Wat zijn de belangrijkste redenen voor de droogsnelheid van coatings op waterbasis?
Snelle droging is de meest gehoorde klanteneis voor watergedragen coatings. Door de unieke moleculaire structuur, d.w.z. de extreem sterke waterstofbinding tussen moleculen, verschillen de eigenschappen duidelijk van de meeste organische oplosmiddelen. Op het gebied van watergedragen coatings is deze eigenschap geconcentreerd in het feit dat, vanwege de hoge verdampingswarmte van water, de verdampingssnelheid van water meer dan tien of zelfs tientallen keren langzamer is dan die van gewone coatingoplosmiddelen. Bovendien verandert de verdampingssnelheid van water dienovereenkomstig door de aanzienlijke hoeveelheid waterdamp in de lucht en de grote seizoensgebonden schommelingen. In het slechtste geval, als de relatieve luchtvochtigheid 100% bereikt, stopt de verdamping van water, terwijl niet-wateroplosmiddelen niet beïnvloed worden door deze factor.
Hoewel watergedragen coatings te maken hebben met de hierboven beschreven technische uitdagingen, zullen ze vanwege hun milieuvriendelijke eigenschappen zeker een belangrijke rol gaan spelen op het gebied van coatings. Dankzij de niet aflatende inspanningen van watergedragen coatingwerkers in de afgelopen tien jaar wordt de watergedragen coatingtechnologie steeds volwassener. Hieronder volgt een bespreking van de belangrijkste factoren die van invloed zijn op de droogsnelheid van watergedragen coatings en de bijbehorende maatregelen die kunnen worden genomen bij het formuleren.
1. Selectie van hars.
Zoals bij alle coatings worden de prestaties van coatings op waterbasis grotendeels bepaald door het hars dat in de formulering wordt gekozen. De meeste watergedragen filmvormende harsen zijn emulsiesystemen, waarvan het filmvormende mechanisme verschilt van dat van coatings op basis van oplosmiddelen. Op oplosmiddel gebaseerde harsen vormen een eenfasig systeem met het oplosmiddel en als het oplosmiddel verdampt, neemt de viscositeit van het systeem toe totdat het vast wordt. Wanneer het volume van de emulsiedeeltjes echter een kritische waarde bereikt, verandert het systeem plotseling van een toestand in een vaste toestand, wat een discontinu proces is. De volledige manifestatie van oppervlaktedrogen tot verffilmprestaties hangt af van de verdampingssnelheid van restwater in het systeem, de interpenetratie van macromoleculen in de emulsiedeeltjes en de vervluchtigingssnelheid van andere kleine organische moleculen in het systeem. Om het systeem te optimaliseren, moet de hars bij het maken van watergedragen verfformules worden geselecteerd op basis van de volgende aspecten.
a. Vastestofgehalte: Meestal geldt: hoe hoger het vaste stofgehalte van de emulsie, hoe dichter het bij de kritische waarde voor oppervlaktedrogen ligt, hoe sneller het droogt. Een te hoog vastestofgehalte kan echter ook een aantal nadelen met zich meebrengen. Een snelle oppervlaktedroging verkort de schildertijd en veroorzaakt ongemakken in de bouw. Emulsies met een hoog vastestofgehalte hebben meestal een slechte reologische werking door de kleine afstand tussen de harsdeeltjes en zijn niet gevoelig voor verdikkingsmiddelen, waardoor het moeilijker is om de spuit- of verfprestaties van de verf aan te passen.
b. Grootte van de emulsiedeeltjes: hoe kleiner de deeltjes van de emulsie, hoe kleiner de afstand tussen de deeltjes bij dezelfde vaste inhoud, hoe lager de kritische waarde voor tafeldroog, hoe sneller de droogsnelheid. Kleine emulsiedeeltjes brengen ook andere voordelen met zich mee, zoals goede filmvormende eigenschappen en een hoge glans.
c. Glasovergangstemperatuur (Tg) van de hars: Over het algemeen geldt: hoe hoger de Tg van de hars, hoe beter de prestaties van de uiteindelijke film. Voor de droogtijd is de trend echter omgekeerd. Voor harsen met een hoge Tg moeten meestal meer filmvormende additieven aan de formulering worden toegevoegd om de interpenetratie van macromoleculen tussen emulsiedeeltjes te vergemakkelijken en de filmkwaliteit te bevorderen. Deze filmvormende additieven hebben echter voldoende tijd nodig om uit het systeem te vervliegen en verlengen in feite de tijd van oppervlaktedrogen tot volledig drogen. In termen van deze Tg-factor staan droogtijd en filmvormende prestaties dus vaak haaks op elkaar.
d. Fasestructuur van emulsiedeeltjes: afhankelijk van het bereidingsproces van de emulsie kan dezelfde monomeersamenstelling resulteren in verschillende fasestructuren van de deeltjes. De alom bekende kern-schelpstructuur is een van de voorbeelden. Hoewel het niet mogelijk is om van alle deeltjes van een emulsie een core-shell structuur te maken, is deze figuurlijke analogie een manier voor mensen om een algemeen begrip te krijgen van de filmvormende eigenschappen van een emulsie. Als de deeltjes een laag Tg-gehalte van de schil en een hoog Tg-gehalte van de kern hebben, heeft het systeem minder filmvormende additieven nodig en droogt het sneller, maar de hardheid van de film wordt beïnvloed omdat de continue fase na filmvorming een hars met een laag Tg-gehalte is. Als de Tg van het omhulsel van de deeltjes daarentegen hoog is, is er een bepaalde hoeveelheid hulpstoffen nodig voor de filmvorming en zal de droogsnelheid van de film langzamer zijn dan de eerste, maar de hardheid na het drogen zal hoger zijn dan de eerste.
e. Type en hoeveelheid oppervlakteactieve stoffen: gangbare emulsies gebruiken bepaalde oppervlakteactieve stoffen in het productieproces. Oppervlakteactieve stoffen hebben een isolerend en beschermend effect op de emulsiedeeltjes en hebben een grote invloed op het filmvormingsproces waarbij de deeltjes met elkaar versmelten, vooral in de beginfase, d.w.z. het drogen van het oppervlak. Bovendien werken deze unieke chemicaliën, die een bepaalde oplosbaarheid hebben in zowel water- als oliefasen, opgelost in de hars feitelijk als filmvormende additieven. Verschillende oppervlakte-actieve stoffen zullen, door hun verschillende oplosbaarheid in de hars, verschillende filmvormende functies hebben.
2. Uithardingsmechanisme van hars.
Filmvormende uitharding van hars op waterbasis heeft over het algemeen verschillende niveaus van mechanisme. Ten eerste, de aggregatie en fusie van emulsiedeeltjes, is het mechanisme dat alle emulsie-oppervlakdroging ondergaat. De tweede fase van uitharding is de vervluchtiging van water en andere filmvormende additieven, waardoor de basiseigenschappen van de thermoplastische hars zelf volledig tot hun recht komen. Tot slot introduceren bepaalde emulsies een cross-linking mechanisme tijdens de bereiding, of cross-linking middelen tijdens het aanbrengen van de coating, om de hardheid van de film bovenop het thermoplastische hars verder te verhogen. Het verknopingsmechanisme in deze laatste stap kan een significante invloed hebben op de uiteindelijke snelheid en uithardingsgraad van de film. Veel voorkomende verknopingsmechanismen zijn oxidatieve verknoping (bijv. verknoping van alkydharsen), Micell additieve verknoping (bijv. sommige zelf-koppelende emulsiesystemen) en nucleofiele substitutie verknoping (bijv. epoxy, polyurethaan, etc.). Deze vernettingsreacties worden beïnvloed door temperatuur, pH en andere factoren. De formulering moet een evenwicht vinden tussen de uithardingseisen van het systeem en andere eigenschappen van de relatie.
3. De hoeveelheid en het type filmvormende additieven.
Theoretisch is het oplosmiddel van elke hars een filmvormend additief. In de praktijk zijn er, rekening houdend met veiligheid, kosten, snelheid en andere factoren, slechts een tiental veelgebruikte filmvormende additieven, voornamelijk een aantal alcoholen met een hoog kookpunt, ethers en esters. Verschillende watergedragen coatingtechnici geven de voorkeur aan deze filmvormende additieven. Over het algemeen zijn er maar twee of drie soorten filmvormende additieven die vaak gebruikt worden door ervaren technici. De belangrijkste overweging is de verdeling van het reagens tussen het water en de hars en binnen de harsdeeltjes. Vooral als de hars op waterbasis een meerfasenhars is, is de selectie en afstemming van filmvormende additieven bijzonder belangrijk.
4. Bouwomgeving.
Aan het begin van dit artikel hebben we het waterprobleem besproken. Vanwege de eigenschappen van water is de constructieomgeving van verven op waterbasis veeleisender dan die van verven op oliebasis, vooral omdat de temperatuur en vochtigheid tijdens de constructie zoveel mogelijk onder controle moeten worden gehouden. Voor formuleringen voor algemeen gebruik moet een hoge luchtvochtigheid zoveel mogelijk worden vermeden. Als het nodig is om te werken onder hoge vochtigheid, moet de formulering worden aangepast, of moet een hars met snelle filmvorming worden gekozen of moet de locatie worden geïsoleerd.
Grondstoffen voor UV-coating : UV-monomeer Producten uit dezelfde serie
| Polythiol/Polymercaptan | ||
| DMES-monomeer | Bis(2-mercaptoethyl)sulfide | 3570-55-6 |
| DMPT monomeer | THIOCURE DMPT | 131538-00-6 |
| PETMP monomeer | PENTAERYTRITOL TETRA(3-MERCAPTOPROPIONAAT) | 7575-23-7 |
| PM839 Monomeer | Polyoxy(methyl-1,2-ethaandiyl) | 72244-98-5 |
| Monofunctioneel monomeer | ||
| HEMA monomeer | 2-hydroxyethylmethacrylaat | 868-77-9 |
| HPMA-monomeer | 2-hydroxypropylmethacrylaat | 27813-02-1 |
| THFA-monomeer | Tetrahydrofurfuryl acrylaat | 2399-48-6 |
| HDCPA monomeer | Gehydrogeneerd dicyclopentenylacrylaat | 79637-74-4 |
| DCPMA-monomeer | Dihydrodicyclopentadieenylmethacrylaat | 30798-39-1 |
| DCPA monomeer | Dihydrodicyclopentadieenylacrylaat | 12542-30-2 |
| DCPEMA monomeer | Dicyclopentenyloxyethylmethacrylaat | 68586-19-6 |
| DCPEOA monomeer | Dicyclopentenyloxyethylacrylaat | 65983-31-5 |
| NP-4EA monomeer | (4) geëthoxyleerd nonylfenol | 50974-47-5 |
| LA Monomeer | Laurylacrylaat / Dodecylacrylaat | 2156-97-0 |
| THFMA-monomeer | Tetrahydrofurfurylmethacrylaat | 2455-24-5 |
| PHEA-monomeer | 2-FENOXYETHYLACRYLAAT | 48145-04-6 |
| LMA monomeer | Laurylmethacrylaat | 142-90-5 |
| IDA-monomeer | Isodecylacrylaat | 1330-61-6 |
| IBOMA Monomeer | Isobornylmethacrylaat | 7534-94-3 |
| IBOA Monomeer | Isobornylacrylaat | 5888-33-5 |
| EOEOEA Monomeer | 2-(2-Ethoxyethoxy)ethylacrylaat | 7328-17-8 |
| Multifunctioneel monomeer | ||
| DPHA-monomeer | Dipentaerythritol hexaacrylaat | 29570-58-9 |
| DI-TMPTA monomeer | DI(TRIMETHYLOLPROPAAN)TETRAACRYLAAT | 94108-97-1 |
| Acrylamidemonomeer | ||
| ACMO monomeer | 4-acryloylmorfoline | 5117-12-4 |
| Di-functioneel monomeer | ||
| PEGDMA-monomeer | Poly(ethyleenglycol)dimethacrylaat | 25852-47-5 |
| TPGDA monomeer | Tripropyleenglycol diacrylaat | 42978-66-5 |
| TEGDMA-monomeer | Triethyleenglycol dimethacrylaat | 109-16-0 |
| PO2-NPGDA monomeer | Propoxylaat neopentylene glycol diacrylaat | 84170-74-1 |
| PEGDA monomeer | Polyethyleenglycoldiacrylaat | 26570-48-9 |
| PDDA-monomeer | Ftalaat diethyleenglycoldiacrylaat | |
| NPGDA monomeer | Neopentyl glycol diacrylaat | 2223-82-7 |
| HDDA monomeer | Hexamethyleen-diacrylaat | 13048-33-4 |
| EO4-BPADA monomeer | GEËTHOXYLEERD (4) BISFENOL A-DIACRYLAAT | 64401-02-1 |
| EO10-BPADA monomeer | GEËTHOXYLEERD (10) BISFENOL A-DIACRYLAAT | 64401-02-1 |
| EGDMA-monomeer | Ethyleenglycol dimethacrylaat | 97-90-5 |
| DPGDA monomeer | Dipropyleenglycol Dienoaat | 57472-68-1 |
| Bis-GMA monomeer | Bisfenol A glycidylmethacrylaat | 1565-94-2 |
| Trifunctioneel monomeer | ||
| TMPTMA monomeer | Trimethylolpropaan trimethacrylaat | 3290-92-4 |
| TMPTA monomeer | Trimethylolpropaan triacrylaat | 15625-89-5 |
| PETA Monomeer | Pentaerytritoltriacrylaat | 3524-68-3 |
| GPTA ( G3POTA ) Monomeer | GLYCERYL PROPOXY TRIACRYLAAT | 52408-84-1 |
| EO3-TMPTA monomeer | Geëthoxyleerd trimethylolpropaan triacrylaat | 28961-43-5 |
| Fotolijstmonomeer | ||
| IPAMA-monomeer | 2-isopropyl-2-adamantylmethacrylaat | 297156-50-4 |
| ECPMA-monomeer | 1-Ethylcyclopentylmethacrylaat | 266308-58-1 |
| ADAMA-monomeer | 1-Adamantylmethacrylaat | 16887-36-8 |
| Methacrylaten monomeer | ||
| TBAEMA monomeer | 2-(Tert-butylamino)ethylmethacrylaat | 3775-90-4 |
| NBMA-monomeer | n-Butylmethacrylaat | 97-88-1 |
| MEMA monomeer | 2-Methoxyethylmethacrylaat | 6976-93-8 |
| i-BMA monomeer | Isobutylmethacrylaat | 97-86-9 |
| EHMA Monomeer | 2-Ethylhexylmethacrylaat | 688-84-6 |
| EGDMP monomeer | Ethyleenglycol Bis(3-mercaptopropionaat) | 22504-50-3 |
| EEMA Monomeer | 2-ethoxyethyl 2-methylprop-2-enoaat | 2370-63-0 |
| DMAEMA monomeer | N,M-dimethylaminoethylmethacrylaat | 2867-47-2 |
| DEAM-monomeer | Diethylaminoethylmethacrylaat | 105-16-8 |
| CHMA-monomeer | Cyclohexylmethacrylaat | 101-43-9 |
| BZMA-monomeer | Benzylmethacrylaat | 2495-37-6 |
| BDDMP monomeer | 1,4-Butaandiol Di(3-mercaptopropionaat) | 92140-97-1 |
| BDDMA monomeer | 1,4-butaandioldimethacrylaat | 2082-81-7 |
| AMA Monomeer | Allylmethacrylaat | 96-05-9 |
| AAEM monomeer | Acetylacetoxyethylmethacrylaat | 21282-97-3 |
| Acrylaten monomeer | ||
| IBA-monomeer | Isobutylacrylaat | 106-63-8 |
| EMA monomeer | Ethylmethacrylaat | 97-63-2 |
| DMAEA-monomeer | Dimethylaminoethyl acrylaat | 2439-35-2 |
| DEAEA-monomeer | 2-(diethylamino)ethylprop-2-enoaat | 2426-54-2 |
| CHA monomeer | cyclohexyl prop-2-enoaat | 3066-71-5 |
| BZA Monomeer | benzyl prop-2-enoaat | 2495-35-4 |