HEC برای چه مواردی در رنگ استفاده می شود؟

هیدروکسی اتیل سلولز (HEC) در رنگ عمدتاً به عنوان یک اصلاح کننده رئولوژی و ضخیم کننده استفاده می شود ویسکوزیته را کنترل می کند، از ته نشین شدن رنگدانه ها جلوگیری می کند، سطح بندی را بهبود می بخشد و سیستم های امولسیونی را در فرمولاسیون های مبتنی بر آب از جمله رنگ لاتکس، پوشش اکریلیک، رنگ امولسیونی و پوشش ضد آب تثبیت می کند. از نظر عملی، HEC ماده‌ای است که مسئول آن قوام صاف، بدون چکه و روان است که رنگ‌های درجه یک حرفه‌ای روی دیوارها، سقف‌ها و سطوح بیرونی ارائه می‌کنند.

از آنجایی که تقاضای جهانی برای پوشش‌های مبتنی بر آب به رشد خود ادامه می‌دهد - به دلیل مقررات زیست محیطی که سیستم‌های متشکل از حلال را محدود می‌کنند. HEC برای پوشش مبتنی بر آب به یکی از مهم ترین افزودنی های اتر سلولز در صنعت پوشش تبدیل شده است. این راهنما همه چیزهایی را که فرمول‌سازان، مدیران تدارکات و تکنسین‌های پوشش باید بدانند را پوشش می‌دهد: شیمی، نقش‌های عملکردی، دستورالعمل‌های دوز، درجه‌های خاص کاربرد، مقایسه با ضخیم‌کننده‌های جایگزین، و مواردی که هنگام انتخاب یک ضخیم‌کننده باید به دنبال آن باشید. سازنده HEC یا تامین کننده HEC .

هیدروکسی اتیل سلولز (HEC) چیست و چگونه در رنگ کار می کند؟

هیدروکسی اتیل سلولز یک اتر سلولزی غیریونی و محلول در آب است که از واکنش سلولز قلیایی با اکسید اتیلن تولید می شود. درجه جانشینی - به عنوان مقدار جایگزینی مولار (MS) اندازه گیری می شود، معمولاً بین 1.5 و 2.5 - پروفایل حلالیت، شفافیت محلول و سازگاری محصول با الکترولیت ها را تعیین می کند. برخلاف ضخیم‌کننده‌های یونی، ویژگی غیر یونی HEC آن را به طور گسترده با سورفکتانت‌های کاتیونی، آنیونی و آمفوتریک که در فرمول‌های رنگ استفاده می‌شوند، سازگار می‌کند، بدون اینکه باعث ایجاد بارندگی یا ناپایداری ویسکوزیته شود.

در محلول آبی، زنجیره‌های پلیمری HEC هیدراته می‌شوند و در هم می‌پیچند و شبکه‌ای سه‌بعدی را تشکیل می‌دهند که در برابر جریان مقاومت می‌کند. این شبکه است شبه پلاستیک (برشی نازک کننده) : رنگ تحت برش کم (نگهداری در قفسه)، ویسکوزیته بالایی را حفظ می کند تا رنگدانه ها معلق بمانند. تحت برش زیاد (میزان قلم مو، استفاده از غلتک)، ویسکوزیته به طور چشمگیری کاهش می یابد و امکان استفاده صاف و آسان را فراهم می کند. هنگامی که برش برداشته می شود، ویسکوزیته به سرعت بهبود می یابد و از افتادگی و چکیدن در سطوح عمودی جلوگیری می کند. این ترکیبی از رفتارها - ویسکوزیته کم برش بالا، ویسکوزیته با برش بالا، بازیابی سریع - دقیقاً همان چیزی است که HEC برای رنگ لاتکس و HEC برای پوشش اکریلیک فرمول سازان نیاز دارند.

شیمی پشت ضخیم شدن HEC

مکانیسم ضخیم شدن از طریق دو مسیر به طور همزمان عمل می کند. اول، حجم هیدرودینامیکی هر زنجیره پلیمری محلول HEC حجم قابل توجهی را در محلول اشغال می کند، که به ویسکوزیته حجیم حتی در غلظت های پایین (0.1-0.5٪ وزنی بر وزن در بسیاری از سیستم های پوشش) کمک می کند. دوم، درهم تنیدگی زنجیره ای : بالای یک غلظت بحرانی، زنجیره های پلیمری به طور فیزیکی روی هم قرار می گیرند و به هم متصل می شوند و شبکه ای ژل مانند ایجاد می کنند که قدرت آن به شدت با وزن مولکولی مقیاس می شود. به همین دلیل است که گریدهای HEC با ویسکوزیته بالا (100000-200000 mPa·s در محلول 2٪) برای رنگ‌های معماری که به مقاومت در برابر افتادگی خوب نیاز دارند ترجیح داده می‌شوند، در حالی که گریدهای با ویسکوزیته متوسط ​​برای پوشش‌های صنعتی با ساخت پایین‌تر مناسب هستند، جایی که جریان و تراز کردن بر کنترل افتادگی اولویت دارند.

شش عملکرد کلیدی که HEC در فرمولاسیون رنگ انجام می دهد

درک هر نقش عملکردی از HEC برای پوشش به فرمول‌سازان اجازه می‌دهد تا به‌جای صرفاً به‌عنوان هدف عدد ویسکوزیته، از آن به صورت استراتژیک استفاده کنند. شش عملکرد زیر در ادبیات علم پوشش و کاربردهای صنعتی عملی به خوبی مستند شده است.

1. کنترل ویسکوزیته و ضخیم شدن

این نقش اصلی HEC است. با انحلال HEC در غلظت‌های معمولاً بین 0.1٪ و 0.8٪ وزنی از کل فرمولاسیون، فرمولاتورها می توانند ویسکوزیته استورمر هدف (مقادیر KU) 90-130 KU را برای رنگ استاندارد دیوار داخلی یا بالاتر برای پوشش های بافت دار و بنایی به دست آورند. درجه وزن مولکولی انتخاب شده - سبک (20000-50000 mPa·s در 2%)، متوسط ​​(50000-100000 mPa·s) یا سنگین (100000-200000 mPa·s) - دوز مورد نیاز برای یک هدف ویسکوزیته معین را تعیین می کند. گریدهای سنگین‌تر به همان هدف KU در سطوح اضافه پایین‌تر دست می‌یابند و هزینه مواد در هر لیتر رنگ را کاهش می‌دهند.

2. سوسپانسیون پیگمنت و ضد ته نشینی

دی اکسید تیتانیوم (TiO2)، کربنات کلسیم و سایر رنگدانه های سنگین در رنگ های معماری دارای چگالی 3.5-4.2 گرم بر سانتی متر مکعب در مقابل آب 1.0 گرم بر سانتی متر مکعب هستند. بدون غلیظ کننده، این رنگدانه ها به سرعت رسوب می کنند. ویسکوزیته بالای برش پایین HEC نقطه تسلیم ظاهری سیستم را افزایش می دهد و به طور چشمگیری ته نشینی را کند یا متوقف می کند. در رنگ استاندارد لاتکس در 90 KU، دوز مناسب HEC صنعتی درجه تعلیق رنگدانه را حفظ می کند 12 ماه بدون تشکیل کیک سخت، پایداری قفسه را برای توزیع خرده فروشی مناسب می کند.

3. سطح بندی فیلم و کیفیت برنامه

پس از اعمال، لایه رنگ باید به اندازه‌ای جریان یابد که آثار برس و غلتک قبل از ژل شدن فیلم از بین برود. رفتار شبه پلاستیک HEC این را تایید می‌کند: در نرخ‌های برشی بسیار پایین موجود در طول شل‌شدن فیلم (جریان مارانگونی، تسطیح مبتنی بر گرانش)، ویسکوزیته به اندازه‌ای بالاست که از افتادگی روی سطوح عمودی جلوگیری کند، اما به اندازه‌ای کم است که جریان ناشی از کشش سطحی را مجاز می‌کند که بی‌نظمی‌ها را صاف می‌کند. تحقیقات منتشر شده در Progress in Organic Coatings (جلد 85، 2015) نشان داد که نمرات HEC بهینه شده در رنگ‌های امولسیونی اکریلیک، تغییرات براقیت 60 درجه را به دلیل عیوب تراز کردن تا حد کاهش می‌دهد. 22% در مقایسه با سیستم های ضخیم کننده HEUR در پروفایل های ویسکوزیته همسان.

4. حفظ آب در طول استفاده

هنگامی که رنگ بر روی بسترهای متخلخل - بتن، گچ، دیوار خشک یا بنایی جاذب استفاده می شود، بستر تمایل دارد آب را به سرعت از فیلم خارج کند که منجر به تشکیل فیلم ناقص و چسبندگی ضعیف می شود. HEC بخشی از آب آزاد در سیستم رنگ را از طریق پیوند هیدروژنی به هم متصل می کند، مهاجرت آب به زیرلایه را کند می کند و به بایندر پلیمر زمان کافی برای ادغام مناسب می دهد. این عملکرد حفظ آب به ویژه برای HEC برای رنگ دیوار بیرونی روی رندر متخلخل یا بلوک بتنی در شرایط گرم و خشک استفاده می شود، جایی که از دست دادن سریع آب بیشترین مشکل را دارد.

5. تثبیت امولسیون

رنگ های لاتکس امولسیون های پیچیده ای هستند که در آن ذرات پلیمری در آب پراکنده می شوند. HEC به عنوان یک کلوئید محافظ عمل می کند، بر روی سطوح ذرات جذب می شود و موانع فضایی ایجاد می کند که از ادغام در طول ذخیره سازی و چرخه یخ-ذوب جلوگیری می کند. برای HEC برای رنگ امولسیونی در کاربردها، این عملکرد تثبیت کننده بارگذاری مورد نیاز سورفکتانت های مصنوعی را کاهش می دهد، که به نوبه خود مقاومت لایه نهایی در برابر آب را بهبود می بخشد و تمایل به کف کردن را کاهش می دهد - یک عارضه جانبی رایج سطوح بالای سورفکتانت.

6. گسترش زمان را باز کنید

"زمان باز" به پنجره ای اشاره دارد که در طی آن رنگ تازه اعمال شده را می توان دوباره کار کرد - لبه ها را با هم مخلوط کرد، علائم دور را حذف کرد، و اصلاحات را انجام داد. ظرفیت اتصال به آب HEC سرعت تبخیر فاز آبی را کاهش می دهد و زمان باز شدن را تا حد زیادی افزایش می دهد. 15-40٪ بسته به شرایط محیطی و درجه HEC، در مقایسه با سیستم های ویسکوزیته معادل با استفاده از ضخیم کننده های انجمنی. این مزیت به‌ویژه توسط دکوراتورهای حرفه‌ای که بر روی دیوارهای بزرگ کار می‌کنند که در آن‌ها حفظ لبه مرطوب برای کیفیت پرداخت یکنواخت ضروری است، ارزشمند است.

کاربرد HEC در انواع رنگ و پوشش خاص

همان شیمی HEC بسته به سیستم پوششی که در آن فرموله شده است، متفاوت ظاهر می شود. درک چگونگی HEC برای پوشش عملکرد در انواع مختلف رنگ به فرمول سازان کمک می کند تا درجه مناسب را انتخاب کرده و دوز را برای هر کاربرد بهینه کنند.

HEC برای رنگ لاتکس و رنگ دیوار داخلی

رنگ های لاتکس و امولسیون داخلی بیشترین کاربرد را برای آن دارند HEC برای رنگ لاتکس . فرمولاسیون های معمولی از HEC در استفاده می کنند 0.2-0.5٪ محتوای فعال برای دستیابی به ویسکوزیته استورمر 90-120 KU و ویسکوزیته ICI 0.8-1.5 Pa·s. گریدهای HEC با ویسکوزیته بالا (100000-200000 mPa·s) برای ورقه های صاف و پوسته تخم مرغ که مقاومت در برابر افتادگی حیاتی است ترجیح داده می شوند. نمرات با ویسکوزیته متوسط ​​برای فرمولاسیون های نیمه براق مناسب هستند که در آن ترازسازی افزایش یافته در اولویت است. HEC معمولاً در شروع مرحله آسیاب به فاز آب اضافه می شود، در دمای 50 تا 60 درجه سانتی گراد برای هیدراتاسیون سریعتر حل می شود، سپس قبل از افزودن اجزای حساس به pH سرد می شود.

HEC برای رنگ دیوار خارجی و پوشش های بنایی

فرمول های بیرونی نیاز به بارگذاری بیشتر HEC دارند - معمولا 0.3-0.8٪ -زیرا لایه‌های ضخیم‌تر، پروفیل‌های زیرلایه خشن‌تر و مقاومت در برابر شستشو در حین استفاده در فضای باز همگی به ویسکوزیته بالا نیاز دارند. HEC برای رنگ دیوار در سیستم های بیرونی نیز باید پایداری UV فیلم ضخیم شده با HEC را در طول زمان نشان دهد. HEC که غیر کروموفوریک است، اشعه ماوراء بنفش را جذب نمی کند و به زرد شدن فیلم کمکی نمی کند، که یک مزیت قابل توجه نسبت به برخی ضخیم کننده های مصنوعی است. برای پوشش‌های بنایی الاستومری که در فیلم‌های 150 تا 300 میکرومتر اعمال می‌شود، گریدهای HEC با وزن مولکولی بالا ویسکوزیته ساختاری مورد نیاز برای نگه‌داشتن لایه‌های ضخیم در محل بدون اسلامپ را فراهم می‌کنند.

HEC برای سیستم های پوشش اکریلیک

HEC برای پوشش اکریلیک از نظر فنی ساده است زیرا HEC غیر یونی است و بنابراین تقریباً با تمام انواع امولسیون اکریلیک در محدوده pH 7-9 سازگار است، جایی که اکثر پوشش‌های اکریلیک فرموله می‌شوند. در سیستم های اکریلیک براق بالا، چالش تعادل ویسکوزیته (برای کنترل کاربرد) با شفافیت است (HEC در محلول در غلظت های پایین شفاف است، اما HEC به طور نامناسب حل شده می تواند باعث ایجاد مه شود). HEC پراکنده مناسب با استفاده از یک اصلاح کننده حلالیت تاخیری (مانند عملیات گلیوکسال که در گریدهای تجاری رایج است) انحلال بدون توده را تضمین می کند حتی زمانی که به آب سرد بدون پیش گرمایش اضافه می شود.

HEC برای پوشش ضد آب

در HEC برای پوشش ضد آب - از جمله غشاهای ضد آب اکریلیک، پوشش‌های سقف، و فرمول‌های ضد رطوبت - HEC به سه ناحیه عملکرد حیاتی کمک می‌کند: غشای مایع را برای استفاده در ساخت‌های لایه‌های بالا بدون افتادگی ضخیم می‌کند. حفظ آب روی بتن متخلخل و بسترهای سیمانی را بهبود می بخشد تا از تشکیل فیلم کامل پشتیبانی کند. و سیستم امولسیون را در برابر شوک الکترولیتی که هنگام اعمال پوشش های ضد آب روی بسترهای سیمانی یا حاوی آهک رایج است، تثبیت می کند. ویژگی غیر یونی HEC به این معنی است که در برابر اثرات کاتیون دو ظرفیتی (Ca2+, Mg2+) مقاومت می کند که ضخیم کننده های آنیونی را روی این بسترها بی ثبات می کند.

HEC در مقابل HPMC در مقابل HEUR: انتخاب ضخیم کننده مناسب برای رنگ شما

فرمولاتورهایی که ضخیم‌کننده‌ای را برای رنگ‌های مبتنی بر آب انتخاب می‌کنند، اغلب HEC را با دو گزینه رایج دیگر مقایسه می‌کنند: HPMC (هیدروکسی پروپیل متیل سلولز) و HEUR (اتیلن اکسید اورتان اصلاح‌شده با آبگریز). هر کدام مشخصات عملکردی مجزایی دارند و انتخاب صحیح به برنامه خاص، اولویت های عملکرد و اهداف هزینه بستگی دارد.

چه زمانی HEC را با ضخیم کننده های انجمنی ترکیب کنیم

در many high-performance architectural paint formulations, HEC and HEUR are used together in a سیستم ضخیم کننده دوگانه . HEC الزامات تعلیق رنگدانه و ویسکوزیته کم برش را انجام می دهد، در حالی که HEUR باعث براقیت، تراز کردن و سطح لایه محکم تر با نرخ برش متوسط ​​می شود. نسبت تقسیم معمولی 60-80٪ از سهم کل ضخیم کننده از HEC و 20-40٪ از HEUR است. این رویکرد به یک پروفایل رئولوژیکی دست می یابد که هیچ یک از ضخیم کننده ها به تنهایی نمی توانند آن را مقرون به صرفه ارائه دهند و همچنین هزینه کل هر لیتر رنگ را در مقایسه با استفاده از HEUR به عنوان ضخیم کننده تنها کاهش می دهد.

دوز HEC، روش انحلال، و نکات عملی فرمولاسیون

گرفتن حداکثر عملکرد از HEC برای رنگ نیاز به توجه به روش انحلال، توالی جمع و مدیریت تعامل دارد. خطاها در مرحله انحلال منبع اصلی ناهماهنگی فرمولاسیون و توقف تولید در تولید رنگ است.

روش انحلال توصیه شده

1. قبل از پراکندگی پودر HEC به آب در حداکثر دمای 25 درجه سانتیگراد با هم زدن آهسته برای خیس شدن تمام ذرات قبل از شروع انحلال کامل. برای گریدهای با اثر تاخیری (تصفیه شده با گلیوکسال)، پودر را می توان مستقیماً به آب سرد بدون کلوخه اضافه کرد.
2. درcrease temperature تا 50 تا 60 درجه سانتیگراد (اختیاری برای گریدهای تیمار نشده) و هم زدن را برای 30 تا 45 دقیقه حفظ کنید تا محلول شفاف و بدون توده به دست آید. ویسکوزیته در این دوره به تدریج افزایش می یابد.
3. pH را تنظیم کنید به 8.0-9.5 با استفاده از آمونیاک، AMP-95، یا هیدروکسید سدیم. ویسکوزیته محلول HEC بین pH 5 و pH 10 پایدار است، اما عملکرد بهینه در سیستم های رنگ لاتکس در pH کمی قلیایی به دست می آید.
4. محلول HEC را اضافه کنید به مرحله آسیاب قبل از معرفی رنگدانه ها و پرکننده ها. این امر توزیع یکنواخت در سراسر پراکندگی رنگدانه را تضمین می کند و از تجمع پودر خشک جلوگیری می کند.
5. از افزودن بیوسیدها به طور همزمان خودداری کنید با HEC، زیرا برخی از نگهدارنده های مبتنی بر ایزوتیازولینون می توانند با زنجیره های اتر سلولزی در دمای بالا واکنش متقابل داشته باشند و ویسکوزیته محلول را کاهش دهند. پس از سرد شدن سیستم در دمای زیر 30 درجه سانتی گراد، بیوسیدها را اضافه کنید.

مشکلات رایج فرمولاسیون و نحوه اجتناب از آنها

• برآمدگی در حین اضافه کردن: پودر HEC را به آرامی به گرداب فاز آب هم زده اضافه کنید. هرگز تمام پودرها را یکجا یا به آب راکد اضافه نکنید.
• تخریب میکروبی: محلول های HEC محیط رشد عالی برای باکتری ها و قارچ ها هستند. همیشه یک نگهدارنده مناسب داخل قوطی اضافه کنید و از محلول های HEC در عرض 24 تا 48 ساعت استفاده کنید مگر اینکه در یخچال نگهداری شود.
• کاهش ویسکوزیته در طول زمان: سلولازهای تولید شده توسط آلودگی میکروبی می توانند زنجیره های HEC را تخریب کرده و باعث افت ویسکوزیته شوند. با بارگذاری بیوسید کافی، نه با افزایش دوز HEC از این امر جلوگیری می شود.
• درcompatibility with high-salt systems: در حالی که HEC نسبت به اکثر ضخیم‌کننده‌های یونی مقاوم‌تر به نمک است، غلظت‌های بسیار بالای الکترولیت (بیش از 5٪ معادل NaCl) می‌تواند باعث نمک‌زدایی و فروپاشی ویسکوزیته شود. تست سازگاری در اوایل توسعه فرمول.

منبع یابی HEC: چه چیزی را باید در یک تولید کننده یا تامین کننده ارزیابی کرد

برای فرمول سازهای پوشش و تیم های تهیه منبع HEC صنعتی در مقیاس، توانایی تولید، ثبات کیفیت و ظرفیت پشتیبانی فنی سازنده به اندازه مشخصات محصول مهم است. یک تامین کننده OEM HEC رابطه‌ای که شامل همکاری فنی در بهینه‌سازی فرمول‌بندی می‌شود، به‌طور قابل‌توجهی ارزش بیشتری را نسبت به یک ترتیب عرضه کالای معامله‌ای ارائه می‌کند.

معیارهای کلیدی ارزیابی هنگام انتخاب سازنده HEC یا سازنده هیدروکسی اتیل سلولز شامل: سازگاری ویسکوزیته مستند (CV دسته به دسته زیر 5٪ در همان غلظت و دما)، توزیع اندازه ذرات (متاثیر بر سرعت انحلال و خطر توده)، کنترل محتوای رطوبت (معمولاً زیر 5٪ برای گریدهای پودر)، انطباق با فلزات سنگین (EU REACH، RoHS در صورت لزوم)، و در دسترس بودن برگه های داده و فرمول های فنی خاص.

ژجیانگ ییشنگ مواد جدید شرکت، آموزشی ویبولیتین یک حرفه ای است کارخانه HEC چین واقع در منطقه توسعه اقتصادی و فناوری شانگیو در پارک ملی صنعتی خلیج هانگژو. با ظرفیت تولید سالانه 15000 تن از اتر سلولز، Yisheng طیف کاملی از جمله HEC، HEMC، و HPMC را برای پوشش‌ها، ملات پودر خشک، میادین نفتی، لوازم آرایشی، مراقبت شخصی و کاربردهای دارویی تولید می‌کند. این شرکت تحت یک سیستم مدیریت کیفیت جامع با زیرساخت‌های آزمایشی پیشرفته عمل می‌کند و از مشخصات محصول سازگار و مناسب برای بازارهای تقاضای پوشش جهانی اطمینان حاصل می‌کند. اصول توسعه اصلی یی‌شنگ در زمینه ایمنی، حفاظت از محیط زیست و تولید پایدار در فرآیندهای تولید آن تعبیه شده است و از طرح‌های فرمول سبز مشتریان و الزامات انطباق با مقررات حمایت می‌کند.

سوالات متداول