Reológia automobilových a papierenských náterov

Úvod

Nástrek automobilových farieb, lakov a náterov a aplikácia náterov na papier sú typickými príkladmi priemyselných procesov, kde charakterizácia elongačných vlastností je nevyhnutnosťou pre optimalizáciu vlastností produktov a výrobných procesov. Elongačné toky sa objavujú v mnohých priemyselných výrobách a pracovných postupoch, pri ktorých tok materiálu prechádza mnohými zmenami.

Náterové hmoty sú obvykle vysoko štruktúrované tekutiny, ktoré sa skladajú z niekoľkých rôznych zložiek vrátane prísad, aditív, ktoré slúžia na úpravu povrchového napätia, optimalizáciu tixotropného správania alebo k zlepšeniu finálneho vzhľadu náteru, filmu.

Správanie automobilového náteru často nemožno charakterizovať len pomocou šmykových skúšok (rotačná reometria), pretože produkty s podobnými šmykovými viskozitami sa môžu veľmi líšiť v prípade elongačných vlastností; v prípade šmyku sú tokové línie paralelné, zatiaľ čo v elongácii konvergujú. Elongačný tok a elongačné vlastnosti materiálu preto nemožno simulovať a analyzovať pomocou rotačných reometrov ( Thermo Scientific HAAKE MARS , Thermo Scientific HAAKE Viscotester iQ ).

V prípade extenzionálneho reometra Thermo Scientific CaBER dochádza k vytvoreniu kvapalného vlákna, ktoré je ďalej vplyvom povrchového napätia roztiahnuté. CaBER (Capillary Breakup Extensional Rheometer) pracuje na princípe rýchleho odtiahnutia malých objemov kvapaliny. Vytvorené vlákno je merané z hľadiska hrúbky, resp. ako rýchlo sa vlákno pretrhne. Šírka vlákna je meraná uprostred dvoch odďaľujúcich sa dosiek a je vyhodnotená ako funkcia času. Tým je možné jednoduchým spôsobom charakterizovať elongačné správanie širokého spektra materiálu od nízkoviskóznych látok po pastovité tekutiny. Reologické vlastnosti typických automobilových náterov na vodnej báze a papierenských povrchov sú určované najmä zahusťovadlami a ich interakciami s ostatnými zložkami obsiahnutými v materiáli.

Thermo Scientific CaBER

Automobilové nátery

Pomocou rotačného (Thermo Scientific HAAKE MARS) a extenzionálneho ( Thermo Scientific CaBER ) reometra boli skúmané tri rôzne typy zahusťovadiel: akrylátové, asociatívne (polyméry so základom polymérov rozpustných vo vode + hydrofóbne skupiny) obsahujúce íl a CMC (karboxymetylcelulóza). V prípade elongačných vlastností prejavovali dané materiály rôzne charakteristiky. Akrylátové a asociatívne zahusťovadlá vykazovali pokles hodnoty priemeru vlákna v čase, typické správanie pre elastické tekutiny. Roztok CMC prejavil elongačné správanie viac ako viskózna tekutina, tzn. priemer vlákna sa znižoval exponenciálne.

Elongačným a šmykovým testom bol podrobený automobilový náter na vodnej báze a vodný roztok asociatívneho zahusťovadla. Podľa očakávania bol zaznamenaný pokles hodnoty priemeru vlákna ako funkcia času u elongačného merania. Prekvapivo čas roztrhnutia vlákna bol u náteru oveľa dlhší ako u samotného zahusťovadla aj napriek tomu, že hodnota šmykovej viskozity pri šmykovej rýchlosti 100 s ^-1 u čistého zahusťovadla je o jeden rád vyššie ako u náteru.

Aplikácia automobilového náteru striekaním

Papierenské nátery

Pri finálnej úprave papiera je náter vo väčšine prípadov aplikovaný pomocou valcov. V momente prenosu náteru na surový papier môže dôjsť k nepríjemnostiam typu nežiaducich kvapiek alebo zahmleniu. Najmä v týchto prípadoch zohráva rozhodujúcu úlohu elongačná viskozita.

Pri testovaní dvoch rôznych náterov vykazovala vzorka s akrylátovým zahusťovadlom omnoho dlhší čas roztrhnutia vlákna než vzorka s CMC. To koreluje s praktickou skúsenosťou u strojov nanášajúcich povlak. Náter obsahujúci akrylátové zahusťovadlo má taktiež menšiu tendenciu k rozstreku a zahmleniu ako náter s CMC.

U elongačných testov bolo zrejmé, že čistý akrylát mal tendenciu k tvorbe vlákna. Nátery bez obsahu akéhokoľvek zahusťovadla naopak vlákna netvorila vôbec. Vláknotvorná vlastnosť sa objavuje už pri 0,35 %-nom obsahu akrylátu vo vzorke. To súvisí s interakciami medzi rozpustenými molekulami zahusťovadla, pigmentmi a spojivom. V prípade papierenských náterov dochádza k poklesu priemeru vlákna s časom. Pri šmykových experimentoch bolo takmer nemožné rozlíšiť jednotlivé zmesi, čo vedie k záveru neschopnosti usudzovať na aplikačnom chovaní len pomocou rotačnej reometrie.

Záver

Elongačné a rotačné experimenty u automobilových a papierenských náterov ukázali, že správanie týchto látok sa nedá predpovedať jednoduchou charakterizáciou použitého zahusťovadla. Vlastnosti týchto komplexných formulácií sú riadené interakciami medzi polymérmi zahusťovadla, pigmentmi a spojivom.

Pre ďalšie informácie kontaktujte odborného predajcu oficiálneho distribútora pre Českú a Slovenskú republiku: PRAGOLAB s.r.o. ( www.pragolab.sk ).