酒,威士忌和咖啡和他们的角色在添加剂选择涂料| 2017-06-01 | PCI杂志

好处的配方设计师葡萄酒,威士忌和咖啡是众所周知的,咖啡来唤醒配方设计师在一天的开始和酒或威士忌庆祝会聚在一起吃一天的结果。然而,酒和咖啡的眼泪染色效果(图1)是众所周知的马朗戈尼效应的例子,¹油漆和涂料的一个重要物理现象也往往是相关的类似现象,往往造成不良的后果。都是液体表面张力引起的流的例子。

图1”葡萄酒的眼泪,咖啡污渍和威士忌模式玻璃。

葡萄酒的眼泪是由水和酒精的蒸发表面的葡萄酒,然后其次是凝结的玻璃。然而,随着酒精蒸汽压高于水,更多的水凝结在玻璃上,导致富含水分冷凝物,而酒更醇丰富的表面。当冷凝流动的玻璃酒表面,一个不寻常的流型观察到液体的酒流了一个短距离的玻璃在地心引力的作用,导致厚滴(眼泪)跳跃玻璃边缘。这是由于引力(表面张力)富含水分液滴中比在场alcohol-rich表面,导致液体被拉向滴。这种效应最初是由物理学家詹姆斯汤姆森解释,然后在深入研究卡罗朱塞佩•马特奥马朗戈尼(1840 - 1925)的一部分,他的博士论文在意大利帕维亚大学的。的影响已经被研究了更加详细和继续激发研究。

咖啡斑效果,形成更厚,更强烈的彩色环周围的边缘溢出的液体混合物,流动模式的另一个例子是由表面张力的力量。³当液体混合物从表面蒸发,表面张力的力量创建流模式,传播更多的挥发性表面,使接触线合同作为液体体积减少(图2)。然而,如果液体与底物相互作用,收缩可以约束和放缓。如果固体颗粒,比如咖啡磨,被流,他们将被推到边缘沉积,而没有足够的体积让他们回滴。这将创建厚边缘,可以如果粒子颜色清晰可见。这种效应也继续被广泛的研究,最近,普林斯顿大学的研究人员注意到,边缘效应时没有威士忌干在一个干净的玻璃。²他们还能够重现这个现象使用表面活性剂的选择组合,可溶性聚合物和溶剂混合,潜在的用于涂料。

图2”在液体液滴表面张力流模式。

力由表面张力差异也可以演示了使用简单的soap船实验,可以推动一个小船的小滴的表面活性剂(或消泡器)到一个切口在船的后面。效果尤其明显,如果表面活性剂是彩色或乳液消泡剂使用。然而,同样的实验也可以用来展示其他因素如何影响流。当实验重复一艘更大的船(质量),运动是大幅减少,需要更多的力量来推动一个更重的对象。同样,如果水被替换为蜂蜜(或水与纤维素增稠剂增厚),船几乎没有移动,粘性阻力阻止运动。因此可以看出,流引起的表面张力差异会很大,这也是影响液体的其他属性。

表面张力的力量在涂料与许多已知的问题,比如可怜的衬底润湿,火山口,鱼眼,橙皮和水准测量模式,边缘收缩和相框,recoatability差。⁴表面活性剂和表面活性材料常用于控制和预防这些缺陷通过最小化表面188金宝搏bet官网张力的差异导致的流。表面tension-driven流在泡沫控制也是一个重要的机制,去沫剂也包含低表面张力、不溶性液体,分布在泡沫层导致泡沫不稳定。⁵配方属性影响液体流动也会影响表面tension-driven流和意志,因此,影响添加剂的行为在不同的配方。

测试方法

为了演示这些效应,一个非常简单的使用水性聚氨酯涂料配方制备丙烯酸混合树脂分散,制定适当的合并co-solvents预混料和调整各种固体含量与商业二氧化钛悬浮液(表1)。油漆测试为0%,15%和30%聚氯乙烯演示和电影固体密度的影响,和15%的PVC样品也测试了要么有或没有增稠剂(0.4%商业HEUR型增稠剂)。每个配方测试不同的去沫剂或表面活性剂。无增稠剂配方的粘度是关于100厘沲和400厘沲增稠剂;没有表面活性剂,表面张力的配方是52 mN / m。

表1”简单的涂料配方。

结果与消泡器

第一个测试检查对四个不同的消泡器的影响——一个强大的硅氧烷消泡剂,中档油消泡剂,更兼容的硅氧烷消泡器和分子消泡剂。图3显示了一个简单的泡沫测试的结果,制定样品的密度测量之前和之后的30秒捣碎机剪切。泡沫数据报告为归一化密度(剪切密度/初始密度)作为填充样本有较高的初始密度越高。所有的消泡器都有效地减少空气纳入样本,正如所料,和硅氧烷消泡器是最有效的。样品含有增稠剂有更高密度(空气含量低)比样品没有增稠剂,但这些被刷,泡沫当应用表明很难吸收和释放空气粘度配方。通常,higher-PVC配方给了低密度(空气含量高)比lower-PVC配方与所有四个消泡器测试。最有效的消泡剂更兼容硅氧烷,除了增厚的情况下油漆。

图3»消泡性能配方PVC的函数和增稠剂。

相同的配方适用于撤军,然后刷上不同的底物,包括Leneta图表、木材和塑料(Sabic Cycoloy),和干电影表面缺陷的检测。一个例子,结果如图4所示。制定没有消泡器没有缺陷,但泡沫明显出现在应用电影,虽然有很少或没有泡沫出现在任何包含消泡器的油漆。表面缺陷的数量和规模与提高PVC和粘度降低,所有三个油压式消泡器的基板测试。这一趋势放大在塑料基板(不透水表面能最低)和减少easier-to-wet Leneta图表。

图4»表面缺陷与不同的消泡器Cycoloy衬底上油漆刷敷。

配方粘度的影响,涂层密度和基质对消泡器性能已经在其他的研究⁶这些现象已经被证明与制定流表面张力下部队的能力。更兼容(疏水性)硅氧烷消泡器给良好的性能在大多数测试的配方,但它并不总是整体表现最好在一个给定的制定/基质组合。实验确定的分子消泡器给最好的结果应用于木材,而石油消泡器最好在30% PVC配方在同一衬底。

结果与表面活性剂

类似的趋势被认为在不同的表面活性剂用作润湿剂在相同的基础配方。一系列的表面活性剂进行了测试在制定post-adding 0.5% w / w剂量基础漆的表面活性剂,然后应用油漆刷或减少同样的基质。基本配方的表面张力是52 mN / m PVC的水平,和最有效的表面活性剂(硅氧烷)降低48 mN / m;许多高乙氧基表面活性剂几乎没有制定对表面张力的影响,表明他们与粘结剂或交互颜料。所有的公式应用在木材和Leneta图表,但同样的趋势与消泡器也可以看到difficult-to-wet Cycoloy衬底。与硅氧烷表面活性剂的最佳结果,正如所料,这能够降低表面形成表面张力足够防止tension-driven流的缺陷。然而,不那么有效表面活性剂、缺陷再次减少,随着涂料固体和密度增加或涂料粘度,减少配方流(图5)的能力。

图5»表面缺陷在刷敷涂料Cycoloy衬底具有不同的表面活性剂。

结论

表面tension-driven流是一个真正的力量,由局部液体和衬底表面张力的差异,可以创建许多不良影响的油漆和涂料配方设计师。然而,这个流也是受到涂层的电阻质量,电影重量和粘度,可以防止或限制流。添加剂通常被用来试图消除表面tension-driven流造成的问题,但他们通常作为解决问题的一次其他配方属性是固定的。因此,添加剂的选择可以是一个挑战,因为添加剂在其他配方属性变化上的表现也不同。高效消泡剂对高填充油漆可能会导致表面缺陷的配方粘度变化不同的应用程序,而更适合更高填充涂料消泡器失去有效性。同样,更专门的表面活性剂如硅氧烷、炔二醇或含往往需要更多difficult-to-wet基质,而简单的表面活性剂可能对那里基质完全足够。通过了解如何影响配方添加剂性能变化,构建可以识别潜在的问题,与他们的供应商合作,更快找到答案。