Su bazlı boya koyulaştırıcılar

1. Yoğunlaştırıcı çeşitleri ve koyulaştırma mekanizması

(1) İnorganik koyulaştırıcı:

Su bazlı sistemlerdeki inorganik koyulaştırıcılar çoğunlukla kildir. Örneğin: bentonit. Kaolin ve diyatomlu toprak (ana bileşen gözenekli bir yapıya sahip olan SiO2'dir) bazen süspansiyon özelliklerinden dolayı yoğunlaştırıcı sistemlerde yardımcı koyulaştırıcı olarak kullanılır. Bentonit, suda şişebilme özelliğinden dolayı daha yaygın olarak kullanılmaktadır. Bentonit (Bentonit), bentonit, bentonit vb. olarak da bilinir, bentonitin ana minerali, alüminosilikat grubuna ait az miktarda alkali ve alkali toprak metali sulu alüminosilikat mineralleri içeren montmorillonittir, genel kimyasal formülü şöyledir: (Na) ,Ca)(Al,Mg)6(Si4O10)3(OH)6•nH2O. Bentonitin genleşme performansı genleşme kapasitesi ile ifade edilir, yani bentonitin seyreltik hidroklorik asit çözeltisinde şiştikten sonraki hacmine genleşme kapasitesi denir ve ml/gram cinsinden ifade edilir. Bentonit koyulaştırıcı suyu emip şiştikten sonra, hacim suyu emmeden öncekinin birkaç katına veya on katına ulaşabilir, bu nedenle iyi bir süspansiyona sahiptir ve daha ince parçacık boyutuna sahip bir toz olduğundan kaplamadaki diğer tozlardan farklıdır. sistem. Vücudun iyi karışabilirliği vardır. Buna ek olarak, süspansiyon üretirken, diğer tozları belirli bir tabakalaşma önleyici etki oluşturmak için harekete geçirebilir, bu nedenle sistemin depolama stabilitesini arttırmaya çok yardımcı olur.

Ancak birçok sodyum bazlı bentonit, kalsiyum bazlı bentonitten sodyum dönüşümü yoluyla dönüştürülür. Sodyumizasyonla aynı anda kalsiyum iyonları ve sodyum iyonları gibi çok sayıda pozitif iyon üretilecektir. Sistemdeki bu katyonların içeriği çok yüksekse, emülsiyon yüzeyindeki negatif yüklerde büyük miktarda yük nötralizasyonu oluşacak, dolayısıyla bir dereceye kadar emülsiyonun şişmesi ve topaklanması gibi yan etkilere neden olabilecektir. emülsiyon. Öte yandan, bu kalsiyum iyonlarının aynı zamanda sodyum tuzu dağıtıcısı (veya polifosfat dağıtıcısı) üzerinde de yan etkileri olacak, bu dağıtıcıların kaplama sisteminde çökelmesine neden olacak ve sonuçta dispersiyon kaybına yol açarak kaplamayı daha kalın, daha kalın ve hatta daha da kalın hale getirecektir. daha kalın. Şiddetli yağış ve flokülasyon meydana geldi. Ek olarak, bentonitin koyulaştırıcı etkisi esas olarak tozun suyu emmesine ve süspansiyon oluşturmak üzere genleşmesine dayanır, bu nedenle kaplama sistemine güçlü bir tiksotropik etki getirecektir, bu da iyi tesviye etkileri gerektiren kaplamalar için çok elverişsizdir. Bu nedenle bentonit inorganik koyulaştırıcılar lateks boyalarda nadiren kullanılır ve düşük dereceli lateks boyalarda veya fırçalanmış lateks boyalarda koyulaştırıcı olarak sadece küçük bir miktar kullanılır. Ancak son yıllarda bazı veriler Hemmings'in BENTONE®LT'sini göstermiştir. organik olarak değiştirilmiş ve rafine edilmiş hektorit, lateks boya havasız püskürtme sistemlerine uygulandığında iyi anti-sedimantasyon ve atomizasyon etkilerine sahiptir.

(2) Selüloz eter:

Selüloz eter, β-glikozun yoğunlaşmasıyla oluşan doğal bir yüksek polimerdir. Glukozil halkasındaki hidroksil grubunun özelliklerini kullanarak selüloz çeşitli reaksiyonlara girerek bir dizi türev üretebilir. Bunlar arasında esterleşme ve eterleşme reaksiyonları elde edilir. Selüloz ester veya selüloz eter türevleri en önemli selüloz türevleridir. Yaygın olarak kullanılan ürünler karboksimetil selülozdur.hidroksietil selüloz, metil selüloz, hidroksipropil metil selüloz vb. Karboksimetil selüloz suda kolayca çözünen sodyum iyonları içerdiğinden, suya karşı direnci zayıftır ve ana zincirindeki ikame edicilerin sayısı azdır, bu nedenle bakteriyel korozyonla kolayca ayrışır, sulu çözeltinin viskozitesini azaltır ve daha da kötü hale getirir. kokulu vb. Lateks boyalarda nadiren kullanılan, genellikle düşük dereceli polivinil alkollü tutkal boya ve macunlarda kullanılan fenomen. Metilselülozun suda çözünme hızı genellikle hidroksietilselülozunkinden biraz daha düşüktür. Ayrıca, çözünme işlemi sırasında, kaplama filminin görünümünü ve hissini etkileyecek az miktarda çözünmeyen madde bulunabileceğinden, lateks boyada nadiren kullanılır. Ancak metil sulu çözeltinin yüzey gerilimi diğer selüloz sulu çözeltilere göre biraz daha düşüktür, dolayısıyla macunlarda kullanılan iyi bir selüloz koyulaştırıcıdır. Hidroksipropil metilselüloz aynı zamanda macun alanında yaygın olarak kullanılan bir selüloz koyulaştırıcıdır ve şu anda esas olarak çimento bazlı veya kireç-kalsiyum bazlı macunlarda (veya diğer inorganik bağlayıcılarda) kullanılmaktadır. Hidroksietil selüloz, suda iyi çözünürlüğü ve su tutma özelliğinden dolayı lateks boya sistemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Diğer selülozlarla karşılaştırıldığında kaplama filmi performansına etkisi daha azdır. Hidroksietil selülozun avantajları arasında yüksek pompalama verimliliği, iyi uyumluluk, iyi depolama stabilitesi ve iyi pH viskozite stabilitesi yer alır. Dezavantajları zayıf tesviye akışkanlığı ve zayıf sıçrama direncidir. Bu eksiklikleri gidermek için hidrofobik modifikasyon ortaya çıkmıştır. NatrosolPlus330, 331 gibi cinsiyetle ilişkili hidroksietilselüloz (HMHEC)

(3) Polikarboksilatlar:

Bu polikarboksilatta yüksek molekül ağırlığı koyulaştırıcı, düşük molekül ağırlığı ise dağıtıcıdır. Esas olarak sistemin ana zincirindeki su moleküllerini adsorbe ederler, bu da dağılmış fazın viskozitesini arttırır; ek olarak, lateksin parçacık boyutunu artıran, lateksin hidrasyon katmanını kalınlaştıran ve lateksin iç fazının viskozitesini artıran bir kaplama katmanı oluşturmak üzere lateks parçacıklarının yüzeyine de adsorbe edilebilirler. Ancak bu tip yoğunlaştırıcıların yoğunlaştırma verimliliği nispeten düşük olduğundan kaplama uygulamalarında yavaş yavaş ortadan kaldırılmaktadır. Şimdi bu tür koyulaştırıcı esas olarak renkli macunun kalınlaştırılmasında kullanılır, çünkü moleküler ağırlığı nispeten büyüktür, bu nedenle renkli macunun dağılabilirliğine ve depolama stabilitesine yardımcı olur.

(4) Alkali-şişebilen koyulaştırıcı:

Alkali ile şişebilen koyulaştırıcıların iki ana türü vardır: sıradan alkali ile şişen koyulaştırıcılar ve birleştirici alkali ile şişen koyulaştırıcılar. Aralarındaki en büyük fark, ana moleküler zincirde yer alan ilgili monomerlerdeki farklılıktır. Birleştirici alkali ile şişebilen koyulaştırıcılar, ana zincir yapısında birbirlerini adsorbe edebilen birleştirici monomerler ile kopolimerize edilir, böylece sulu çözeltide iyonizasyondan sonra molekül içi veya moleküller arası adsorpsiyon meydana gelebilir ve bu da sistemin viskozitesinin hızla artmasına neden olur.

A. Sıradan alkaliyle şişen koyulaştırıcı:

Sıradan alkaliyle şişebilen koyulaştırıcının ana ürün temsili türü ASE-60'tır. ASE-60 esas olarak metakrilik asit ve etil akrilatın kopolimerizasyonunu benimser. Kopolimerizasyon işlemi sırasında metakrilik asit, katı içeriğin yaklaşık 1/3'ünü oluşturur, çünkü karboksil gruplarının varlığı, moleküler zincirin belirli bir derecede hidrofilikliğe sahip olmasını sağlar ve tuz oluşturma sürecini nötralize eder. Yüklerin itilmesi nedeniyle moleküler zincirler genişler, bu da sistemin viskozitesini arttırır ve kalınlaşma etkisi yaratır. Ancak bazen çapraz bağlama maddesinin etkisinden dolayı molekül ağırlığı çok büyük olabilir. Moleküler zincirin genişleme sürecinde, moleküler zincir kısa sürede iyi bir şekilde dağılmaz. Uzun süreli depolama işlemi sırasında, moleküler zincir yavaş yavaş gerilir ve bu da viskozitenin koyulaşmasını sağlar. Ek olarak, bu tür bir koyulaştırıcının moleküler zincirinde az sayıda hidrofobik monomer bulunduğundan, moleküller arasında hidrofobik kompleks oluşturmak, esas olarak molekül içi karşılıklı adsorpsiyon yapmak kolay değildir, bu nedenle bu tür koyulaştırıcının kalınlaştırma verimliliği düşüktür, bu nedenle nadiren tek başına kullanılır. Esas olarak diğer koyulaştırıcılarla kombinasyon halinde kullanılır.

B. Dernek (concord) tipi alkali şişen kıvamlaştırıcı:

Bu tür koyulaştırıcıların artık birleştirici monomerlerin seçimi ve moleküler yapının tasarımı nedeniyle birçok çeşidi vardır. Ana zincir yapısı da esas olarak metakrilik asit ve etil akrilattan oluşur ve birleştirici monomerler yapıdaki antenler gibidir, ancak yalnızca küçük bir dağılıma sahiptir. Koyulaştırıcının koyulaştırma verimliliğinde en önemli rolü oynayanlar ahtapot dokunaçları gibi bu birleştirici monomerlerdir. Yapısındaki karboksil grubu nötralize edilmiş ve tuz oluşturucudur ve moleküler zincir de sıradan bir alkali ile şişebilen koyulaştırıcı gibidir. Aynı yük itişi meydana gelir ve böylece moleküler zincir açılır. İçerisindeki birleştirici monomer de moleküler zincirle birlikte genişler, ancak yapısı hem hidrofilik zincirler hem de hidrofobik zincirler içerir, dolayısıyla molekül içinde veya moleküller arasında yüzey aktif maddelere benzer büyük bir misel yapı oluşacaktır. Bu miseller, birleşme monomerlerinin karşılıklı adsorpsiyonu ile üretilir ve bazı birleşme monomerleri, emülsiyon parçacıklarının (veya diğer parçacıkların) köprüleme etkisi yoluyla birbirlerini adsorbe eder. Miseller üretildikten sonra sistemdeki emülsiyon parçacıklarını, su molekülü parçacıklarını veya diğer parçacıkları tıpkı kuşatma hareketi gibi nispeten statik bir durumda sabitlerler, böylece bu moleküllerin (veya parçacıkların) hareketliliği zayıflar ve malzemenin viskozitesi azalır. sistem artar. Bu nedenle, bu tip kalınlaştırıcının, özellikle yüksek emülsiyon içeriğine sahip lateks boyada koyulaştırma verimliliği, sıradan alkali ile şişebilen koyulaştırıcılardan çok daha üstündür, bu nedenle lateks boyada yaygın olarak kullanılır. Ana ürün temsilcisi Tip TT-935'tir.

(5) Birleştirici poliüretan (veya polieter) koyulaştırıcı ve tesviye maddesi:

Genellikle koyulaştırıcılar çok yüksek moleküler ağırlığa sahiptirler (selüloz ve akrilik asit gibi) ve sistemin viskozitesini arttırmak için moleküler zincirleri sulu çözelti içinde gerilir. Poliüretanın (veya polieterin) moleküler ağırlığı çok küçüktür ve esas olarak lipofilik segmentin van der Waals kuvvetinin moleküller arasındaki etkileşimi yoluyla bir ilişki oluşturur, ancak bu birleşme kuvveti zayıftır ve ilişki belirli koşullar altında yapılabilir. dış kuvvet. Ayırma, dolayısıyla viskozitenin azaltılması, kaplama filminin düzleştirilmesine yardımcı olur, dolayısıyla dengeleme maddesi rolünü oynayabilir. Kesme kuvveti ortadan kaldırıldığında birleşme hızla devam edebilir ve sistemin viskozitesi artar. Bu olgu, inşaat sırasında viskoziteyi azaltmak ve tesviyeyi arttırmak için faydalıdır; ve kesme kuvveti kaybolduktan sonra, kaplama filminin kalınlığını arttırmak için viskozite hemen geri kazanılacaktır. Pratik uygulamalarda, bu tür birleştirici koyulaştırıcıların polimer emülsiyonları üzerindeki koyulaştırıcı etkisi ile daha çok ilgileniyoruz. Ana polimer lateks parçacıkları da sistemin birleşmesine katılır, böylece bu tür koyulaştırıcı ve düzleştirici madde, kritik konsantrasyonundan düşük olduğunda iyi bir kalınlaştırıcı (veya düzleştirici) etkiye sahiptir; Bu tür koyulaştırıcı ve tesviye maddesinin konsantrasyonu, saf sudaki kritik konsantrasyonundan daha yüksek olduğunda, kendi kendine birlikler oluşturabilir ve viskozite hızla yükselir. Bu nedenle, bu tür koyulaştırıcı ve düzleştirici madde kritik konsantrasyonundan düşük olduğunda, lateks parçacıkları kısmi birleşmeye katıldığı için, emülsiyonun parçacık boyutu ne kadar küçükse, birleşme o kadar güçlü olur ve viskozitesi, artan yoğunlukla birlikte artacaktır. emülsiyon miktarı. Ek olarak, bazı dağıtıcılar (veya akrilik koyulaştırıcılar) hidrofobik yapılar içerir ve bunların hidrofobik grupları poliüretanınkilerle etkileşime girer, böylece sistem kalınlaşmaya yardımcı olan geniş bir ağ yapısı oluşturur.

2. Farklı kıvamlaştırıcıların lateks boyanın sudan ayrılma direncine etkisi

Su bazlı boyaların formülasyon tasarımında koyulaştırıcıların kullanımı, lateks boyaların yapısı, renk gelişimi, depolanması ve görünümü gibi birçok özelliği ile ilgili olan çok önemli bir bağlantıdır. Burada koyulaştırıcı kullanımının lateks boyanın depolanması üzerindeki etkisine odaklanıyoruz. Yukarıdaki girişten, bentonit ve polikarboksilatların: koyulaştırıcıların çoğunlukla bazı özel kaplamalarda kullanıldığını biliyoruz; bunlar burada tartışılmayacaktır. Esas olarak en sık kullanılan selüloz, alkali şişirme ve Poliüretan (veya polieter) koyulaştırıcıların tek başına veya kombinasyon halinde lateks boyaların sudan ayrılma direncini etkilediğini tartışacağız.

Su ayrıştırmasında tek başına hidroksietil selüloz ile koyulaştırma daha ciddi olmasına rağmen eşit şekilde karıştırmak kolaydır. Alkali şişirme yoğunlaştırmanın tek kullanımında su ayrımı ve çökelme olmaz, ancak yoğunlaştırmadan sonra ciddi kalınlaşma olur. Poliüretan yoğunlaştırmanın tek kullanımı, su ayrılmasına ve sonradan koyulaştırmaya rağmen Yoğunlaşma ciddi değildir, ancak bunun ürettiği çökelti nispeten serttir ve karıştırılması zordur. Ve hidroksietil selüloz ve alkali şişkin koyulaştırıcı bileşik kullanır, sonradan koyulaşma olmaz, sert çökelme olmaz, karıştırılması kolaydır, ancak aynı zamanda az miktarda su da vardır. Ancak koyulaştırmak için hidroksietil selüloz ve poliüretan kullanıldığında su ayrımı en ciddi şekilde gerçekleşir ancak sert çökelme olmaz. Alkali-şişebilen koyulaştırıcı ve poliüretan birlikte kullanılır, ancak su ayrımı temelde su ayrımı olmamasına rağmen kalınlaştırmadan sonra alt kısımdaki tortunun eşit şekilde karıştırılması zordur. Ve sonuncusu, çökelme ve su ayrımı olmaksızın tekdüze bir duruma sahip olmak için alkali şişmesi ve poliüretan kalınlaştırması ile az miktarda hidroksietil selüloz kullanır. Güçlü hidrofobikliğe sahip saf akrilik emülsiyon sisteminde, su fazının hidrofilik hidroksietil selüloz ile koyulaştırılmasının daha ciddi olduğu ancak eşit şekilde kolayca karıştırılabileceği görülebilir. Hidrofobik alkali şişmesi ve poliüretanın (veya bunların bileşiğinin) kalınlaşmasının tek kullanımı, anti-su ayırma performansı daha iyi olmasına rağmen, her ikisi de daha sonra kalınlaşır ve çökelme varsa buna sert çökeltme denir ve eşit şekilde karıştırılması zordur. Selüloz ve poliüretan bileşiğinin yoğunlaştırılmasında kullanılması, hidrofilik ve lipofilik değerler arasındaki çok büyük fark nedeniyle, en ciddi su ayrımı ve çökelme ile sonuçlanır, ancak çökelti yumuşaktır ve karıştırılması kolaydır. Son formül, hidrofilik ve lipofilik arasındaki daha iyi denge nedeniyle en iyi anti-su ayırma performansına sahiptir. Elbette gerçek formül tasarım sürecinde emülsiyonların ve ıslatıcı ve dağıtıcı maddelerin türleri ve bunların hidrofilik ve lipofilik değerleri de dikkate alınmalıdır. Ancak iyi bir dengeye ulaştıklarında sistem termodinamik denge durumunda olabilir ve iyi bir Su direncine sahip olabilir.

Yoğunlaştırma sisteminde su fazının kalınlaşmasına bazen yağ fazının viskozitesinin artması da eşlik eder. Örneğin, genel olarak selüloz koyulaştırıcıların su fazını koyulaştırdığına inanırız ancak selüloz su fazında dağılır.