1. Qual è l'uso degli agenti livellanti come comune ausilio al rivestimento?
La funzione principale della vernice è quella di decorare e proteggere. Se si verificano difetti di scorrimento e di livellamento, non solo influiscono sull'aspetto estetico, ma compromettono anche la funzione protettiva. La formazione di fori di ritiro e di fori di spillo può portare a discontinuità nel film di vernice, riducendo le proprietà protettive della vernice. Nel processo di costruzione e formazione della pellicola si verificano alcuni cambiamenti fisici e chimici che, insieme alla natura della vernice stessa, influiscono in modo significativo sulla fluidità e sul livellamento della vernice.
Dopo l'applicazione del rivestimento, appariranno nuove interfacce, tipicamente l'interfaccia liquido/solido tra il rivestimento e il substrato e l'interfaccia liquido/aria tra il rivestimento e l'aria. Se la tensione interfacciale all'interfaccia liquido/solido tra la vernice e il substrato è superiore alla tensione superficiale critica del substrato, la vernice non sarà in grado di diffondersi sul substrato e produrrà naturalmente difetti di livellamento come occhi di pesce e restringimenti.
L'evaporazione dei solventi durante il processo di essiccazione porta a differenze di temperatura, densità e tensione superficiale tra la superficie e l'interno della pellicola di vernice, che a sua volta porta a movimenti turbolenti all'interno della pellicola, dando origine ai cosiddetti vortici. I vortici possono portare alla buccia d'arancia; nei sistemi contenenti più di un pigmento, i vortici possono anche portare a sbuffi e fioriture se c'è una certa differenza nella motilità delle particelle di pigmento, e alla filigrana sulle superfici verticali.
Durante l'essiccazione del film di vernice si formano talvolta particelle insolubili, che possono portare alla formazione di gradienti di tensione superficiale, spesso con conseguente formazione di ritiri nel film di vernice. Ad esempio, nei sistemi di polimerizzazione reticolati, in cui la formulazione contiene più di una resina, le particelle insolubili possono formarsi dalle resine meno solubili quando il solvente evapora durante il processo di essiccazione. Inoltre, nelle formulazioni contenenti tensioattivi, se il tensioattivo è incompatibile con il sistema o se la sua concentrazione cambia durante l'evaporazione del solvente durante l'essiccazione, con conseguenti variazioni della solubilità e formazione di goccioline incompatibili, si può formare una differenza di tensione superficiale. Tutte queste situazioni possono portare alla creazione di fori da ritiro.
La presenza di contaminanti esterni durante la costruzione e la formazione del film di un rivestimento può anche portare a difetti di livellamento come ritiri e occhi di pesce. Questi contaminanti sono solitamente olio, polvere, nebbia di vernice, vapore acqueo ecc. provenienti dall'aria, dagli strumenti di costruzione e dai substrati.
Anche la natura della vernice stessa, come la viscosità di lavorazione e il tempo di essiccazione, può avere un effetto significativo sul *livellamento finale del film di vernice. Una viscosità di applicazione troppo elevata e un tempo di essiccazione troppo breve producono solitamente una superficie poco livellata.
Pertanto, è necessario aiutare la vernice a ottenere un buon livellamento aggiungendo agenti livellanti, apportando alcune modifiche alla vernice durante la costruzione e la formazione del film e regolando le proprietà della vernice.
Per un determinato sistema di formulazione, è necessario scegliere un agente livellante adatto in base alla natura della formulazione e alle prestazioni che l'agente livellante deve ottenere.
1.1. Sistemi di verniciatura a base di solventi
Nelle formulazioni di primer e midcoat si utilizzano solitamente livellanti acrilici. Se è richiesta la degassificazione e la bagnabilità del supporto, è consigliabile scegliere
agenti livellanti acrilici a medio peso molecolare o ad alto peso molecolare. Nei primer, se è richiesta una maggiore bagnabilità del substrato, si possono prendere in considerazione gli agenti livellanti siliconici e gli agenti livellanti acrilici modificati (come gli agenti livellanti acrilici modificati al fluoro e gli agenti livellanti acrilici modificati ai fosfati) che riducono significativamente la tensione superficiale; se gli agenti livellanti siliconici e gli agenti livellanti acrilici modificati al fluoro hanno effetti collaterali come la stabilizzazione delle bolle e l'alterazione dell'adesione interstrato, si devono utilizzare agenti livellanti acrilici modificati ai fosfati.
Nelle formulazioni di topcoat e vernici trasparenti, i requisiti relativamente elevati per l'aspetto del film, in genere si può scegliere un agente livellante acrilico a basso peso molecolare, in grado di ottenere un buon livellamento, nel film non è facile produrre ombre di nebbia. Nei sistemi di polimerizzazione reticolata, gli agenti livellanti acrilici con gruppi funzionali reattivi sono spesso utilizzati per ottenere un miglior livellamento e migliorare le proprietà fisiche e chimiche del film. Gli agenti livellanti siliconici sono necessari se è richiesta una migliore fluidità o una resistenza allo scivolamento e ai graffi, nel qual caso è * preferibile utilizzare agenti livellanti siliconici in combinazione con agenti livellanti acrilici.
Va notato che gli agenti livellanti siliconici forniscono proprietà di livellamento e riducono efficacemente la tendenza del rivestimento a cedere quando viene applicato su superfici verticali. Inoltre, nelle formulazioni di vernici metallizzate, gli agenti livellanti siliconici devono essere usati con cautela, in quanto possono causare un allineamento non uniforme dei pigmenti di scaglie di alluminio e un colore non uniforme della pellicola di vernice.
1.2. Sistema di rivestimento in polvere
Il processo di livellamento delle vernici in polvere si divide in due fasi. ** La prima fase è la fusione delle particelle di polvere e la seconda è la fusione e la fluidità delle particelle di polvere in una pellicola di vernice piatta. Le vernici in polvere non contengono solventi e non producono un gradiente di tensione superficiale durante il processo di formazione del film; il livellamento è più legato alla bagnatura del substrato.
Le vernici in polvere utilizzano spesso agenti livellanti acrilici. Se l'agente livellante è in forma liquida, di solito viene pre-prodotto in un lotto principale prima dell'uso. Esistono anche agenti livellanti acrilici in polvere, specifici per i rivestimenti in polvere, che sono agenti livellanti acrilici liquidi adsorbiti su polveri di silice e alcuni agenti livellanti di qualità inferiore adsorbiti con carbonato di calcio.
Se la verniciatura a polvere deve essere liscia e antipendente, è necessario utilizzare un agente livellante al silicone; esistono già polveri specifiche per le vernici in polvere di agente livellante al silicone. L'uso di agenti livellanti siliconici deve essere tenuto presente per evitare la formazione di fori da ritiro.
1.3 Sistema di rivestimento a base d'acqua
I sistemi di rivestimento a base d'acqua si dividono in sistemi idrosolubili e sistemi a base di lattice.
Nel sistema idrosolubile, la tensione superficiale del sistema deve essere fortemente ridotta, * comunemente utilizzati sono il livellante siliconico e i composti di fluorocarburi.
Si utilizzano allo stesso modo dei sistemi a base di solventi. Naturalmente, se è richiesta una superficie veramente piana, è necessario l'uso di livellanti acrilici per sistemi a base d'acqua.
Per i sistemi al lattice, il meccanismo di formazione del film è completamente diverso e la viscosità non cambia con l'evaporazione del solvente. L'uso di agenti livellanti nella formulazione può potenzialmente migliorare la bagnatura del substrato della vernice e gli agenti livellanti acrilici possono migliorare la planarità del film, ma le principali proprietà di flusso della vernice sono più spesso controllate e regolate dall'aggiunta di agenti di controllo reologico.
2. Perché è necessario aggiungere un agente livellante a una vernice?
La presenza di contaminanti esterni durante il processo di applicazione e formazione della pellicola di una vernice può anche portare a difetti di livellamento come ritiri e occhi di pesce. Questi contaminanti sono solitamente olio, polvere, nebbia di vernice, vapore acqueo ecc. provenienti dall'aria, dagli strumenti di costruzione e dai substrati.
Anche la natura della vernice stessa, come la viscosità di lavorazione e il tempo di essiccazione, può avere un effetto significativo sul *livellamento finale del film di vernice. Una viscosità di applicazione troppo elevata e un tempo di essiccazione troppo breve producono solitamente una superficie poco livellata.
Pertanto, è necessario aiutare la vernice ad ottenere un buon livellamento aggiungendo un agente livellante, apportando alcune modifiche alla vernice durante la costruzione e la formazione del film e alle proprietà della vernice.
3. Perché i livellanti a base d'acqua si addensano?
Nell'industria chimica, gli agenti livellanti sono indispensabili perché consentono di ottenere una superficie altamente omogenea, lucida e liscia. Tutti vediamo tecnici che mescolano agenti livellanti a base d'acqua ad addensanti naturali, ma con un buon grado di umidificazione. Per additivo reologico si intende un additivo che modifica la reologia di un fluido, ad esempio da un fluido newtoniano a un fluido plastico o pseudoplastico, o viceversa. Questi additivi possono essere polimeri, addensanti naturali, solventi inorganici o organici, o una varietà di elettroliti o disperdenti organici o inorganici.
Gli agenti livellanti sono utilizzati per ottenere una superficie altamente omogenea, lucida e liscia quando inchiostri, paste, rivestimenti, ecc. vengono applicati sulla superficie dei materiali. Questi agenti livellanti sono principalmente tensioattivi ed elettroliti polimerici altamente efficaci, il cui meccanismo d'azione è quello di disperdere, rompere la schiuma, diluire, rendere la vernice o l'inchiostro altamente fluidi (senza modificare il contenuto di solidi della vernice o dell'inchiostro) e avere una buona bagnabilità superficiale (entrambi).
4. La natura controllata degli agenti livellanti acrilici viene ottenuta modificando il peso molecolare
La natura controllata degli agenti livellanti acrilici si ottiene modificando il peso molecolare. La compatibilità dell'omopolimero non è buona come quella del copolimero, ad esempio l'acido acrilico omopolimero è di solito scarsamente compatibile con resine epossidiche, poliesteri, poliuretaniche e altre resine utilizzate nei rivestimenti; se vengono mescolate con metodi fisici, si formerà uno stato superficiale scadente del film di rivestimento non leggero, quindi l'omopolimero acrilico non è molto adatto per gli agenti livellanti. L'agente livellante ideale è un copolimero, che può essere un terpolimero o un copolimero modificato, e solo il copolimero può modificare la *ness e la temperatura di vetro del polimero attraverso diversi monomeri.
Di solito il peso molecolare medio numerico degli agenti livellanti acrilici è controllato tra 6000-20000, la distribuzione del peso molecolare è relativamente stretta, la temperatura del fiore di vetro è controllata al di sotto di -20°C e la tensione superficiale è inferiore a 25-26 mN/m. Questo copolimero acrilico a compatibilità limitata è considerato un buon agente livellante.
Gli agenti livellanti acrilici possono essere omopolimeri o copolimeri; strutture lineari o con catene ramificate; copolimeri casuali o copolimeri a blocchi.