غلظت‌دهنده های تجمعی جدید و کاربرد آن‌ها در پوشش‌های آب‌پایه و پرجامد – بخش 2
غلظت‌دهنده
عامل تعیین‌کننده برای افزایش اثر ویسکوزیته این است که هر مولکول حداقل دارای دو بخش انتهایی آبگریز است. بخش‌های آبدوست مورد استفاده، پلی‌اترها یا پلی‌استرها هستند. نمونه‌هایی از پلی‌استرهای اسید مالئیک و اتیلن‌گلایکول و پلی‌اترها، مشتقات پلی‌اتیلن‌گلایکول یا پلی‌اتیلن‌گلایکول هستند. با این حال، پلی‌اترها بخش‌های آبگریز ترجیحی هستند. زیرا این پلیمرها بهترین مقاومت شیمیایی و ازاین‌رو، بهترین ثبات ویسکوزیته را در هنگام انبارداری رنگ ارائه می‌دهند. طول زنجیره‌ی پلیمری توسط پلی‌ایزوسیانات‌ها افزایش یافته است. ایزوسیانات‌های ممکن شامل ایزوفورن دی‌ایزوسیانات (IPDI)، تولوئن دی‌ایزوسیانات (TDI) و هگزامتیلن دی‌ایزوسیانات (HMDI) باشند. به‌منظور بدست‌آوردن توزیع وزن مولکولی باریک و تکرارپذیری بهینه، شرایط واکنش با دقت کنترل می‌شود. خصوصیات محصول این غلظت‌دهنده های PUR نه‌تنها توسط این اجزای پایه، بلکه با نسبت بخش‌های آبگریز به‌آب‌دوست تعیین می‌شود.
سازوکار غلظت‌دهندگی
حضور گروه‌های آبگریز و آبدوست در یک مولکول غلظت‌دهنده ی PUR نشان‌دهنده فعالیت سطحی ویژه‌ای است. در واقع در محلول آبی، تشکیل مایسل بالاتر از یک غلظت مشخصی اتفاق می‌افتد. برخلاف عامل‌های فعال‌سطحی مونومری، همان مولکول غلظت‌دهنده ی تجمعی PUR ممکن است در بیش از یک مایسل موجود باشد. این نتایج در شکل‌گیری ساختارهایی است که سبب کاهش تحرک مولکول‌های آب و افزایش ویسکوزیته خواهد شد و ممکن است منجر به‌شکل‌گیری یک ساختار ژل شود. افزایش ویسکوزیته بدست‌آمده با یک غلظت‌دهنده ی تجمعی PUR، مجموع پدیده‌های فیزیکی گوناگونی است؛ به‌ویژه:
1) افزایش ویسکوزیته‌ی محلول با انحلال پلیمر PUR
2) تشکیل مایسل و/یا ایجاد پیوند میان مایسل‌های PUR
3) اجتماع با ذرات پلیمری امولسیون
به‌طور تجربی مشخص شد در هنگام استفاده از رنگ دیسپرسیونی، سهم ویسکوزیته به‌ترتیب به‌صورت 1<2<3 (موارد فوق) افزایش می‌یابد.
در یک ماده‌ی غلیظ‌شونده در برابر برش (ویسکوزیته‌ی بروکفیلد با سرعت‌های برشی 1 تا تقریباً 100 بر ثانیه)، فرض بر آن است که تا حدود زیادی تحت تأثیر تشکیل مایسل قرار دارد: برهم‌کنش‌های نسبتاً ضعیف به‌طور خودبه‌خودی در شرایط برشی شکسته می‌شوند. ارتباط گروه‌های آبگریز با سطوح ذرات امولسیون برای افزایش ویسکوزیته در حین استفاده در سامانه‌های امولسیونی از اهمیت بیشتری برخوردار است. از آن‌جایی‌که هر مولکول غلظت‌دهنده‌ی تجمعی PUR حاوی حداقل دو بخش آبگریز است، ممکن است دو ذره‌ی پلیمری امولسیونی از طریق مولکول PUR به‌یک‌دیگر متصل شده و نوعی «اسکلت (استخوان‌بندی)» تشکیل شود. ذرات پلیمری دقیقاً به‌همان روش به‌مایسل‌های مولکول‌های غلظت‌دهنده های تجمعی PUR متصل می‌شوند.
میزان ارتباط با ذرات پلیمری بستگی به‌خواص گروه آبگریز و خصوصیات سطح ذرات امولسیون دارد. بدیهی است که استحکام ساختار میان غلظت‌دهنده‌های تجمعی PUR و ذرات پراکنده، به‌قدرت اتصال غلظت‌دهنده‌ی PUR به‌سطح ذرات پراکنده بستگی دارد.
در عمل، این استحکام وابسته به‌ساختار پیونده‌های اتصال‌دهنده و تعداد پیوندها به‌ازای مولکول‌های تجمعی است. کیفیت پیوندها تا آن‌جایی‌که به‌مولکول غلظت‌دهنده مربوط می‌شود، تحت تأثیر ویژگی‌های فیزیکی بخش آبگریز است. افزایش آبگریزی منجر به‌افزایش جذب می‌شود و در نتیجه، ویسکوزیته را افزایش می‌دهد. از لحاظ کمیت، ثابت شده است که تعداد پیوند در هر مولکول متناسب با اثر غلظت‌دهندگی در شرایط برشی بالا است. ممکن است فرض شود که اثر متقابل میان مولکول‌های غلظت‌دهنده‌ی موجود در یک مایسل، ناپایدار است و ممکن است در شرایط سرعت برشی پایین از قبل مختل شده باشد. این موضوع نشان می‌دهد که اجتماع با ذرات دیسپرسیون تا حدود زیادی تعیین‌کننده‌ی غلظت‌دهندگی سرعت برشی بالا است. افزایش تعداد پیوندها در هر مولکول مجتمع‌شده سبب انقباض این مولکول از سطحی می‌شود که از لحاظ ترمودینامیکی جذب کم‌تری دارد. مشخص شده است که غلظت‌دهنده‌های تجمعی با عاملیت‌های چندگانه‌ی آبگریز، غلظت‌دهنده‌های برشی بسیار مؤثرتری هستند.
ادامه دارد…
گردآورنده: مهندس مهدیار یافتیان- شرکت سیماب رزین
بخوانید: غلظت‌دهنده های تجمعی جدید و کاربرد آن‌ها در پوشش‌های آب‌پایه و پرجامد – بخش 1
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.
