معرفی اصلاح کننده های رئولوژیکی و کاربرد های ویژه آن‌ها
رئولوژی برای موفقیت رنگ در مراحل تولید، ذخیره‌سازی و کاربرد نهایی بسیار مهم است. در هر دو فرمولاسیون پایه حلالی و محلول در آب (پایه آب)، اصلاحکنندههای رئولوژیکی (غلیظ کننده‌های رنگ) به دست‌یابی به رفتار رئولوژیکی مطلوب کمک می‌کنند. اصلاحکنندههای رئولوژیکی به کنترل ثبات پایداری رنگ، سهولت استفاده، شُره کردن و ... کمک می‌کنند. آن‌ها بر روی ترازشوندگی، تهنشینی و تشکیل فیلم اثر می‌گذارند. بسته به ویژگی‌های این اصلاح‌کننده‌ها و تنظیمات موردنیاز به هنگام آسیاب یا تخلیه اضافه می‌شوند.
اصلاحکنندههای رئولوژیکی عمدتاً قبل از مرحله پراکنش (نوع و مقدار تنظیم‌شده در تجهیزات) اضافه می‌شوند تا رفتار جریان مطلوبی را به دست آورند. اگر رنگ‌دانه‌ها به میزان متوسط پراکنده شوند به‌طوری‌که یک جریان متلاطم نازک رخ دهد، منجر به اتلاف زیاد انرژی تأمین‌شده می‌شود. بنابراین از این روش به‌عنوان روش بهینه برای فرآیند پراکنش استفاده نمی‌شود. در حین ذخیره‌سازی، رنگ باید دارای ویسکوزیته به اندازه کافی بالا باشد تا ذرات رنگ‌دانه سنگین رسوب نکنند. به روش مشابه با تنظیم ویسکوزیته بسیاری از خصوصیات مشخصه کاربرد تعیین می‌شوند. به‌عنوان‌مثال:
- جریان و هم‌سطحی
- مقاومت در برابر شُره، قابلیت برش‌زنی
- ضخامت و کدری رنگ
رفتار رئولوژیکی یک سیستم در شرایط مختلف توسط پروفیل ویسکوزیته توصیف می‌شود، ویسکوزیته را به‌عنوان تابعی از شرایط برشی اعمال‌شده نشان می‌دهد.
جریان نیوتنی سیستمی را تعریف می‌کند که ویسکوزیته بدون در نظر گرفتن میزان برش و زمان اعمال‌شده در فشار و دما ثابت باشد. بنابراین اندازهگیری ویسکوزیته واحد، یک مقدار واقعی را برای ویسکوزیته مشخص می‌کند. میزان برش مستقیماً با نیروی برشی متناسب است. نمونه‌هایی از مایعات نیوتنی آب و حلال‌های خالص هستند.
شبه پلاستیسیته نوعی ویسکوزیته ساختاری است که کاهش ویسکوزیته با افزایش سرعت برش نشان داده می‌شود. اکثر رنگ‌ها و لاک‌ها درجه‌ای از رفتار شبه پلاستیک (رقیق‌شوندگی برشی) را نشان می‌دهند.
شکل بالا رفتار رئولوژیکی برای سیستم‌های مختلف را نشان می‌دهد. تیکسوتروپی یک رفتار جریان وابسته به زمان است. ویسکوزیته در یک سرعت برش ثابت (تنش برشی ثابت) کاهش می‌یابد. پس از پایان تنش ویسکوزیته دوباره افزایش می‌یابد.
رئولوژی و اندازهگیری ویسکوزیته
انتخاب مناسب‌ترین روش اندازهگیری برای رئولوژی رنگ تا حد زیادی باهدف مرتبط است:
- یک روش نشان‌گر ظاهر درون ماده و ویسکوزیته کاربردی در محل
- اهداف کنترل کیفیت (QC)
- یک روش پیشرفته برای اندازهگیری دقیق رئولوژی
مورد 1 بهره‌گیری از آزمون پویا با استفاده از اسپاتول (قاشقک) در محل است. کارایی به‌صورت نازک/ضخیم، کوتاه/بلند بیان می‌شود و قضاوت بسیار بر اساس تجربه است. ویسکوزیته کاربردی رنگ‌های رقیق‌شده و اسپری شده با استفاده از کاپ‌های جریان مانند DIN، Ford، ASTM تعیین می‌شود. فنجان‌های جریان، زمان عبور از یک روزنه ثابت را اندازهگیری می‌کنند و فقط برای مایعات نزدیک به سیال نیوتنی قابل‌استفاده هستند.
ویسکومترهای چرخشی مانند بروکفیلد به دلیل کنترل آسان و اندازهگیری سریع به‌طور گسترده برای اهداف QC استفاده می‌شوند. این‌یک سیستم اندازهگیری نسبی است، بنابراین اجازه اندازهگیری رئولوژیکی مطلق را نمی‌دهد. بسته به دامنه ویسکوزیته مورد نظر، اسپین دل‌های مختلف نظیر دیسک و پین می‌توانند استفاده شوند. ویسکومتر مخروط و صفحه علاوه بر این مزیت نیاز به مقدار کم نمونه آزمایش داشته و تمیز کردن آن بسیار آسان است. برای سیستم‌های اندازهگیری رئولوژی مطلق، از رئومترهای چرخشی ونوسانی مانند رئومتری مخروط و صفحه استفاده می‌شود. این ابزارها می‌توانند در حالت Shear stress یا Shear rate کار کنند. امکان تعیین رفتار ویسکوالاستیک، آزمون خزش (Creep) و آسایش (relaxation) را فراهم می‌کنند.
انواع اصلاحکنندههای رئولوژیکی
این افزودنی‌ها به دودسته عمده تقسیم می‌شوند:
اصلاحکنندههای رئولوژیکی آلی مورداستفاده
- برای رنگ‌های پایه آب
- رنگ‌های پایه حلال
اصلاحکنندههای غیر آلی (معدنی) رئولوژیکی
اصلاحکنندههای آلی رئولوژیکی برای رنگ‌های پایه آب، فعال سطحی هستند. علاوه بر این ممکن است بخشی از ماتریس فیلم پلیمری در طول تشکیل فیلم باشند. به‌عنوان‌مثال ویژگی‌های مطلوب لایه پوشش مانند بهبود ظاهر، براقت و جریان را توضیح می‌دهد. تغییرات مربوط به ترکیب شیمیایی این اصلاحکنندههای رئولوژی فوق‌العاده متنوع است. برای رنگ‌های پایه آب، انواع مختلف اصلاحکنندههای رئولوژیکی آلی بر اساس ظ ضخیم شدن متمایز می‌شوند:
- اصلاحکنندههای رئولوژیکی که فقط فاز آبی را ضخیم می‌کنند.
- محصولاتی که با برهم‌کنش با سایر مواد رنگی ضخیم می‌شوند.
غلیظ کننده‌های شرکت‌پذیر نماینده آخرین گروه هستند.
از اصلاحکنندههای آلی رئولوژیکی پایه حلال برای بهینهسازی خصوصیات رئولوژیکی به کار می‌رود. بهینهسازی از طریق منتقل کردن مقاومت در برابر شره کردن و تهنشینی انجام می‌شود. محصولات مختلفی برای فرمولاسیون پوشش موجود است. تغییرات مربوط به ترکیب شیمیایی این اصلاحکنندههای رئولوژی فوق‌العاده متنوع است.
از اصلاحکنندههای رئولوژیکی معدنی پرکاربرد می‌توان به سیلیکات‌های لایه‌ای و ارگانوکلی‌ها اشاره کرد. این اصلاح‌کننده‌ها برای اهداف مختلفی در صنعت رنگ و پوشش استفاده می‌شوند. نماینده اصلی سیلیکات‌های لایه‌ای فیلوسیلیکات‌ها، هکتوریت و بنتونیت هستند. دیگر اصلاحکنندههای مهم رئولوژیکی پایه سیلیس، سیلیکات‌های آمورف سنتز شده هستند.
