پرکننده ها چگونه بر ویژگی های سیستم تأثیر می گذارند؟
پرکننده ها ذرات جامدی هستند که در سیستم رنگ ها و پوشش ها استفاده می شوند تا:
- بهبود خواص
- هزینه های کمتر
از این رو، چندین جنبه وجود دارد که باید در هنگام انتخاب پرکننده برای پوشش ها در نظر گرفته شود . زیرا خواص کلیدی سیستم توسط خواص ذرات جامد استفاده شده در سیستم کنترل می شود. این خواص عبارتند از:
- سهولت در تولید
- رفتار اجرایی
- خواص فیلم حاصل، و
- پایداری ذخیره سازی
حال، اجازه دهید چند ویژگی مهم سیستم ها را مورد بحث قرار دهیم و درک کنیم که چگونه آن ویژگی های سیستم تحت تأثیر پرکننده های مورد استفاده قرار می گیرند. سیستم های رنگ و پوشش به سه دسته اصلی تقسیم می شوند:
1- رنگ ها، سیستم مایع هستند
2- پوشش‌ها، سیستم‌هایی هستند که روی یک لایه لایه تشکیل داده‌اند
- پرایمرها، لایه هایی هستند که مستقیماً روی بستر اعمال می شوند
- روکش ها، در تماس مستقیم با محیط اطراف
انتخاب پرکننده برای رنگ
پرکننده ها نقش بسزایی در خواص کلیدی رنگ ها دارند. تأثیر آنها در طول تولید، ذخیره سازی و کاربرد مهم است. در اینجا عوامل اصلی تحت تأثیر فیلر آورده شده است:
PH رنگ
pH رنگ های مبتنی بر آب، به عنوان مثال با توجه به پایداری کلوئیدی مهم است. برخی از پرکننده‌ها می‌توانند به شدت بر pH تأثیر بگذارند در حالی که برخی دیگر تأثیر جزئی بر pH دارند. ترکیب سطح و همچنین پایداری شیمیایی ذرات پرکننده، تأثیر ذرات بر pH را کنترل می کند.
تاثیر سرعت ته نشینی در انتخاب پرکننده ها
سرعت ته نشینی در رنگ ها عمدتاً توسط موارد زیر کنترل می شود:
- ویسکوزیته
- تراکم
- اندازه ذرات جامد
ذرات بزرگ با چگالی بالا سریعتر از ذرات کوچک با چگالی کم فرو می روند
هنگام در نظر گرفتن اندازه ذرات اولیه پرکننده ها، اغلب قطر متوسط ذرات تک تک ذرات اولیه داده می شود که D-50 نامیده می شود. اندازه ذرات را می توان بر حسب میکرومتر (mm) یا نانومتر (nm) داد.
پایداری رنگ ها
انواع مختلف پایداری ذرات جامد در سیستم های مایع مهم است:
- ته نشینی/ته نشینی
- انحلال
- پایداری شیمیایی
- لخته سازی - چسباندن خود به خود ذرات جامد جدا شده در سیستم های مایع است. این فرآیند نامطلوب می تواند در طول تولید، ذخیره سازی، کاربرد و تشکیل فیلم اتفاق بیفتد. از لخته شدن می توان با ترتیب دادن نیروهای دافعه بین ذرات با جذب مواد افزودنی خاص، به نام پراکنده کننده ، بر روی سطح ذرات جامد جلوگیری کرد. شکل زیر را ببینید.
اینکه آیا ماده پراکنده قادر به جذب روی سطح ذرات پرکننده خواهد بود یا نه، توسط موارد زیر تعیین می شود:
- ترکیب شیمیایی و مورفولوژی مولکول های پخش کننده، و
- ترکیب سطحی ذرات جامد
بیشتر پرکننده ها آبدوست هستند، به این معنی که گروه های قطبی در سطح ذرات وجود دارند. یک استثناء تالک است که یک پرکننده با سطح نسبتاً آبگریز است. ذرات آبدوست به راحتی تثبیت می شوند زیرا مولکول های پخش کننده می توانند به شدت بر روی گروه های قطبی موجود در سطح ذرات آبدوست جذب شوند.
انحلال و همچنین واکنش های شیمیایی احتمالی پرکننده، عمدتاً در طول ذخیره سازی صورت می گیرد و به ترکیب شیمیایی پرکننده بستگی دارد. انتخاب پرکننده‌هایی که مقاومت شیمیایی در برابر محیط مایع دارند مهم است: پرکننده‌ها باید از استحکام کافی برخوردار باشند.
برخی از پرکننده ها بی اثر نیستند، به این معنی که ذرات جامد می توانند، برای مثال، توسط مواد شیمیایی خاص، حلال ها، اسید، قلیایی یا اشعه ماوراء بنفش مورد حمله قرار گیرند. برای مثال
کربنات کلسیم (CaCO 3 ) یک پرکننده است که به آرامی در یک محیط اسیدی حل می شود. این بدان معناست که هنگام استفاده از کربنات کلسیم در سیستم های مبتنی بر آب با pH پایین یا زمانی که سیستم روی یک بستر اسیدی اعمال می شود، باید مراقب بود.
تاثیر بر روی سایش تجهیزات
تجهیزات ممکن است هم در حین تولید و هم در هنگام استفاده از رنگ آسیب ببینند. پرکننده هایی که دارای سختی بالا و لبه های تیز (شکل) هستند می توانند به دلیل سایش به تجهیزات آسیب برسانند.
سختی یک پرکننده نشان می دهد که آسیب مکانیکی به جامد چقدر آسان یا دشوار است. برای رنگدانه ها و پرکننده ها از مقیاس سختی Moh برای تعیین کمیت سختی استفاده می شود. سخت ترین ماده معدنی که الماس است، دارای سختی مو 10 است، در حالی که تالک، که یک پرکننده نرم است، دارای سختی مو 1 است.
پرکننده های سخت مانند کوارتز ، می توانند به تجهیزات تولید ساییده شوند، به خصوص زمانی که ذرات دارای لبه های تیز باشند.
تاثیر بر ویسکوزیته
ویسکوزیته سیستم های مایع بسته به اندازه، شکل و ترکیب سطحی ذرات پرکننده تحت تأثیر پرکننده ها قرار می گیرد.
ذرات دارای اشکال نامنظم، ویسکوزیته یک سیستم را افزایش می دهند
ذرات ریز یا متخلخلی که مقادیر زیادی از مواد رزین را جذب می‌کنند باعث ویسکوزیته بالا می‌شوند.
انتخاب پرکننده ها برای پرایمرها
پرایمر یک لایه پوششی است که در تماس مستقیم با بستر است. بیایید در مورد چگونگی تأثیر فیلرها بر خواص اصلی پرایمرها بحث کنیم:
تاثیر بر چسبندگی پرایمر
چسبندگی یک پوشش عمدتاً توسط بایندر موجود در سیستم کنترل می شود که احتمالاً با افزودنی های خاص تقویت کننده چسبندگی ترکیب می شود . برخی از پرکننده ها که شکل پلاکتی دارند، می توانند چسبندگی را به دلیل دو اثر بهبود بخشند:
ذرات پلاکت سدی را تشکیل می‌دهند، بنابراین مسیری را که مولکول‌ها باید از طریق پوشش عبور کنند تا به سطح مشترک بستر-پرایمر برسند، افزایش می‌دهند.
ذرات پلاکت استحکام مکانیکی به نام انسجام را به فیلم می دهند و در نتیجه چسبندگی را بهبود می بخشند.
تأثیر بر ویژگی های ممانعت کننده گی
نفوذپذیری یک پوشش به توانایی مولکول های کوچک برای انتشار از طریق پوشش اشاره دارد. از آنجایی که بیشتر ذرات پرکننده جامدات بسته هستند، مولکول های کوچک نمی توانند از ذرات پرکننده عبور کنند: مولکول ها باید در اطراف ذرات حرکت کنند. گفته می‌شود پوششی که نفوذپذیری پایینی نسبت به مولکول‌های کوچک دارد، دارای خواص بازدارندگی خوبی است. چند عامل بر نفوذپذیری یک فیلم حاکم است:
جذب سیستم رزین بر روی ذرات جامد. زمانی که جذب ضعیف باشد یا وجود نداشته باشد، مولکول های کوچک می توانند در امتداد ذرات پرکننده منتشر شوند.
شکل ذرات ذرات پرکننده پلاکتی شکل، مانند تالک یا میکا، به عنوان "کاشی های سقف" عمل می کنند و نفوذپذیری را کاهش می دهند، زمانی که در طول تشکیل فیلم جهت گیری می کنند.
تاثیر بر ثبات شیمیایی پوشش های پرایمر
مقاومت شیمیایی فیلر توسط ترکیب شیمیایی پرکننده کنترل می شود. اکثر پرکننده ها مقاومت (= پایداری) خوبی در برابر مواد شیمیایی و حلال ها دارند. یک استثنا، کربنات کلسیم (CaCO 3 ) است که مقاومت ضعیفی در برابر اسیدها دارد. پرکننده هایی با ثبات شیمیایی بالا باید در پرایمرهای فلزی استفاده شوند.
تاثیر بر مقاومت در برابر خوردگی
پرکننده‌هایی که شکل پلاکتی دارند می‌توانند با تشکیل سدی مقاومت به خوردگی را بهبود بخشند
، بنابراین انتشار مولکول‌هایی را که می‌توانند خوردگی را بدتر کنند، مانند اکسیژن، نمک و اسیدها، به تاخیر می‌اندازند. همچنین، پرکننده‌هایی که PH بالایی دارند، به دلیل اینکه بازی هستند، می‌توانند خوردگی را به تاخیر بیندازند، زیرا خوردگی در محیط‌های اسیدی سریعتر است. پرکننده های اصلی مانند دولومیت و فلدسپات اغلب در پرایمرهای ضد خوردگی استفاده می شوند زیرا خوردگی فلز در pH بالا کندتر پیش می رود. این تأثیر مفید پرکننده های اساسی بر مقاومت در برابر خوردگی، غیرفعال سازی نامیده می شود.
تاثیر بر درخشندگی
پرایمرها ترجیحاً دارای براقیت کم هستند که به این معنی است که سطح پرایمر ناهموار است. سطح ناهموار پرایمر باعث بهبود چسبندگی لایه داخلی بین لایه رویی و پرایمر می شود. پرکننده های دارای ارزش جذب روغن بالا و سطح ویژه بالا به طور موثری براقیت پوشش ها را کاهش می دهند.
جذب روغن
ارزش جذب روغن یک پرکننده به عنوان مقدار روغن، بر حسب گرم، مورد نیاز برای ایجاد خمیر روان از 100 گرم پرکننده پودری تعریف می شود. برای ذرات غیر متخلخل، مقدار جذب روغن مستقیماً با سطح ویژه ماده مرتبط است. ارزش جذب روغن مواد جامد مورد استفاده در یک سیستم مایع با توجه به خواص کلیدی سیستم حاصل مهم است.
به عنوان مثال، ذرات جامد با ارزش جذب روغن بالا، افزایش ویسکوزیته قوی‌تری را در سیستم مایع نسبت به جامدات با ارزش جذب روغن پایین ایجاد می‌کنند.
و پرکننده هایی با ارزش جذب روغن پایین باید در سیستم هایی استفاده شود که باید ویسکوزیته پایینی داشته باشند، به عنوان مثال، سیستم های بدون حلال یا سیستم های با مواد جامد بالا.
مقدار جذب روغن توسط خواص کلیدی ذرات پرکننده کنترل می شود:
ذرات کوچکتر نسبت به ذرات بزرگتر ارزش جذب روغن بالاتری دارند
ذرات کروی و صاف و دارای سطح بسته (غیر متخلخل) ارزش جذب روغن پایینی دارند.
ذرات با شکل نامنظم ارزش جذب روغن بالایی دارند، به خصوص زمانی که ذرات متخلخل باشند.
سطح ویژه یک پرکننده توسط اندازه ذرات، شکل ذرات و مورفولوژی سطح ذرات کنترل می‌شود: پرکننده‌های متشکل از ذرات کروی بزرگ با سطح صاف و بسته (غیر متخلخل) سطح ویژه کمی دارند.
تاثیر غلظت حجم رنگدانه (PVC)
PVC به عنوان درصد حجمی ذرات جامد، رنگدانه ها و پرکننده ها، سیستم هایی که یک لایه تشکیل داده اند، تعریف می شود. این بدان معناست که PVC یک سیستم باید بدون اجزای فرار مانند آب و/یا حلال ها محاسبه شود.
فرمولاسیون اغلب در قسمت های وزنی اجزا داده می شود. از آنجایی که PVC تقریباً درصد حجمی است، تمام وزن اجزا باید با استفاده از چگالی هر یک از اجزا به حجم منتقل شوند. یک پرکننده با چگالی بالا تأثیر کمی بر PVC یک سیستم خواهد داشت.
تاثیر بر سنباده پذیری پوشش های پرایمر
- پرایمرها اغلب قبل از اعمال پوشش رویی سمباده می شوند. با استفاده از پرکننده هایی با سختی مو کم ( به سایش تجهیزات ) مانند تالک، در پرایمر می توان سمباده پذیری خوبی داشت .
انتخاب پرکننده ها برای پوشش های رویه
روکش لایه ای است که مستقیماً با محیط اطراف تماس دارد. بیایید در مورد چگونگی تأثیر پرکننده ها بر خواص کلیدی پوشش های رویی بحث کنیم:
مقاومت در برابر سایش و خراش در روکش‌ها - مقاومت در برابر آسیب‌های مکانیکی مانند سایش یا خراش یک پوشش را می‌توان با استفاده از پرکننده‌هایی با سختی مو بالا بهبود بخشید، به سایش تجهیزات مراجعه کنید. پرکننده های سخت، مانند کوارتز و فلدسپات ، مقاومت پوشش ها را در برابر سایش مکانیکی مانند سایش و خراش بهبود می بخشند.
ویژگی های سد / نفوذپذیری - ویژگی های سد کننده پوشش بالایی را می توان با استفاده از پرکننده هایی که شکل پلاکتی دارند بهبود بخشید.
مقاومت شیمیایی پوشش رویی - مقاومت شیمیایی پوشش رویی تحت تأثیر ترکیب شیمیایی پرکننده‌های مورد استفاده قرار می‌گیرد و در صورت استفاده از پرکننده‌هایی که پایداری شیمیایی کافی ندارند، کاهش می‌یابد.
اثر براق و مات - پرکننده هایی که ارزش جذب روغن بالایی دارند و سطح ویژه بالایی دارند به طور موثری براقیت یک پوشش را کاهش می دهند.
چسبندگی بین پوشش - چسبندگی بین پوشش به چسبندگی لایه رویی روی پرایمر اشاره دارد. پرکننده های خاص، با داشتن شکل پلاکتی، می توانند چسبندگی بین پوشش را بهبود بخشند.
استحکام مکانیکی - ذرات پرکننده که شکل پلاکتی دارند می‌توانند استحکام مکانیکی پوشش بالایی را بهبود بخشند زیرا پلاکت‌ها انسجام یک لایه را بهبود می‌بخشند.
غلظت حجم رنگدانه - چگالی خاصیت پرکننده بر PVC پوشش بالایی تأثیر می گذارد، پرکننده با چگالی بالا تأثیر کمی بر PVC یک سیستم خواهد داشت.
مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش - تأثیر ذرات جامد، مانند پرکننده ها، می تواند بر مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش پوشش بالایی داشته باشد، به ترکیب شیمیایی ذرات بستگی دارد. بیشتر پرکننده ها نسبت به اشعه UV در نور خورشید حساس نیستند. به طور کلی، مقاومت پوشش‌ها در برابر اشعه ماوراء بنفش تحت تأثیر انتخاب پرکننده‌های مورد استفاده در سیستم قرار نمی‌گیرد. یک استثناء میکا است که می تواند اشعه ماوراء بنفش را جذب کند، بنابراین می تواند مقاومت UV پوشش بالایی را بهبود بخشد.
