Полиэфирмен модификацияланған полисилоксан бояу ағысын жақсарта ала ма?

Формулашылар бояулардың беттік сапасын жақсарту үшін қоспаларды бағалайтын кезде оларға тура келетін ең тұрақты қиындықтардың бірі — бір-біріне жабысу қабілетін немесе қайта бояу мүмкіндігін нашарлатпай, тегіс, ақаусыз деңгейлеу алу болып табылады. полиэтер модифициранған полиsiloxane бұл қоспа осы салада өте тиімді шешім ретінде пайда болды, ол силикондық химияның беттік белсенді қасиеттерін полийэфирлік бөліктердің үйлесімділік артықшылықтарымен үйлестіреді. Бұл қоспаның бояу жүйесінде қалай жұмыс істейтінін — сонымен қатар неге ол көптеген дәстүрлі деңгейлеу қоспаларынан озып шығатынын — тереңірек қарау қажет: оның молекулалық құрылымы мен сұйық бояу қабаттарындағы тәжірибелік әрекетін қарастыру керек.

Полиэфирмен модификацияланған полисилоксанның бояу ағысын жақсартуы мүмкін деген сұраққа қысқаша жауап: иә — және бұл жақсартудың механизмі беттік химиясының принциптері мен шынайы әлемдегі бояу қабаттарының өнімділігі туралы деректермен жақсы негізделген. Бұл мақала қоспа қалай жұмыс істейтінін, қандай бояу жүйелерінде ол ең көп пайданы әкелетінін, оның тиімділігін анықтайтын шарттарды және формула жасаушылардың оны өз бояу құрамдарына енгізбес бұрын түсінуі тиісті негізгі ұғымдарды қарастырады. Сіз сулы жүйелермен, еріткішті архитектуралық бояулармен немесе өнеркәсіптік жабындармен жұмыс істесеңіз де, бұл мақалада келтірілген ғылыми деректер мен қолдану бойынша нұсқаулар сіздің формула құру шешімдеріңізді жақсартуға көмектеседі.

Полиэфирмен модификацияланған полисилоксанның химиясы

Молекулалық құрылым және оның маңызы

Полиэфирмен модификацияланған полисилоксан силикондық материалдарға тән сипатты беттік белсенділік пен төмен беттік керілу қасиеттерін беретін Si-O-Si тізбегінен тұратын силоксан қаңқасына негізделген. Осы қаңқаға көбінесе этилен оксиді (EO) немесе пропилен оксиді (PO) тізбегі, немесе екеуінің де комбинациясы болып табылатын полиэфирлік бөліктер қосылады немесе кополимерленеді. Осы гибридті молекулалық құрылым полиэфирмен модификацияланған полисилоксанды модификацияланбаған силикондық сұйықтардан ажыратады, себебі соңғылары көптеген сырлау шайыстарымен үйлесімсіз болып келеді және кратерлер пайда болуына әкеледі.

Полиэфирлік бөліктер молекулаға гидрофильділік пен полярлық енгізеді, оны сулы және полярлық еріткішті бояу жүйелерімен әлдеқайда жақсы үйлесімді етеді. Гидрофильділік дәрежесін EO/PO қатынасын реттеу арқылы реттеуге болады, бұл формула жасаушыларға қоспа қандай да бір байланыстырушы жүйемен қалай әрекеттесетінін бақылауға мүмкіндік береді. Осы реттелетіндік — полиэфирмен модификацияланған полисилоксан әртүрлі өнеркәсіптік бояу қолданыстарында деңгейлеу қоспасы ретінде кеңінен қолданылатын негізгі себептердің бірі.

Силоксан қаңқасы пленка түзілу кезінде бір уақытта ауа-бояу шекарасына миграцияланады, осы шекарада беттік керілуін төмендетеді және беттік ағысты ынталандырады. Бұл екі қызмет — полиэфирлік бөліктерден резинамен үйлесімділік және силоксан қаңқасынан беттік керілуін төмендету — полиэфирмен модификацияланған полисилоксанды деңгейлеуді жақсарту үшін ерекше тиімді етеді.

Беттік керілуін төмендету және шекаралық белсенділік

Ылғалды қабат қабырғасын субстратқа қолданған кезде еріткіштің булануы, субстраттың температурасының өзгеруі немесе шаян концентрациясының жергілікті айырымы салдарынан қабырғада беттік керілу градиенттері пайда болады. Бұл градиенттер Марангони ағысын — төмен беттік керілу аймағынан жоғары беттік керілу аймағына сұйықтықтың қозғалысын — туғызады; оларды дұрыс бақыламаса, апельсин қабығы тәрізді беттік ақаулар, қылқалам іздері немесе басқа беттік ақаулар пайда болуы мүмкін.

Полиэфирмен модификацияланған полисилоксан сұйық қабырғасының жалпы беттік керілуін төмендетеді және маңыздысы, беттік керілу профилін біртектірек етеді. Ол қабырғаның ашық уақыты кезінде ауа–қабырға шекарасы бойынша таралып, осы керілу градиенттерін жояды және қабырғаның гельдену немесе қатаятын кезге дейін беттік профильдің қатайып қалуынан бұрын тиімдірек ағуы мен өзін-өзі деңгейлеуіне мүмкіндік береді. Бұл — тұтқырлықты төмендету үшін тек қана еріткіш қосуға қарағанда принципиалды түрде өзгеше әрекет жасайды және молекулалық деңгейде жұмыс істейді; ол үшін тек аз мөлшерде қоспа қажет.

Жалпы құрамға салынған салмағы бойынша 0,1%–0,5% аралығындағы типтік қолдану деңгейлерінде полиэфирмен модификацияланған полисилоксан сулы жүйелердің беттік керілуін тәжірибеде бақыланатын шамада төмендетеді, нәтижесінде беттік ылғалдану мен тегіс қабаттың қалыптасуын қамтамасыз ететін 30 мН/м-ден төменгі порогтық мәнге жетеді.

Практикада полиэфирмен модификацияланған полисилоксан ағысу мен тегістеуді қалай жақсартады

Таралған беттік ақаулардың жоғалуы

Практикада тегістеу қоспалары жеткілікті болмаған жағдайда бояу қабаттары жиі апельсин қабығының дәлме-дәл текстурасы, қылқалам іздері, дөңгелек теміршік іздері және төмен энергиялық беттерде жылжу сияқты беттік ақауларға ұшырайды. Бұл ақаулардың әрқайсысының өзіндік пайда болу себебі бар, бірақ олардың ортақ түбірлік себебі — ылғал қабаты кезеңінде беттік ағыстың жеткіліксіздігі немесе беттің толық ылғалданбауы. Полиэфирмен модификацияланған полисилоксан беттік керілуді төмендету мен бетті ылғалдандыруды жақсарту арқылы бұл екі факторға да әсер етеді.

Мысалы, апельсин қабығы тәрізді құбылыс пайда болады, егер бүркілген тамшылардың үлгісі пленканың кебу немесе қатая бастағанға дейін толық бірікпей және деңгейленбей қалса. Беттік керілу күші пленканың ұлғаятын тұтқырлығын жеңуі керек, әйтпесе деңгейлеу терезесі жабылады. Полиэфирмен модификацияланған полисилоксан қолданылған кезде пленка бетінде тез әсер етеді, сондықтан ол бұл деңгейлеу терезесін тиімді түрде кеңейтетін төмен беттік керілу ортасын құрады.

Қоспа беткі қабатта Ньютондыққа ұқсас ағысты қамтамасыз етеді, сондықтан қолданылған құрал (қылқалам немесе валик) пленка профилін бұзғаннан кейін ол жазық жазықтыққа қайта қалпына келеді; сондықтан да қылқалам іздері мен қолданылатын құралдардың іздері де сол сияқты азаяды. Жоғары қабатты архитектуралық эмальдар немесе әдемілік бояуларымен жұмыс істейтін формула жасаушылар полиэфирмен модификацияланған полисилоксан дұрыс дозасында қосылған кезде жиі жарқырау деңгейінің қатты жақсаруын және ақаулардың азаюын хабарлайды.

Сулы және еріткішті жүйелерде үйлесімділік

Полиэфирмен модификацияланған полисилоксанға кеңінен қолданыс табуға себепші болатын практикалық артықшылықтардың бірі — оның үйлесімділік диапазоны. Сулы жүйелерде — акрил эмульсиялары, полиуретан дисперсиялары және сулы алкид эмульсияларында — полиэфир бөліктері қоспа фазалық бөліну болмайтындай етіп, қосылысты біркелкі таратады. Бұл партиядан партияға қосылыстың тұрақты әсер етуін қамтамасыз етеді және үйлесімсіз қоспалар қолданылған кезде пайда болатын жолақтар мен беттің бұзылуын болдырмаған.

Еріткішті жүйелерде полиэфирмен модификацияланған полисилоксан да полиэфир бөлігінің полярлығын реттеуге болатындығына байланысты жақсы таратылады. Полиэфирлі, эпоксидті немесе алкидті еріткішті бояулармен жұмыс істейтін формула жасаушылар қосылыстың көбінесе алдын ала сұйылтқыш еріткішсіз интеграцияланатынын байқайды, бұл өндіріс процесін жеңілдетеді.

Сәулелену арқылы қатаятын жүйелер, мысалы УК-қатаятын және ЭС-қатаятын қаптаулар, полийэфирмен модификацияланған полисилоксанға қосымша пайдалану арқылы да пайда көреді, себебі бұл қоспа тез фотокурациядан бұрын қабаттың ағуын жақсартады. Бұл қолданбаларда қоспа тез әсер етуі керек, ал силиконды бөліктің бетке миграциялану кинетикасы қажетті жылдамдықты қамтамасыз етеді. Нәтижесінде қатаятын қабаттың беті тегісірек болады, жарқырау деңгейі жақсарып, соңғы қаптау профиліндегі толқындылық азаяды.

Негізгі сапалық көрсеткіштер мен құрамды құру бойынша нұсқаулық

Ең жоғары деңгейлеу эффектісі үшін дозалауды оптимизациялау

Полиэфирмен модификацияланған полисилоксанмен оптималды деңгейлеуді қол жеткізу үшін әрбір нақты бояу жүйесі үшін дәл дозалау калибрлеуін жүргізу қажет. Қоспа тым аз болса, беттік керілуін төмендету деңгейлеуге кедергі жасайтын кедергіні жеңуге жеткіліксіз болады, сондықтан ақаулар толығымен немесе жартылай шешілмей қалады. Қоспа тым көп болса, қайтадан бояуға болмау, көпіршіктердің тұрақтануы немесе қабаттар арасындағы адгезияның төмендеуі сияқты қауп-қатерлері артады. Көптеген өнеркәсіптік бояу құрамдары өзінің оптималды жұмыс істеу ауқымын барлық бояу массасына есептегендегі 0,1%–1,0% белсенді зат аралығында табады, бірақ нақты мән байланыстырушы жүйесіне, еріткіш құрамына және қолдану әдісіне байланысты.

Практикалық тәсіл ретінде 0,1%, 0,3% және 0,5% дозалық деңгейлерінде тартылу сынақтарын бастау керек; деңгейлеудің жақсаруын толқынды-сканерлеу құралы арқылы немесе қиғаш жарықта визуалды бағалау арқылы бағалау керек. Бұл құрылымдалған доза-жауап бағалауы белгілі бір жүйе үшін деңгейлеудің тегіс аймағын анықтайды және тиімділіктің төмендеуі басталатын нүктені көрсетеді — әдетте осы құрам үшін ұсынылатын дозалау диапазонының жоғарғы шегі.

Формулалаушылар сонымен қатар полисилоксанға полийэфирлік модификация енгізілген заттың формуладағы басқа беттік қоспалармен, атап айтқанда, көпіршіктерді жоятын заттар мен субстратты ылғалдайтын заттармен қалай әрекеттесетінін ескеруі керек. Кейбір көпіршіктерді жоятын заттардың химиялық құрамы ауа-фильм интерфейсінде деңгейлеу қоспасымен бәсекелестікке түсуі мүмкін, оның нәтижесінде деңгейлеу әсері бөлшектеп азаяды. Құрамдың соңғы нұсқасын бекіткенге дейін толық қоспа пакеті бар кіші масштабты формулалар дайындап, үйлесімділік тексерулерін жүргізу — кәсіби формулалау әзірлеуінің стандартты тәжірибесі.

Қайтадан сырлау және адгезия ескертулері

Силикондық қоспаларды бояуларға қосқан кезде туындайтын заңды қорқыныш — бұл келесі бояу қабаттарының дұрыс ылғалданбауына себепші болатын, тұрақты, төмен энергиялық түзілім бетін құру арқылы аралық қабаттың адгезиясын төмендету қаупі. Бұл қауіп шынымен де жоғары концентрацияда модификацияланбаған полидиметилсилоксан қолданылған кезде байқалады, ал полиэфирмен модификацияланған полисилоксан осы мәселені азайту үшін арнайы жасалған. Полиэфир бөліктері силоксан бетінің үздіксіздігін бұзады және келесі қабаттардың бекітілуі үшін жеткілікті беттік полярлықты сақтайды.

Көпқабатты бояу жүйелерінде полиэфирмен модификацияланған полисилоксан қолданылған кезде әрдайым рекоаттылықты сынау — яғни қоспа бар қатайтылған бірінші қабаттың үстіне екінші қабатты қолданып, одан кейін крест-қиылу немесе тарту сынағы арқылы адгезияны бағалау — жүргізілуі тиіс. Стандартты өнеркәсіптік бояу шарттары мен ұсынылатын дозаларында көптеген құрамдар өзгеріссіз рекоаттылық талаптарын қанағаттандырады, бірақ жүйеге тән тексеру әлі де ең жақсы практика болып табылады.

Деңгейлеу сапасы мен қайтадан бояуға жарамдылығы арасындағы тепе-теңдік — полисилоксанға полийтердің модификацияланған түрінің таза гидрофобты силиконды деңгейлеу қоспаларына қарағандағы негізгі инженерлік артықшылықтарының бірі. Полийтер бөлігіндегі ЭО мазмұнын реттеу арқылы қоспа өндірушілері осы тепе-теңдікті немесе күштірек деңгейлеуге, немесе жақсырақ қайтадан бояуға жарамдылыққа ығысуға мүмкіндік береді, сондықтан формула әзірлеушілері өзінің нақты қолданыс контекстіне сәйкес оптималды дәрежелерге ие болады.

Полийтермен модификацияланған полисилоксан ең көп құн қосатын қолданыс салалары

Өнеркәсіптік және автокөлік бояулары

Темір бұйымдар, машиналар және көліктерге қолданылатын өнеркәсіптік бояу жүйелері көркемдік мақсаттар үшін де, коррозияға қарсы қорғаныс сапасы үшін де өте тегіс, кемшіліксіз беттерді талап етеді. Өнеркәсіптік грунттау немесе жоғарғы бояуда «апельсин қабығы» немесе «иглалы тесіктер» бояудың барьерлік бүтіндігін төмендетеді және активтің пайдалану мерзімі ішінде жөндеу шығындарын арттырады. Бұл қолданыстарда полийтермен модификацияланған полисилоксан бояу қабатының кепкенге дейін біркелкі қалыңдық пен беттік профильге ағуын қамтамасыз ету үшін маңызды рөл атқарады.

Әсіресе автокөлік өндірушілерінің (OEM) жоғарғы бояулары жоғары жарқырау және кескіннің айқындығы (DOI) талаптарына сай құрылған, олар беттің толқындылығын өте қатаң бақылауды қажет етеді. Бұл жүйелерде полийтермен модификацияланған полисилоксан қосылуы формулашыларға толқындылық-сканерлеу көрсеткіштерін орындауға мүмкіндік береді, ал бұл үшін артық еріткіштердің жүктемесін қолдану қажет емес — ол өзінше сақталу талаптарын қиындатады. Сондықтан бұл қоспа сапаны да, экологиялық көрсеткіштерді де бір уақытта қолдайды.

Өндірістік қолданыс үшін арналған және бақыланатын зауыттық ортада емес, өрісте қолданылатын бояулар үшін полиэфирмен модификацияланған полисилоксан қолдану айнымалылығына қарсы маңызды буфер ретінде табылады. Қылқалам, валик және дәстүрлі бұрыштық бояу қолдану әдістері барлығы да беттің бұзылуын туғызады, ал қоспа осы бұзылулардың тегістеуіне көмектеседі, сондықтан бояу қолданушылар үшін идеалды емес жағдайларда да көбірек қателікке төзімді болады.

Архитектура және Ағаш Қабаттары

Әртүрлі ғимараттардың сыртқы және ішкі беттерін бояу үшін арналған бояуларда, әсіресе жоғары сапалы ішкі қабырғалық бояулар мен жиектерге арналған эмальдарда, беттің сапасы – бұл қызметкерлер мен соңғы тұтынушылар үшін негізгі сатып алу критерийі. Әдемі тегістеуі мен біркелкі, салыстырмалы тегіс қабат қалдыратын бояу нарықта жоғары бағаланады. Бұл жоғары сапалы өнімдерді әзірлейтін формула құрушылар жиі өз формулаларын стандартты өнімдерден айыру үшін полиэфирмен модификацияланған полисилоксанға сүйенеді.

Ағаш қаптаулары — соның ішінде әдемілік заттары, паркет еден жабындары және шкаф қаптаулары — ағаш негізінің табиғи беттік дәлдігінің әртүрлілігі салдарынан әсіресе қатаң талап қойылады, өйткені қатайған қаптаудың көрінетін сапасы соңғы пайдалану ортасында жақыннан бақыланады. Полиэфирмен модификацияланған полисилоксан қаптаулардың ағаштың талшықты құрылымы бойынша біркелкі ағуына көмектеседі, бұл қаптау қабатының ашық ағаш көпіршіктеріне тереңдей түсуін (беттің қатайғаннан кейін біркелкілігінің бұзылуына әкелетін құбылыс) азайтады.

Сулы ағаш қаптаулары тарихи түрде олардың еріткіштік аналогтарына қарағанда деңгейлеуге қиын болды, себебі судың беттік керілуі жоғарырақ және қабаттар тез кебеді, яғни ағу үшін аз уақыт қалады. Полиэфирмен модификацияланған полисилоксан сулы ағаш қаптау жүйелеріне қолданылуы беттік керілуді төмендету мен тиімді деңгейлеу уақытын ұзарту арқылы осы қиындықты нақты шешеді, сондықтан сулы және еріткіштік қаптаулар арасындағы сапа айырмашылығын әлдеқайда азайтады.

Жиі қойылатын сұрақтар

Полиэфирмен модификацияланған полисилоксан қандай концентрацияда бояу құрамына қосылуы керек?

Полиэфирмен модификацияланған полисилоксан үшін ұсынылатын қолдану деңгейі әдетте жалпы құрамның салмағы бойынша 0,1%–1,0% аралығында болады. Дәл оптималды мән белгілі бір байланыстырғыш жүйесіне, еріткіш жинағына және қолдану әдісіне байланысты. Құрамды аяқтағаннан бұрын өзіндік бояу жүйесі үшін ең тиімді концентрацияны анықтау үшін құрамдар өзара әсерін зерттеулерін (тартып сызу сынақтары мен бет сапасын өлшеулері) жүргізуі керек.

Полиэфирмен модификацияланған полисилоксан көп қабатты жүйелерде қабаттар арасындағы адгезияға әсер етеді ме?

Рекомендациялық дозаларда қолданылған кезде, полиэфирмен модификацияланған полисилоксан әдетте бір-біріне жабысу қабілетін маңызды деңгейде төмендетпейді. Молекуланың полиэфирлік бөліктері келесі қабаттардың дұрыс ылғалдануы мен бекітілуі үшін жеткілікті беттік полярлықты сақтайды. Дегенмен, формула құрушылар әрқашан өзінің нақты көпқабатты жабын жүйесі үшін қайтадан бояуға жарамдылық бойынша жабысу сынағын жүргізуі керек, себебі байланыстырғыштың түрі мен қоспалардың концентрациясы сияқты формула айнымалылары нақты жағдайларда нәтижеге әсер етуі мүмкін.

Полиэфирмен модификацияланған полисилоксан сулы және еріткішті жабын жүйелерімен сүйістіріле ме?

Иә. Полиэфирмен модификацияланған полисилоксан сулы акрилдар, полиуретан дисперсиялары, еріткішті эпоксидтер, полиэфирлер, алкідтер және УК-қатайту жүйелері сияқты кең спектрлі бояу жүйелерімен үйлесімді болу үшін әзірленген. Полиэфир бөлігінің реттелетін полярлығы қоспаға полярлы және орташа дәрежедегі полярлы емес орталарда біркелкі таралуына мүмкіндік береді, сондықтан ол әртүрлі бояу платформасының химиясымен жұмыс істейтін формула жасаушылар үшін универсалды таңдау болып табылады.

Полиэфирмен модификацияланған полисилоксан дозасын көтеру әрқашан жақсартылған деңгейлеу нәтижелерін береді ме?

Міндетті түрде емес. Полиэфирмен модификацияланған полисилоксанға арналған доза шегі бар, оның артында қосымша полиэфирмен модификацияланған полисилоксан деңгейлеуді жақсартпайды және көбіктің тұрақтануы, қайтадан бояуға қабілеттіліктің төмендеуі немесе беттің «жорғалауы» сияқты теріс әсерлерге әкелуі мүмкін. Деңгейлеуді жақсарту әдетте орташа дозалау деңгейлерінде табиғи түрде тоқтайды, ал осы табиғи тұрақтану деңгейінен асып кету қосымша пайда әкелмейді. Әрбір нақты бояу жүйесі үшін оптималды дозалау диапазонын анықтау үшін формула әзірлеу кезінде құрылымдалған доза–әсер бағалауы маңызды, яғни қоспалардың концентрациясын қарапайым түрде максималды деңгейге көтеру емес.