چرا هیدروکسی اتیل سلولز (HEC) در پوشش های مبتنی بر آب مورد نیاز است؟

هیدروکسی اتیل سلولز (HEC) در پوشش‌های مبتنی بر آب ضروری است زیرا به طور همزمان ویسکوزیته را کنترل می‌کند، از ته نشین شدن رنگدانه جلوگیری می‌کند، صافی کاربرد را بهبود می‌بخشد و کل فرمول را تثبیت می‌کند - عملکردهایی که هیچ افزودنی جایگزین منفردی نمی‌تواند با هزینه و کارایی معادل تکرار کند. بدون HEC، رنگ‌های دیواری داخلی و خارجی مبتنی بر آب بر روی سطوح عمودی اجرا می‌شوند، در حین ذخیره‌سازی از هم جدا می‌شوند، به‌طور ناهموار اعمال می‌شوند و ضخامت فیلم ناسازگاری ایجاد می‌کنند. در کاربردهای ساختمانی بالا مانند رنگ بافت سنگ مانند، HEC حتی مهم‌تر است: رئولوژی ساختاری مورد نیاز برای نگه داشتن سنگدانه‌های سنگین در حالت تعلیق و حفظ مشخصات بافت پس از اعمال را فراهم می‌کند.

در سطوح استفاده معمولی از 0.2-0.8 درصد وزنی از کل فرمولاسیون، HEC تأثیر بزرگی بر عملکرد رنگ، پردازش پذیری و پایداری قفسه دارد - و آن را به یکی از مقرون به صرفه ترین افزودنی های کاربردی در صنعت پوشش های مبتنی بر آب تبدیل می کند.

چی HEC آیا در یک پوشش مبتنی بر آب: نقش های عملکردی اصلی

HEC یک پلیمر غیر یونی محلول در آب است که از سلولز از طریق اتریفیکاسیون با اکسید اتیلن به دست می آید. هنگامی که در فاز آبی یک پوشش حل می شود، پنج عملکرد متمایز و وابسته به یکدیگر را انجام می دهد که رفتار رنگ را از زمان ساخت تا اعمال تا تشکیل فیلم نهایی مشخص می کند.

کنترل ویسکوزیته اولیه و ضخیم شدن

HEC با تشکیل یک شبکه پلیمری درهم در آب به عنوان یک غلیظ کننده هیدروکلوئیدی عمل می کند. الف محلول آبی 2٪ HEC با وزن مولکولی بالا (Mw ~ 1,000,000 گرم در مول) به طور معمول ویسکوزیته 3000-5000 mPa·s در 25 درجه سانتیگراد ایجاد می کند - برای ایجاد ویسکوزیته حجیم فرمول رنگ کامل از حالت لاتکس رقیق تا قوام قابل پخش 90000-120000 mPa·s (KU 95-115 رنگ معمولی دیوار) کافی است. راندمان ضخیم شدن به شدت به وزن مولکولی و درجه جایگزینی (DS) بستگی دارد، و به فرمول‌سازان اجازه می‌دهد تا نمرات HEC خاصی را برای پروفایل‌های ویسکوزیته دقیق انتخاب کنند.

رئولوژی کاذب پلاستیکی (برشی نازک شدن).

HEC رفتار جریان شبه پلاستیک را به پوشش‌ها می‌دهد: ویسکوزیته بالا در برش کم (مقاومت در نگهداری و افتادگی) و ویسکوزیته کم در برش زیاد (کاربرد برس، غلتک یا اسپری). این رفتار دوگانه شرط تعیین کننده برای یک رنگ معماری کاربردی است. رنگ‌های ضخیم‌شده با HEC ویسکوزیته را در نرخ‌های برشی کم (0.1-1 s-1، نشان‌دهنده ذخیره‌سازی ایستاده) حفظ می‌کنند. 50000-150000 mPa·s ; در نرخ های برش بالا (1000-10000 s-1، نشان دهنده کاربرد قلم مو)، ویسکوزیته کاهش می یابد 500-2000 mPa·s - امکان جریان صاف و تراز کردن زیر برس بدون افتادگی روی سطوح عمودی.

سوسپانسیون پیگمنت و پرکننده

رنگدانه های معدنی (TiO2، اکسیدهای آهن) و پرکننده های معدنی (کربنات کلسیم، تالک، سیلیس) دارای چگالی 2.5-4.2 g/cm³ - بسیار سنگین تر از فاز پیوسته آبی (~1.0 گرم بر سانتی متر مکعب). بدون ویسکوزیته شبکه HEC، این ذرات ظرف چند ساعت به ته قوطی رسوب می کنند. HEC تنش تسلیم کافی در فرمولاسیون ایجاد می کند تا رنگدانه ها و پرکننده ها را معلق نگه دارد 12-24 ماه ماندگاری تحت شرایط استاندارد ذخیره سازی، که معیار صنعت برای محصولات رنگ تجاری است.

حفظ آب و افزایش زمان باز

ظرفیت بالای اتصال آب HEC تبخیر از لایه مرطوب اعمال شده را کند می کند و زمان باز (پنجره ای که در طی آن رنگ می تواند دوباره کار شود) را افزایش می دهد. 5-8 دقیقه (بدون HEC) تا 15-25 دقیقه در کاربردهای معمولی رنگ دیوار داخلی این امر به ویژه برای پوشش های بیرونی که در آفتاب یا باد مستقیم اعمال می شود، که در آن خشک شدن زودرس باعث ایجاد لکه روی لبه، کشش برس و ضخامت ناهموار لایه می شود، مهم است.

سازگاری و ثبات فرمولاسیون

HEC به عنوان یک پلیمر غیریونی، تقریباً با سایر افزودنی‌های رنگ - سورفکتانت‌های آنیونی و کاتیونی، پراکنده‌کننده‌ها، بیوسیدها، کف‌زداها و عوامل ادغام‌کننده - بدون تشکیل رسوب یا جداسازی فاز سازگار است. این سازگاری گسترده آن را به انتخاب ضخیم‌کننده پیش‌فرض در فرمول‌های پیچیده چند افزودنی تبدیل می‌کند که در آن قوام‌دهنده‌های یونی مانند کربوکسی متیل سلولز (CMC) یا ضخیم‌کننده‌های انجمنی (HEUR) ممکن است باعث ناپایداری شوند.

HEC در رنگ دیوار داخلی و خارجی: الزامات خاص و انتخاب درجه

رنگ‌های دیوار داخلی و خارجی بیشترین کاربرد حجمی برای HEC را در صنعت پوشش‌ها نشان می‌دهند، اما الزامات عملکردی آنها به‌طور قابل‌توجهی متفاوت است - و انتخاب درجه HEC باید این تفاوت‌ها را منعکس کند.

الزامات فرمولاسیون رنگ دیوار داخلی

رنگ‌های داخلی کاربرد صاف، تراز خوب (حداقل علائم قلم مو)، زمان باز قابل قبول برای اصلاح، و پاشش کم در هنگام استفاده از غلتک را در اولویت قرار می‌دهند. نمرات HEC با وزن مولکولی متوسط تا بالا (Mw 300,000-700,000) و جایگزینی مولر (MS) 1.8-2.5 معمولاً انتخاب می شوند، که تعادلی از بازده ضخیم شدن و جریان شبه پلاستیک را در سطوح اضافه معمولی فراهم می کند. 0.25-0.45 درصد وزن کل فرمولاسیون .

الزامات فرمولاسیون رنگ دیوار خارجی

رنگ های بیرونی با شرایط کاربرد سخت تری روبرو هستند - نوسانات دما از -5 درجه سانتیگراد تا 50 درجه سانتیگراد در طول اجرا، قرار گرفتن در معرض اشعه ماوراء بنفش در طول خشک شدن، تسریع آب از دست دادن باد، و نیاز به پل زدن ترک های جزئی زیرلایه. HEC برای استفاده بیرونی باید پایداری ویسکوزیته را در این محدوده دما حفظ کند و برای اطمینان از تشکیل فیلم مناسب حتی در آب و هوای نامساعد، آب کافی را حفظ کند. گریدهای HEC با وزن مولکولی بالا (MW 700,000-1,200,000) در سطوح اضافه از 0.35-0.60٪ استاندارد هستند، اغلب با ضخیم‌کننده‌های انجمنی (HEUR) ترکیب می‌شوند تا به مشخصات ویسکوزیته برشی بالا برای کاربرد اسپری دست یابند.

HEC در رنگ بافت مانند سنگ: چرا درجات استاندارد کافی نیستند

رنگ بافت سنگ مانند (که به آن رنگ گرانیتی، رنگ سنگ چند رنگ یا رنگ سنگ واقعی نیز گفته می شود) یکی از کاربردهای فنی مهم برای HEC در کل صنعت پوشش است. این فرمولاسیون ها حاوی سنگدانه های طبیعی یا مصنوعی با اندازه ذرات هستند 0.5-3.0 میلی متر و چگالی از 2.6-2.8 g/cm³ در مجموع بارهای جامد 70 تا 85 درصد وزنی. معلق نگه داشتن این ذرات سنگین و درشت به طور یکنواخت در حالی که قابلیت پاشش از طریق تفنگ قیف حفظ می شود، نیازمند مشخصات رئولوژیکی منحصر به فرد با کارایی بالا است.

سه چالش رئولوژیکی رنگ سنگ مانند

• تعلیق استاتیک: در حالت استراحت در سطل، فرمول باید به اندازه کافی تنش تسلیم ایجاد کند تا از رسوب سریع سنگدانه ها جلوگیری کند - که نیاز به HEC در انتهای بالای محدوده اضافه آن دارد. 0.60-0.80٪ ) با خاک رس آتاپولژیت یا سیلیس دود به عنوان ضخیم کننده ترکیب شده است.
• نازک شدن برشی کاربردی: در طول استفاده از اسپری، فرمولاسیون باید به اندازه کافی نازک شود تا از یک نازل تفنگ قیف 4-6 میلی متری بدون گرفتگی عبور کند، سپس بلافاصله دوباره روی بستر ضخیم شود تا از افتادگی لایه مرطوب با ساخت بالا (2-5 میلی متر) جلوگیری شود.
• حفظ نمایه بافت: پس از اعمال، سنگدانه ها باید در موقعیت های رسوبی خود با خشک شدن فیلم باقی بمانند و بافت سنگ مانند را حفظ کنند. بازیابی سریع ویسکوزیته HEC پس از برش برای قفل کردن موقعیت سنگدانه ها قبل از خشک شدن قابل توجه ضروری است.

فرمول رنگ معمولی سنگ مانند با HEC

HEC در مقابل ضخیم کننده های جایگزین: چرا HEC بر پوشش های مبتنی بر آب تسلط دارد

چندین شیمی ضخیم‌کننده جایگزین برای فرمول‌سازها در دسترس است، اما هر کدام دارای محدودیت‌های خاصی هستند که توضیح می‌دهند چرا HEC انتخاب غالب برای پوشش‌های معماری مبتنی بر آب در سطح جهان است.

شیوه های فرمولاسیون بحرانی: انحلال و ترکیب HEC به درستی

عملکرد HEC در پوشش نهایی به شدت به ترتیب انحلال و افزودن صحیح بستگی دارد. جابجایی نامناسب شایع ترین علت توده های ژل حل نشده (چشم ماهی)، ویسکوزیته غیریکنواخت و آلودگی میکروبی سیستم های حاوی HEC است.

1. پیش خیس شدن قبل از افزودن کامل: پودر HEC را به آرامی در آب تحت هم زدن متوسط (300 تا 600 دور در دقیقه) در حالی که مدام هم می زنید، پخش کنید. اضافه کردن تخلیه بدون هم زدن باعث ایجاد کلوخه شدن فوری و زمان انحلال بسیار طولانی می شود.
2. تنظیم دمای آب: HEC به بهترین شکل در آب حل می شود 20-50 درجه سانتیگراد . آب سرد (زیر 10 درجه سانتیگراد) به طور قابل توجهی انحلال را کند می کند. آب بالای 80 درجه سانتی گراد می تواند باعث تخریب موضعی ستون فقرات سلولزی در طول انحلال شود.
3. زمان هیدراتاسیون کامل را در نظر بگیرید: پس از پراکندگی اولیه، اجازه دهید 30 تا 60 دقیقه بی قراری مداوم با سرعت کم برای توسعه ویسکوزیته کامل. افزودن زودهنگام سایر اجزا قبل از هیدراته شدن کامل HEC منجر به فرمولاسیون با ویسکوزیته نهایی به میزان قابل توجهی کمتر می شود.
4. بیوسید را بلافاصله پس از انحلال اضافه کنید: محلول‌های HEC مستعد تخریب میکروبی هستند - باکتری‌ها و قارچ‌هایی که ستون فقرات پلیمر سلولزی را می‌شکنند و باعث از دست دادن ویسکوزیته می‌شوند. یک ماده نگهدارنده تایید شده داخل قوطی (مانند ایزوتیازولینون مخلوط) اضافه کنید 0.05-0.15٪ ) بلافاصله پس از انحلال HEC برای محافظت از محلول قبل از مراحل بعدی فرمولاسیون.
5. تنظیم pH پس از افزودن HEC: محلول های HEC از pH 2 تا pH 12 پایدار هستند، اما اکثر فرمول های رنگ pH 8.5-9.5 را برای پایداری بهینه بایندر هدف قرار می دهند. پس از حل شدن کامل HEC، اصلاح کننده pH (آمونیاک، AMP-95) را اضافه کنید تا از PH موضعی در طول انحلال جلوگیری کنید.

سوالات متداول در مورد HEC در پوشش های مبتنی بر آب

Q1: چرا رنگ ضخیم شده با HEC من پس از چندین ماه ذخیره ویسکوزیته را از دست می دهد؟

از دست دادن ویسکوزیته در رنگ های ضخیم شده با HEC ذخیره شده تقریباً همیشه در اثر تخریب میکروبی ایجاد می شود. باکتری ها (به ویژه سودوموناس و باسیلوس گونه ها) و قارچ ها آنزیم های سلولاز تولید می کنند که زنجیره پلیمری HEC را می شکند و وزن مولکولی را کاهش می دهد و کارایی ضخیم شدن را کاهش می دهد - اغلب باعث ایجاد 50-90٪ از دست دادن ویسکوزیته در عرض 3 تا 6 ماه بدون محافظت کافی از مواد نگهدارنده. راه حل این است که اطمینان حاصل شود که بیوسید کافی درون قوطی با غلظت صحیح (با تامین کننده مواد نگهدارنده تایید شود)، نگهداری یک ظرف بسته برای جلوگیری از آلودگی، و استفاده از گریدهای HEC که با مواد تکمیل کننده مقاوم در برابر بیوسیدها درمان شده اند. اگر کاهش ویسکوزیته در تولید جدید مشاهده شد، سطح افزودن بیوسید و کیفیت میکروبیولوژیکی آب فرآیند خود را بررسی کنید.

Q2: تفاوت بین گریدهای HEC ذکر شده به عنوان "ویسکوزیته کم" و "ویسکوزیته بالا" چیست؟

درجات ویسکوزیته HEC به ویسکوزیته محلول آبی استاندارد شده 2% اشاره دارد که در دمای 25 درجه سانتیگراد اندازه گیری می شود. گریدهای با ویسکوزیته پایین (به عنوان مثال، mPa·s 100-400 در 2٪) وزن مولکولی کمتری دارند و برای دستیابی به ویسکوزیته رنگ به سطوح اضافه بیشتری نیاز دارند - آنها در جایی استفاده می شوند که انحلال راحت تر و ویسکوزیته محلول کمتر در طول تولید اولویت دارند. گریدهای با ویسکوزیته بالا (به عنوان مثال، 4000-15000 mPa·s در 1٪ یا 2٪) وزن مولکولی بسیار بالایی دارند و ویسکوزیته رنگ هدف را تولید می کنند. سطوح اضافه کمتر (0.3-0.6٪) - آنها برای پوشش های با ساختار بالا، رنگ های بافت و فرمولاسیون هایی که به ویژگی های تعلیق قوی نیاز دارند ترجیح داده می شوند. هنگام جابجایی بین گریدها، همیشه سطوح اضافه را بر اساس ویسکوزیته KU مورد نظر خود دوباره محاسبه کنید، زیرا نمرات وزن مولکولی مختلف بر اساس وزن به وزن قابل تعویض نیستند.

Q3: آیا می توان از HEC در پوشش های بیرونی که نیاز به مقاومت در برابر آب و شستشو دارند استفاده کرد؟

بله. یک تصور غلط رایج این است که HEC به دلیل محلول بودن در آب، مقاومت پوشش‌های خارجی در برابر آب را به خطر می‌اندازد. در عمل، HEC در غلظت های بسیار پایین (0.3-0.6٪ از فرمولاسیون کل) وجود دارد و به یک جزء جزئی از فیلم خشک تبدیل می شود که توسط چسب اکریلیک یا سیلیکون-اکریلیک تسلط دارد. هنگامی که فیلم پخت شد، پلیمر HEC به طور فیزیکی در داخل ماتریس بایندر دارای پیوند متقابل یا لایه‌ای محبوس می‌شود و به آسانی تحت قرار گرفتن در معرض باران معمولی دوباره حل نمی‌شود. آزمایش مستقل نشان می دهد که رنگ های بیرونی فرموله شده با HEC در سطوح استاندارد عبور می کنند تست مقاومت اسکراب ASTM D2486 در 1000 سیکل و meet ASTM D1653 moisture vapor transmission requirements for exterior masonry coatings.

Q4: چه چیزی باعث "چشم ماهی" یا توده های حل نشده در رنگ ضخیم شده با HEC می شود و چگونه می توان از آن جلوگیری کرد؟

چشم ماهی (توده های ژل HEC حل نشده) هنگامی تشکیل می شود که ذرات پودر HEC سریعتر از نفوذ آب به هسته در سطح بیرونی خود هیدراته می شوند و پوسته ژل غیر قابل نفوذی را تشکیل می دهند که از انحلال کامل جلوگیری می کند. موثرترین راهبردهای پیشگیری عبارتند از: HEC قبل از پخش در مقدار کمی گلیکول یا پروپیلن گلیکول (5 تا 10 قسمت گلیکول در هر قسمت HEC) قبل از افزودن به آب - گلیکول به طور موقت هیدراتاسیون سطح را مهار می کند و به ذرات اجازه می دهد قبل از شروع تورم پراکنده شوند. استفاده از نمرات HEC با انحلال تاخیری (نمرات سطحی که برای پراکندگی آسان تر طراحی شده اند)؛ حصول اطمینان از اختلاط با برش بالا در حین افزودن. و هرگز پودر HEC را به محلول های ضخیم شده یا با ویسکوزیته بالا اضافه نکنید.

Q5: چگونه HEC با ضخیم کننده های انجمنی HEUR هنگام استفاده ترکیبی تعامل می کند؟

ضخیم کننده های HEC و HEUR دارای پروفایل های رئولوژیکی مکمل هستند و اغلب با هم در رنگ های معماری نیمه براق و براق استفاده می شوند. HEC ویسکوزیته غالب برشی کم و برش میانی (پایداری ذخیره سازی، مقاومت در برابر افتادگی، پیکاپ غلتکی) را فراهم می کند، در حالی که HEUR ویسکوزیته برشی بالا (تراز کردن، احساس برس، و ضد پاشش در نرخ برش کاربرد) را ارائه می دهد. این ترکیب پروفایل رئولوژیکی متعادل تری نسبت به ضخیم کننده ها به تنهایی ایجاد می کند. با این حال، این دو به طور هم افزایی تعامل دارند - افزودن HEUR به یک سیستم ضخیم شده با HEC می تواند ویسکوزیته برش پایین را 15 تا 40 درصد بیشتر از پیش بینی های افزایشی افزایش دهد. ، فرمول‌سازها را ملزم می‌کند که سطوح HEC را هنگام مخلوط کردن کاهش دهند تا از ضخیم شدن بیش از حد جلوگیری شود. سطح سورفکتانت در فرمول به طور قابل توجهی بر کارایی HEUR تأثیر می گذارد. همیشه پس از تنظیم سطح نهایی سورفکتانت، ترکیب غلیظ کننده را بهینه کنید.

Q6: سطوح اضافه HEC چگونه باید هنگام فرمول‌بندی برای کاربردهای بیرونی در آب و هوای گرم تنظیم شود؟

ویسکوزیته HEC، مانند تمام محلول های پلیمری، با افزایش دما کاهش می یابد - تقریبا کاهش 2 تا 3 درصد ویسکوزیته به ازای افزایش درجه سانتی گراد در محدوده دمایی مربوطه رنگ فرموله شده با 110 KU در دمای 23 درجه سانتیگراد ممکن است فقط 85-90 KU در دمای 40 درجه سانتیگراد اندازه گیری کند، که می تواند باعث افتادگی و ساخت فیلم ضعیف در هنگام استفاده در آب و هوای گرمسیری یا بیابانی شود. برای فرمولاسیون بیرونی با آب و هوای گرم، افزودن HEC را افزایش دهید 15 تا 25 درصد بالاتر از سطح آب و هوای معتدل ، یا گریدهای با وزن مولکولی بالاتر با پایداری دمایی بهتر را انتخاب کنید. علاوه بر این، ترکیب کمی از غلیظ کننده خاک رس (آتاپولژیت در 0.2-0.4٪) را در کنار HEC در نظر بگیرید، زیرا ضخیم کننده های رسی حساسیت نسبتاً پایینی به دما از خود نشان می دهند و ویسکوزیته جبرانی را در دماهای بالا ارائه می دهند.