غلظت‌دهنده های تجمعی جدید و کاربرد آن‌ها در پوشش‌های آب‌پایه و پرجامد – بخش 4
غلظت‌دهنده
سازوکار غلظت‌دهندگی
این‌طور شناخته شده است که پلیمرها با گروه‌های قابل‌اتصال توزیع‌شده به‌صورت تصادفی در زنجیره‌ی پلیمری در هنگامی که در محیط قطبی قرار می‌گیرند، ژل‌هایی را تشکیل می‌دهند که در سرعت برش ثابت و یا محلول‌های رقیق بسیار برش‌خورده دچار شکستگی می‌شوند و یا دچار ژل‌شدگی ناشی از برش خواهند شد. این رفتار خاص مشاهده‌شده بستگی به‌غلظت و جرم مولکولی، تراکم گروه‌های تجمعی و قدرت تجمع دارد. فرض بر این است که برهم‌کنش‌های مقایسه‌ای، بر اساس پیوند هیدروژنی (به‌جای اتصال از طریق بخش‌های آبگریز مشابه با محلول‌های آبی)، نقش اصلی را در سازوکار غلظت‌دهندگی SBAT دارند. غلظت‌دهندگی بر اساس برهم‌کنش مولکول SBAT و ذرات رنگدانه و حلال‌ها و همچنین پیوند بین‌مولکولی میان مولکول‌های غلظت‌دهنده است. در نتیجه‌ی تمامی این برهم‌کنش‌های فیزیکی، یک شبکه‌ی شبه‌پلیمری ساخته می‌شود. با این حال، سینتیک واقعی برهم‌کنش‌های فیزیکی تأثیرگذار در تشکیل ساختار ژل بسیار پیچیده است و در حال حاضر کاملاً درک نشده است.
- تجمع‌های بین‌مولکولی: ارتباط بین‌مولکولی مولکول‌های SBAT با اتصال هیدروژنی آمید-آمید و پیوند آمید-استری توجیه شده است.
- تجمع بر روی رنگدانه: پیوند هیدروژنی به‌عنوان برهم‌کنش بین‌مولکول‌های SBAT و سطح رنگدانه درنظر گرفته می‌شود. به‌عنوان مثال، از طریق پیوند هیدروژنی آمید منجر به‌افزایش حجم ظاهری رنگدانه و در نتیجه محدودیت حجم می‌شود. علاوه‌براین، مولکول‌های جذب‌شده‌ی SBAT به‌تشکیل یک شبکه‌ی گسترده با مولکول‌های غلظت‌دهنده‌ی SBAT حل‌شده کمک می‌کند.
- تجمع با حلال: همچنین پیوند هیدروژنی در تجمع بین‌مولکولی میان مولکول‌های SBAT و مولکول‌های حلال نقش دارد. این موضوع به‌افزایش حجم مولکولی مولکول SBAT و درهم‌پیچیدگی زنجیره کمک می‌کند.
نتیجه‌ی کلی این تجمع‌ها، تشکیل ساختاری است که به‌افزایش ویسکوزیته سامانه‌ی پوشش کمک می‌کند. قابل‌ذکر است که به‌نظر می‌رسد برهم‌کنش با رنگدانه برای بازده و کارایی غلظت‌دهندگی بسیار ضروری است: از نظر تجربی، نشان داده شده است که اثر غلظت‌دهندگی غلظت‌دهنده‌های SBAT در لاک‌های شفاف بدون‌فشار بسیار محدود است. فرض بر آن است که سهم در تشکیل یک ساختار ژل به‌ترتیب زیر کاهش می‌یابد:
1) اتصال غلظت‌دهنده به‌رنگدانه
2) برهم‌کنش بین‌مولکولی میان مولکول‌های غلظت‌دهنده
3) برهم‌کنش با حلال
برهم‌کنش‌های گفته‌شده در موارد 2 و 3 از مرتبه‌ی دوم است. اما آن‌ها اثرهای غلظت‌دهنده‌ی اصلی را (همان‌طور که در مورد 1 آمده است) تقویت و کمک می‌کنند. با توجه به‌وزن مولکولی پایین و به‌تبع آن عاملیت‌های تجمعی پایین برای هر یک از مولکول های غلظت‌دهنده‌ی SBAT، تمامی این ساختارها به‌عنوان ارتباط و برهم‌کنش سست و ضعیف درنظر گرفته می‌شوند. نیروهای جاذبه به‌راحتی در شرایط اعمال تنش مانند درگیرشدن در هنگام اختلاط رنگ، اسپری یا با قلمو اعمال‌کردن مختل می‌شوند. این شبکه در حال حاضر تحت این شرایط برشی نسبتاً خفیف شکسته می‌شود که بیانگر رقیق‌شوندگی بالا در اثر اعمال تنش برای پوشش فرموله‌شده با این غلظت‌دهنده‌های SBAT خواهد بود. پس از اعمال رنگ و حذف برش، شبکه به‌سرعت بازسازی می‌شود و منجر به‌بهبود مقاومت سایشی خواهد شد.
ویژگی‌های اعمال
افزودن غلظت‌دهنده‌ی SBAT سبب بهبود خاصیت رئولوژیکی پوشش‌های حلال‌پایه توسط افزایش ویسکوزیته با سرعت برشی پایین و همچنین فراهم‌آوردن پوشش با رفتار جریان شبه‌پلاستیک یا تیکسوتروپی می‌شود. این موضوع منجر به‌بهبود خواص ضد شُره‌کردن و ضد رسوب‌دادن می‌شود که در آن، ویژگی‌های همترازی به‌صورت مناسبی حفظ می‌شود. تأثیر بر رئولوژی با سرعت برشی متوسط و بالا، بسیار محدود است. یک مزیت اصلی، ترکیب آسان است که مربوط به‌جنبه‌ی مایع‌بودن غلظت‌دهنده است و به‌دمای کار در هنگام اختلاط ارتباطی ندارد. جرم مولکولی غلظت‌دهنده های SBAT نسبتاً پایین است و در نتیجه بر اساس تعداد پیوند در هر مولکول SBAT، پیوندهای هیدروژنی به‌راحتی در شرایط برشی مکانیکی (از جمله شرایط در طول استفاده از رنگ) از یکدیگر جدا می‌شوند. در نتیجه، رنگ فرموله‌شده با غلظت‌دهنده‌ی SBAT به‌راحتی قابل‌استفاده خواهد بود. SBAT در طول فرآیند پخت با سخت‌کننده‌های معمولی مانند آمینوپلاست‌ها و ایزوسیانات‌ها به‌یکدیگر متصل می‌شود و جزئی از ماتریس پلیمر خواهد شد. این موضوع با توجه به‌پایین‌بودن جرم مولکولی SBAT، ویژگی‌های مکانیکی عالی را از خود نشان می‌دهد. حلال‌های با قطبیت بالا (به‌عنوان مثال، بوتانول)، اثر غلظت‌دهندگی SBAT را کاهش می‌دهند و باید استفاده از آن‌ها در فرمولاسیون پوشش تا آن‌جایی‌که ممکن است به‌منظور دستیابی به‌سود مطلوب از SBAT محدود شود.
نتیجه‌گیری
غلظت‌دهنده‌های تجمعی ویژگی جالبی را برای پوشش‌های آب‌پایه و حلال‌پایه ارائه می‌دهند. در اکثر سامانه‌های پوششی معمول، این غلظت‌دهنده‌های تجمعی را می‌توان در شرایط اختلاط ملایم و در هر درجه‌ی حرارت معمول اختلاط نمود. مزایای بدست‌آمده در پوشش‌های آب‌پایه شامل خواص بهینه‌ی جریان‌پذیری و همترازی، بهبود کدورت و مقاومت در برابر آب است.
کلاس جدیدی از غلظت‌دهنده‌های تجمعی مایع در پوشش‌های حلال‌پایه مورد استفاده قرار می‌گیرد و مقاومت در برابر شُره‌شدن و همچنین مقاومت در شرایط حرارت‌دهی را ارائه می دهد. این مقاله، در «سمپوزیوم بین‌المللی پوشش‌های آب‌پایه، پرجامد و پودری» در 10 تا 12 فوریه‌ی سال 1999 میلادی در شهر نیو-اوراینز ارائه شد.
گردآورنده: مهندس مهدیار یافتیان- شرکت سیماب رزین
بخوانید: غلظت دهنده های تجمعی جدید و کاربرد آن ها در پوشش های آب پایه و پرجامد – بخش 3
مرجع
Bieleman, J., & BV, C. S. (2000). New associative thickeners and their use in water borne and high solids coatings. Paint & Coatings Industry, 9, 43-45.
