักจะน้อยมาก (โดยทั่วไปประมาณ 1% ของสูตรทั้งหมด) แต่ให้ผลลัพธ์ที่ยอดเยี่ยม การเติมนี้ไม่เพียงแต่สามารถหลีกเลี่ยงข้อบกพร่องในการเคลือบและข้อบกพร่องของฟิล์มได้เท่านั้น แต่ยังทำให้กระบวนการผลิตและการก่อสร้างของสารเคลือบควบคุมได้ง่าย และการเติมสารเติมแต่งบางชนิดสามารถทำให้การเคลือบมีคุณสมบัติพิเศษบางอย่างได้ ดังนั้นสารเติมแต่งจึงเป็นส่วนสำคัญของการเคลือบ

2. การจำแนกประเภทของสารเติมแต่ง
สารเติมแต่งที่ใช้กันทั่วไปสำหรับการเคลือบ ได้แก่ สารป้องกันการตกตะกอนอินทรีย์ สารเพิ่มความข้น สารปรับระดับ สารควบคุมโฟม สารเร่งการยึดเกาะ สารทำให้เปียกและกระจายตัว ฯลฯ

3. ประสิทธิภาพและการใช้สารเติมแต่ง

(1) สารป้องกันการตกตะกอนอินทรีย์
ผลิตภัณฑ์เหล่านี้ส่วนใหญ่มีโพลีโอเลฟินส์เป็นหลัก ซึ่งกระจายตัวอยู่ในตัวทำละลายบางชนิด ซึ่งบางครั้งก็ดัดแปลงด้วยอนุพันธ์ของน้ำมันละหุ่ง สารเติมแต่งเหล่านี้มีสามรูปแบบ: ของเหลว เพสต์ และผง

1. คุณสมบัติทางรีโอโลยี:
หน้าที่ทางรีโอโลยีหลักของสารป้องกันการตกตะกอนอินทรีย์คือการควบคุมการแขวนลอยของเม็ดสี กล่าวคือ เพื่อป้องกันการตกตะกอนอย่างหนัก หรือเพื่อหลีกเลี่ยงการตกตะกอนโดยสิ้นเชิง ซึ่งเป็นการใช้งานโดยทั่วไป แต่ในทางปฏิบัติจะทำให้เกิดความหนืดเพิ่มขึ้นและยังมีความต้านทานการหย่อนคล้อยในระดับหนึ่ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการเคลือบทางอุตสาหกรรม สารป้องกันการตกตะกอนที่เป็นสารอินทรีย์จะละลายเนื่องจากอุณหภูมิสูง ทำให้สูญเสียประสิทธิภาพ แต่รีโอโลจีของสารเหล่านี้จะฟื้นตัวเมื่อระบบเย็นลง

2. การใช้สารป้องกันการตกตะกอนอินทรีย์:
เพื่อให้สารป้องกันการตกตะกอนทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพในสารเคลือบ ควรจะกระจายและเปิดใช้งานอย่างเหมาะสม ขั้นตอนเฉพาะมีดังนี้:
(1) การเปียก (เฉพาะผงแห้ง) สารป้องกันการตกตะกอนอินทรีย์แบบผงแห้งเป็นแบบมวลรวม เพื่อแยกอนุภาคออกจากกัน จะต้องทำให้เปียกด้วยตัวทำละลายและ (หรือ) เรซิน โดยปกติแล้วเติมลงในสารละลายบดด้วยความปั่นป่วนปานกลางก็เพียงพอแล้ว
(2) Deagglomeration (สำหรับผงแห้งเท่านั้น) แรงรวมตัวของสารป้องกันการตกตะกอนอินทรีย์ไม่แข็งแกร่งมากนัก และในกรณีส่วนใหญ่ การผสมแบบปั่นป่วนอย่างง่ายก็เพียงพอแล้ว
(3) การกระจายตัว การทำความร้อน ระยะเวลาการกระจายตัว (ทุกประเภท) สารป้องกันการตกตะกอนอินทรีย์ทั้งหมดมีอุณหภูมิกระตุ้นขั้นต่ำ และหากไม่ถึงอุณหภูมิ ไม่ว่าแรงกระจายจะมีขนาดใหญ่เพียงใด ก็จะไม่มีกิจกรรมทางรีโอโลยี อุณหภูมิในการเปิดใช้งานขึ้นอยู่กับตัวทำละลายที่ใช้ เมื่อเกินอุณหภูมิต่ำสุด ความเค้นที่ใช้จะกระตุ้นสารป้องกันการตกตะกอนที่เป็นสารอินทรีย์ และเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานอย่างเต็มที่

(2) สารทำให้ข้นขึ้น
สารเพิ่มความข้นมีหลายประเภทที่ใช้ในสีน้ำและตัวทำละลาย สารเพิ่มความข้นชนิดทั่วไปที่ใช้ในการเคลือบด้วยน้ำ ได้แก่ เซลลูโลสอีเทอร์ โพลีอะคริเลต สารเพิ่มความข้นแบบเชื่อมโยง และสารเพิ่มความหนาแบบอนินทรีย์
1. สารเพิ่มความข้นเซลลูโลสอีเธอร์ที่ใช้กันมากที่สุดคือไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลส (HEC) มีข้อกำหนดที่แตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับความหนืด HEC เป็นผลิตภัณฑ์ที่ละลายน้ำได้ในรูปแบบผง ซึ่งเป็นสารทำให้ข้นแบบไม่มีไอออนิก มีความหนาที่ดี ทนน้ำได้ดี และต้านทานด่าง แต่ข้อเสียคือ เชื้อราเจริญเติบโตได้ง่าย เน่าเปื่อย และมีคุณสมบัติปรับระดับได้ไม่ดี
2. สารเพิ่มความข้นโพลีอะคริเลตคืออิมัลชันโคโพลีเมอร์อะคริเลตที่มีปริมาณคาร์บอกซิลสูง และคุณสมบัติที่ใหญ่ที่สุดคือทนทานต่อการบุกรุกของเชื้อราได้ดี เมื่อค่า pH อยู่ที่ 8-10 สารทำให้ข้นชนิดนี้จะบวมและเพิ่มความหนืดของเฟสน้ำ แต่เมื่อค่า pH มากกว่า 10 มันจะละลายในน้ำและสูญเสียเอฟเฟกต์การทำให้หนาขึ้น ดังนั้นจึงมีความไวต่อค่า pH มากขึ้น ปัจจุบัน น้ำแอมโมเนียเป็นตัวปรับ pH ที่ใช้กันมากที่สุดสำหรับสีน้ำยางในประเทศจีน ดังนั้นเมื่อใช้สารทำให้ข้นประเภทนี้ ค่า pH จะลดลงตามการระเหยของน้ำแอมโมเนีย และผลการทำให้ข้นก็จะลดลงเช่นกัน
3. สารเพิ่มความหนาแบบเชื่อมโยงมีกลไกการทำให้หนาขึ้นที่แตกต่างจากสารเพิ่มความหนาชนิดอื่น สารเพิ่มความข้นส่วนใหญ่จะให้ความหนืดผ่านทางความชุ่มชื้นและการก่อตัวของโครงสร้างเจลที่อ่อนแอในระบบ อย่างไรก็ตาม สารเพิ่มความข้นแบบเชื่อมโยง เช่น สารลดแรงตึงผิว มีทั้งส่วนที่ชอบน้ำและส่วนที่เป็นน้ำมันทำความสะอาดสีเหลืองที่เป็นมิตรต่อปากในโมเลกุล ส่วนที่ชอบน้ำสามารถถูกทำให้ชุ่มชื้นและพองตัวเพื่อทำให้เฟสของน้ำข้นขึ้น กลุ่มปลายที่ชอบไขมันสามารถใช้ร่วมกับอนุภาคอิมัลชันและอนุภาคเม็ดสีได้ เชื่อมโยงกันเพื่อสร้างโครงสร้างเครือข่าย
4. สารเพิ่มความข้นอนินทรีย์จะแสดงด้วยเบนโทไนต์ โดยปกติเบนโทไนต์ที่เป็นน้ำจะพองตัวเมื่อดูดซับน้ำ และปริมาตรหลังการดูดซับน้ำจะมากกว่าปริมาตรเดิมหลายเท่า ไม่เพียงแต่ทำหน้าที่เป็นสารเพิ่มความข้นเท่านั้น แต่ยังป้องกันการจม ความหย่อนคล้อย และสีลอยอีกด้วย ผลการทำให้หนาขึ้นนั้นดีกว่าสารเพิ่มความหนาอะคริลิกและโพลียูรีเทนที่สามารถบวมตัวเป็นด่างได้ในปริมาณเท่ากัน นอกจากนี้ ยังมีความสามารถในการปรับตัว pH ได้หลากหลาย ความคงตัวในการแช่แข็งและละลายได้ดี และความเสถียรทางชีวภาพ เนื่องจากไม่มีสารลดแรงตึงผิวที่ละลายน้ำได้ อนุภาคละเอียดในฟิล์มแห้งจึงสามารถป้องกันการเคลื่อนตัวและการแพร่กระจายของน้ำ และสามารถเพิ่มความต้านทานต่อน้ำของฟิล์มเคลือบได้

(3) ตัวแทนปรับระดับ

สารปรับระดับที่ใช้กันทั่วไปมีสามประเภทหลัก:
1. สารปรับระดับประเภทโพลีไซลอกเซนดัดแปลง
สารปรับระดับชนิดนี้สามารถลดแรงตึงผิวของสารเคลือบลงอย่างมาก ปรับปรุงความสามารถในการเปียกของสารเคลือบไปยังสารตั้งต้น และป้องกันการหดตัว สามารถลดความแตกต่างของแรงตึงผิวบนพื้นผิวของฟิล์มเปียกเนื่องจากการระเหยของตัวทำละลาย ปรับปรุงสถานะการไหลของพื้นผิว และทำให้สีปรับระดับได้อย่างรวดเร็ว สารปรับระดับประเภทนี้สามารถสร้างฟิล์มที่บางและเรียบเนียนมากบนพื้นผิวของฟิล์มเคลือบได้ ซึ่งจะช่วยปรับปรุงความเรียบเนียนและความเงางามของพื้นผิวฟิล์มเคลือบ
2. สารปรับระดับชนิดเรซินสายโซ่ยาวที่มีความเข้ากันได้จำกัด
เช่นอะคริเลตโฮโมโพลีเมอร์หรือโคโพลีเมอร์ซึ่งสามารถลดแรงตึงผิวของการเคลือบและพื้นผิวได้ในระดับหนึ่งเพื่อปรับปรุงความสามารถในการเปียกน้ำและป้องกันการหดตัว และสามารถสร้างระดับโมเลกุลเดียวบนพื้นผิวของฟิล์มเคลือบเพื่อเพิ่มแรงตึงผิวของสารเคลือบให้เป็นเนื้อเดียวกัน ปรับปรุงความลื่นไหลของพื้นผิว ยับยั้งความเร็วการระเหยของตัวทำละลาย กำจัดข้อบกพร่อง เช่น เปลือกส้มและรอยแปรง และทำให้ฟิล์มเคลือบเรียบและ สม่ำเสมอ.
3. สารปรับระดับที่มีตัวทำละลายจุดเดือดสูงเป็นส่วนประกอบหลัก
สารปรับระดับชนิดนี้สามารถปรับอัตราการระเหยของตัวทำละลายได้ เพื่อให้ฟิล์มเคลือบมีอัตราการระเหยและความสามารถในการละลายที่สมดุลมากขึ้นในระหว่างกระบวนการทำให้แห้ง และป้องกันไม่ให้การไหลของฟิล์มเคลือบถูกขัดขวางโดยการระเหยของตัวทำละลายเร็วเกินไปและ ความหนืดสูงเกินไป ส่งผลให้เกิดข้อเสียในการปรับระดับที่ไม่ดี และสามารถป้องกันการหดตัวที่เกิดจากความสามารถในการละลายของวัสดุฐานไม่ดีและการตกตะกอนที่เกิดจากการระเหยของตัวทำละลายเร็วเกินไป

(4) สารควบคุมโฟม
สารควบคุมโฟมเรียกอีกอย่างว่าสารป้องกันฟองหรือสารลดฟอง สารป้องกันการเกิดฟองป้องกันหรือชะลอการเกิดฟอง: สารป้องกันการเกิดฟองคือสารลดแรงตึงผิวที่จะทำให้เกิดฟองที่ก่อตัวขึ้น ความแตกต่างระหว่างทั้งสองเป็นเพียงทฤษฎีในระดับหนึ่งเท่านั้น สารลดฟองที่ประสบความสำเร็จยังสามารถป้องกันการเกิดฟองเหมือนสารป้องกันฟองได้อีกด้วย โดยทั่วไป สารป้องกันฟองประกอบด้วยส่วนประกอบพื้นฐาน 3 ส่วน ได้แก่ สารประกอบออกฤทธิ์ (เช่น สารออกฤทธิ์); สารกระจาย (มีหรือไม่ก็ได้); ผู้ให้บริการ

(5) สารทำให้เปียกและกระจายตัว
สารทำให้เปียกและการกระจายตัวอาจมีฟังก์ชันต่างๆ มากมาย แต่ฟังก์ชันหลักสองประการคือการลดเวลาและ/หรือพลังงานที่จำเป็นสำหรับกระบวนการกระจายตัวให้เสร็จสมบูรณ์ ในขณะเดียวกันก็รักษาเสถียรภาพของการกระจายตัวของเม็ดสี สารทำให้เปียกและสารช่วยกระจายตัวโดยปกติถูกแบ่งออกเป็นสิ่งต่อไปนี้

ห้าหมวดหมู่:
1. สารทำให้เปียกประจุลบ
2. สารทำให้เปียกประจุบวก
3. สารทำให้เปียกด้วยไฟฟ้า, แอมโฟเทอริก
4. สารทำให้เปียกแบบสองหน้าที่และไม่ใช้ไฟฟ้า
5. สารทำให้เปียกแบบไม่มีไอออนิก

สารทำให้เปียกและสารช่วยกระจายตัวสี่ประเภทแรกสามารถมีบทบาทในการทำให้เปียกและช่วยให้เม็ดสีกระจายตัวได้ เนื่องจากปลายที่ชอบน้ำของสารเหล่านี้มีความสามารถในการสร้างพันธะทางกายภาพและเคมีกับพื้นผิวของเม็ดสี ขอบ มุม ฯลฯ และเคลื่อนไปทางทิศทางของ พื้นผิวเม็ดสี มักจะเป็นปลายที่ไม่ชอบน้ำ สารทำให้เปียกและการกระจายตัวแบบไม่มีประจุยังมีกลุ่มสุดท้ายที่ชอบน้ำ แต่ไม่สามารถสร้างพันธะทางกายภาพและเคมีกับพื้นผิวของเม็ดสีได้ แต่สามารถรวมกับน้ำที่ถูกดูดซับบนพื้นผิวของอนุภาคของเม็ดสีได้ น้ำที่จับกับพื้นผิวอนุภาคเม็ดสีนี้ไม่เสถียรและนำไปสู่การดูดซับและการคายไอออนที่ไม่ใช่ไอออนิก สารลดแรงตึงผิวที่ถูกดูดซับในระบบเรซินนี้ไม่มีสารใดๆ และมีแนวโน้มที่จะทำให้เกิดผลข้างเคียง เช่น การต้านทานน้ำต่ำ

ควรเติมสารทำให้เปียกและสารช่วยกระจายตัวในระหว่างกระบวนการกระจายเม็ดสี เพื่อให้แน่ใจว่าสารออกฤทธิ์บนพื้นผิวอื่นๆ สามารถสัมผัสใกล้ชิดกับเม็ดสีเพื่อมีบทบาทก่อนที่จะถึงพื้นผิวของอนุภาคเม็ดสี

สี่. สรุป

การเคลือบผิวเป็นระบบที่ซับซ้อน สารเติมแต่งจะถูกเติมเข้าไปในส่วนประกอบของระบบในปริมาณเล็กน้อย แต่มีบทบาทสำคัญในประสิทธิภาพของสารเติมแต่ง ดังนั้นเมื่อพัฒนาสารเคลือบที่ใช้ตัวทำละลาย ควรพิจารณาสารเติมแต่งที่จะใช้และปริมาณสารเติมแต่งใดโดยการทดลองซ้ำหลายครั้ง