گارامیت Garamite - غلظت دهنده تیکسوتروپ معدنی مخلوط ، یک فناوری جدید برای پوشش های صنعتی

بازدید: ۶۷۱

 

گارامیت Garamite چیست :
گارامیت مخلوطی از تیکسوتروپ کننده های معدنی می باشد که توانند خواص کلیدی مانند مقاومت در برابر شره و مقاومت دربرابر ته نشینی (رسوب) کمک کند و در عین حال ویسکوزیته معقول محمل را حفظ کنند.
از آنجایی که مقررات برای پایین‌تر آوردن VOC ضروری است، طراحی پوشش‌هایی با رئولوژی مناسب دشوارتر می‌شود. خواصی مانند مقاومت در برابر شره و مقاومت در برابرته نشینی با ویسکوزیته محصول داخل بسته بندی سخت تر می شود. استفاده از تیکسوتروپ های معدنی مخلوط مانند گارامیت ها Garamite می تواند به خواص کلیدی مانند مقاومت در برابر شره و مقاومت در ته نشینی کمک کند و در عین حال ویسکوزیته معقول بسته محصول را حفظ کند.
در این مقاله نحوه و چرایی کارکرد گارامیت ها Garamite را توضیح می دهیم. تیکسوتروپ کننده های معدنی مخلوط با فناوری های مختلف تیکسوتروپ مورد استفاده در انواع مختلف پوشش های صنعتی، از جمله اپوکسی های با جامدات بالا، سیستم های پوششی با میزان آلایندهای خطرناک کم برای هوا، آلکیدهای با جامد بالا، آلکیدهای اصلاح شده و پرایمرها بر پایه گرد روی می باشند. همچنین روشهای مورد استفاده در فرمولاسیون پوشش ها  بحث قرار گرفته است.
تیکسوتروپ های معدنی مخلوط ، ترکیبی از دو مورفولوژی مختلف هستند. یکی بشقابی و دیگری میله ای. آنها پودرهایی مایل به سفیدی هستند که با مواد اصلاح کننده آلی اصلاح شده اند و وزن مخصوصی در حدود 1.6 گرم بر سانتی مترمکعب دارند. در صورت نیاز برای کاربردهای لایه نازک در پوشش ها، نوع میکرونیزه آن Garamite 2578 (اندازه دانه 8 میکرومتر d50) موجود است. با این حال، محصول اولیه گارامیت           Garamite 1958 (اندازه دانه 32 میکرومتر d50) برای اکثر کاربردها پاسخ گو می باشد. خواص فیزیکی شیمیایی گارامیت ها در جدول 1 آمده است:
 
تیکسوتروپ های معدنی مخلوط سیستم پوششی را به طور مشابه با روشی که در آن رس های آلی بنتونیتی کار می کنند، با استفاده از پیوند هیدروژنی برای تشکیل یک شبکه سه بعدی، غلظت می دهند (شکل 1). 
 
با این حال، به دلیل اشکال ذرات مختلف درگیر شبکه‌های گارامیت از فاصله‌های متفاوتی نسبت به رس های آلی بنتونیتی سنتی (بنتون) عمل می کنند.
مقایسه گارامیت با بنتون ها
بنتون های (خاک های رس آلی اصلاح شده) متنوعی وجود دارد، اما برای هدف این مقاله، ما به اصول اولیه پایبند هستیم و بنتون های فعال شده و بنتون های خود فعال را با هم مقایسه می کنیم. یک راه ساده برای بررسی ارگانوکلی (بنتون ها)، بررسی سطح و نوع اصلاح آمین چهارتایی بر روی خاک رس است. ساده ترین نوع رس های آلی سنتی را اگر در نظر بگیریم، باید با نوعی از فعال کننده های قطبی فعال شوند. این رس های آلی معمولاً برای غلیظ شدن کارآمدتر هستند، اما ترکیب آنها دشوارتر است و ترتیب افزودن می تواند حیاتی تر باشد. رس های آلی خود فعال شونده تمایل دارند که بار الکتریکی بیشتری از آمین چهارتایی روی خود داشته باشند. این مقدار بالاتر آمین چهارتایی معمولاً ترکیب آنها را آسان‌تر می‌کند، اما کارایی کمی نسبت به رس‌های آلی سنتی دارد، زیرا همه چیزهای آنها دیگر برابر هستند.

همچنین نوع اصلاح آمین چهارتایی تعیین می‌کند که خاک رس آلی (بنتون) در کدام نوع سیستم حلال بهتر عمل می‌کند. برای مثال، برخی از آمین‌های چهارتایی در سیستم‌های آلیفاتیک در مقابل سیستم‌های آروماتیک بهتر عمل می‌کنند.

بنتون ها معمولاً از smectite ساخته می شوند و به شکلی شبیه به یک عرشه و با ذرات خاک رس روی هم قرار می گیرند. ، انرژی زیادی برای جدا کردن این ماده معدنی از لایه‌ای طبیعی آن نیاز است. اما در نهایت، طبیعت تلاش می کند تا خاک رس را به حالت طبیعی خود بازگرداند.در نوع معدنی دیگرآن چسبیدن ذرات به هم اتفاق نمی افتد.
گارامیت 1958 دارای مورفولوژی منحصر به فردی از میله ها و صفحات در مقایسه با رس های آلی معمولی است که فقط از ساختار لایه ای صفحه مانند استفاده می کنند (شکل 2). 
 
این مورفولوژی نه تنها در سهولت ترکیب و مخلوط شدن، بلکه در اثربخشی مقاومت در برابر شره و مقاومت دربرابر ته نشینی و برابر مقاومت رسوب تا گرمای مشخص نیز نقش دارد.
از نظر عملی، گارامیت تمایل به ایجاد ویسکوزیته داخل قوطی کمتری دارد و در عین حال مقاومت بیشتری در برابر شره نسبت به بنتون ها ایجاد می کند. تیکسوتروپ های معدنی مخلوط 50% یا بیشتر افزایش مقاومت در برابر شره را در سطوح در صورت استفاده برابر در مقابل رس های ارگانیک ایجاد می کنند. نه تنها مقاومت در برابر شره افزایش می یابد، بلکه روندگی کاهش می یابد یا حذف می شود (شکل 3).
 
 این امر با کاهش VOC و بالا رفتن مواد جامد اهمیت بیشتری پیدا می کند. پوشش‌های با جامدات بالاتر، دارای ویسکوزیته بیش از حد داخل قوطی بدون مقاومت در برابر شره می باشند.

ما همچنین دریافتیم که آمین چهارتایی نقش مهمی در تعیین کارایی در یک سیستم حلال خاص، مانند ارگانوکلی های سنتی، ندارد. در مطالعات اخیر ما شاهد عملکرد Garamite 1958 در طیف وسیعی از سیستم های حلال بررسی شده است . آیا این بدان معنی است که هر بار کار می کند؟ احتمالا نه. اما این بدان معناست که تیکسوتروپ های معدنی مخلوط در مقایسه با بنتون ها انعطاف پذیرتر هستند و توانایی کار در سیستم های بیشتری را دارند. این انعطاف‌پذیری می‌تواند تعداد تیکسوتروپ‌های مورد نیاز را کاهش دهد.

مورفولوژی نیز در سهولت ترکیب و مخلوط شدن نقش دارد. گارامیت بر خلاف بنتون ها  به راحتی در فرمول پوشش بدون استفاده از سطح بالایی از آمین چهارتایی وارد می شود. تا حدی، ما معتقدیم که این به تفاوت در داشتن ترکیبی از ساختار میله‌ها و صفحات و داشتن فاصله بیشتر مربوط می‌شود که برخلاف بنتون ها چسبیدن ذرات آن را به هم ناممکن می کند . 

مزیت دیگر تیکسوتروپ های معدنی مخلوط این است که در اکثر سیستم ها فعال کننده های قطبی ضروری نیستند. در صورت نیاز برای به دست آوردن کارایی بیشتر، می توان از فعال کننده های قطبی به روشی مشابه خاک های رس آلی سنتی (بنتون ها ) استفاده کرد.
یکی دیگر از مزیت های کلیدی سازنده پوشش، توانایی ساخت مخلوط هایی با جامد بالا در ویسکوزیته قابل ریختن است. از گارامیت 1958 می توان برای ساخت یک پیش ژل هایی قابل ریختن تا 20 درصد مواد جامد استفاده کرد. پیش ژل های معمولی ساخته شده از ارگانوکلی ها سنتی معمولاً زمانی که به حدود 4 یا 5 درصد جامد برسند قابل ریختن نیستند. داشتن توانایی ساخت پیش ژل های قابل ریختن با جامدات بالا، فرمولاسیون آن را در سیستم هایی که سطح حلال آنها پایین است، آسان تر می کند (شکل 4).

هنگامی که گارامیت  را با اروزیل مقایسه می کنیم، تفاوت بزرگ در چگالی ظاهری است. در حالی که گارامیت ها دارای چگالی ظاهری پایینی در مقایسه با رس های آلی سنتی هستند، اما بسیار سنگین تر از اروزیل است که چگالی ظاهری بسیار پایینی دارد. این منجر به مشکلاتی در مورد گرد و غبار حین مخلوط کردن اروزیل داخل پاتیل رنگ  شده در مقایسه با گارامیت می شود (شکل 5.)

 
هنگام جایگزینی اروزیل با گارامیت، معمولاً می توان برای رسیدن به یک مقدار ثابت از تیکسوتروپی اروزیل را تا  40 درصد یا بیشتر کاهش داد همان مقاومت در برابر شره به دست آورده و روندگی را از بین برد. یکی از مزایای اروزیل، شفافیت در فیلم نهایی است. با این حال، این ویژگی در سیستم های پر شده از فیلرها مشاهده نمی شود. همچنین، لازم به ذکر است که مقداری رنگ که توسط  گارامیت غلظت داده شده  به سیستم های شفاف و پر نشده افزوده شود؛ در سیستم‌های بدون پودرها (مثل کلیر کوت ها یا رزین خالی)، یکی دیگر از کاستی‌ها این است که گارامیت ها از نظر مقاومت در برابر شره به خوبی عمل نمی‌کنند. به نظر می رسد که تیکسوتروپ های معدنی مخلوط  برای کار کردن و تحقیق در آینده نیاز به صرف زمان بیشتری داشته باشند.

گارامیت نسبت غلظت دهنده های پایه  پلی آمید یا مشتقات کرچک، بسیار کمتر به شرایط فرایند تولید و فرمولاسیون حساس هستند. تیکسوتروپ‌های مقایسه‌ای ذکر شده در بالا برای فعال شدن و عملکرد صحیح نیاز به رسیدن به دما و زمان ماندن صحیح دارند، در حالی که گارامیت اینطور نیست. آنها همچنین به هم زدن مناسب در هنگام خنک کردن نیاز دارند تا از تشکیل حالات تیسکوتروپی کاذب در سیستم جلوگیری شود. این موارد می تواند در درازمدت کارکردن با سایر تیکسوتروپ ها را بسیار دشوارتر کند. همچنین، ممکن است بتوان از این محصولات در حین ساخت بدون شرایط ایده آل استفاده کرد، اما همچنان QC را پاس کرد. در برخی سیستم ها ممکن است، مشکلات به هم چسبیدگی ذرات به صورت بذر گونه یا seeding داشته باشد یا پایداری خود را از دست بدهد. پایداری می تواند در نواحی مختلف از بین برود، خواه افت مقاومت در برابر شره یا افزایش قابل ملاحظه ویسکوزیته داخل قوطی باشد. در حالی که پلی آمیدها به طور خاص ممکن است یکی از بهترین ها در ایجاد احساس حالت کره ای مانند عالی باشند، اما در حین فرایند ساخت رنگ بسیار کمتر از گارامیت ها قابلیت غلیظ کردن آنی را دارند.
مقایسه در سیستم های مختلف
پوشش های اپوکسی با درصد جامد بالا
در اولین سیستم، ما Garamite 1958 را با یک پلی آمید در یک اپوکسی 100٪ جامد درسطوح صاف و لبه دار مقایسه کردیم. این سیستم بر اساس  رزین Epon 862 ساخته شده بود و هاردنر آن Cardolite's NX-5079 (فنالکامین) بوده است. استارت فرمول دارای 1٪ پلی آمید در جزءA و 0.59٪ در جزء B بود. در اصل ما از Garamite 1958 فقط در قسمت A استفاده می کردیم. در حالی که کارایی وجود داشت، متوجه شدیم که مقاومت در برابر شره در پات لایف فرمول کاهش می یابد. سپس متوجه شدیم که با تقسیم Garamite 1958 50:50 در هر دو بخش A و B، نه تنها پوشش مقاومت در برابر شره معقولی در پات لایف  دارد، بلکه پایداری حرارتی خوبی در طول عمر مفید محصول تا زمان انقضاء محصول خواهد داشت. به دلیل ویسکوزیته کمتر فنالکامین، یک پیش ژل 20 درصد با جامد بالا در فنالکامین ساخته شد که جریان پذیری خوبی داشت ، سپس به بقیه Cardolite NX-5079 اضافه شد.
همانطور که شکل 6 نشان می دهد، Garamite 1958 هم کارآمد و هم پایدار است. 
 
جدول پایداری پات لایف را در 10 دقیقه و 30 دقیقه و همچنین پایداری حرارتی را در طول یک ماه در دمای 140 درجه فارنهایت نشان می دهد. همچنین به یک مشکل پایداری برای پلی آمید اشاره می کند که به کاربر نهایی حکم می کند احتمالاً حلال را برای کاهش ویسکوزیته اضافه کند، در حالی که برای اپوکسی ساخته شده با Garamite 1958 لازم نیست.
پوشش اپوکسی کف 
شکل 7 تعلیق شن کوارتز را در یک پوشش کف اپوکسی نشان می دهد. 
 
گارامیت 1958 عملکرد بهتری نسبت به فیوم سیلیکا(اروزیل) دارد و به طور قابل توجهی از بنتون (رس آلی ) معمولی بهتر عمل می کند. به جداسازی فاز انجام شده با بنتون (رس آلی ) توجه کنید. همچنین این اولین بار است که در این مقاله از تقویت کننده رئولوژیکی BYK R605 استفاده می کنیم. این دسته از مواد گهگاه برای تقویت یا افزایش خواص تیکسوتروپی استفاده می شود.
پرایمرها با میزان آلایندهای خطرناک کم برای هوا
مطالعه بعدی پرایمر بر اساس یک آلکید روغن کوتاه زنجیره ای با میزان آلایندهای خطرناک کم برای هوا بود. در این مطالعه ما دو نوع تیکسوتروپ کننده های معدنی مخلوط را با دو نوع غلظت دهنده  پلی آمید، دو نوع ارگانوکلی خود فعال، و همچنین دو نوع ارگانوکلی معمولی مقایسه کردیم. حتی اگر پلی آمید بالاترین ویسکوزیته را داشت، گارامیت در پایین ترین سطح، 2%، مقاومت ته نشینی داشت که با بالاترین درصد از پلی آمید ها مطابقت دارد (شکل 8). 

این اجازه می دهد تا ویسکوزیته بسته بندی کمتر، هزینه کمتر و افزایش سهولت ساخت را داشته باشیم.
پوشش سفید صنعتی
در مطالعه بعدی یک پوشش سفید صنعتی را بررسی کردیم. مانند مطالعه قبلی، ما تیکسوتروپ کننده های معدنی مخلوط را با یک غلظت دهنده پلی آمید، ارگانوکلی معمولی و خود فعال و یک خالی مقایسه کردیم. در این مورد پلی آمید بالاترین ویسکوزیته را داشت اما برای جلوگیری از ته نشین شدن در طول فرایند افزایش دما عملکرد خوبی نداشت (شکل 9). 
 
این سیستم کمی میزان مصرف بیشتری از سیستم قبلی داشت، زیرا درصد بالاتری حدود 4% گارامیت برای از بین بردن ته نشینی لازم بود.
پرایمر ضد خوردگی روی
مطالعه بعدی به دنبال یافتن سطح گارامیت مورد نیاز برای معلق سازی ذرات روی از طریق استفاده از پیش ژل های با جامد بالا بود. برای تعلیق کامل ذرات روی، 1.7٪ ازگارامیت  Garamite 1958 که در یک پیش ژل با جامد بسیار بالا 18.9٪ انجام شد، لازم بود. این پیش ژل هم جریان پذیری خوبی دارد و هم قابل پمپ کردن می باشد (شکل 10).
 
سیستم های پلی اورتان
سایر کاربردهای بالقوه شامل پلی اورتان ها، چسب ها و گروت های اپوکسی، پلی استرهای غیراشباع، پوشش های فلزی و رنگ های اسپری می باشد.
برای پلی یورتان ها، به ویژه سیستم های خشک شده با رطوبت، باید توجه داشت که گارامیت حاوی 4 درصد آب است. آب به سطح رس می چسبد و به طور خودکار برای واکنش با ایزوسیانات در دسترس نیست. اما برای واکنش پذیری و پایداری ذخیره سازی باید آزمایش شود که آیا آب موجود در گارامیت باعث ایجاد مشکلاتی در این فرمولاسیون های حساس به آب می شود یا خیر. برای غلبه بر این مسئله، گارامیت را می توان در آون در دمای 120 درجه سانتی گراد خشک کرد تا رطوبت را کاهش دهد، یا می توان از جاذب های رطوبت استفاده کرد.
 
شکل 11 کارایی گارامیت را در مقایسه با بنتون در یک سیستم PU ارزیابی می کند.
نحوه استفاده از گارامیت

استفاده از گارامیت شباهت زیادی به ارگانوکلی ها (بنتون ها) دارد. در سیستم های حاوی حلال که می توانند ، همیشه گارامیت را به حلال اضافه کنید. گارامیت باید با درصدی به اندازه کافی اضافه شود تا یک پیش ژل ساخته شود که قابلیت جریان پذیری داشته باشد است. اگرچه کاملاً ضروری نیست، اما به طور مداوم کارآمدترین نتایج را به همراه خواهد داشت. اگر حلال در دسترس نیست، گارامیت را به یک رقیق کننده راکتیو یا به رزین با کمترین ویسکوزیته اضافه کنید و اولین انتخاب رقیق کننده است. با حرکت از حلال به رقیق کننده به رزین، راندمان تا حدودی کاهش می یابد. با این حال، گارامیت همچنان در بیشتر موارد مزیت خود را نسبت به سایر تغلیظ ککنده های رقابتی حفظ خواهد کرد.

انواع پره های اختلاط  توربینی و دیسکی در همه کاربردها برای پراکندگی گارامیت ها کافی است. سایر روش های اختلاط نیز می تواند مورد استفاده قرار گیرد.
ما اکنون برخی از سطوح استفاده اولیه را توصیه می کنیم، با در نظر گرفتن این که به طور کلی صحبت می کنیم، و برخی از سیستم ها خواسته های متفاوتی نسبت به انتظار دارند. در مقایسه با اروزیل، یک استارت فرمول خوب در حدود 60 درصد وزنی اروزیل  استفاده شده است. به خاطر داشته باشید که ویسکوزیته ممکن است کمتر باشد، اما مقاومت در برابر شره باید بیشتر باشد. هنگام جایگزینی با بنتون ها ، استارت فرول خود را از  از 50٪ نسبت به وزن بنتون که قبلا استفاده می شده شروع کنید و به بالا بروید. مقدار 50 درصد نیز استارت فرمول خوبی برای شروع جایگزینی تیکسوتروپ کننده های پلی آمیدها یا مشتقات کرچک است. همیشه به این واقعیت توجه داشته باشید که رئولوژی واقعی سیستم نهایی ممکن است دقیقاً مطابقت نداشته باشد. غیر معمول نیست که ویسکوزیته بسته بندی کمتر و مقاومت در برابر شره بیشتر باشد.

هنگام کار با اپوکسی ها از امتحان کردن ترکیبات مختلف بین قسمت A و قسمت B نترسید. در اپوکسی های 100% جامد، دیسپرس شدن گارامیت مستقیماً در خود اپوکسی یا هاردنر خوب است. برای تست سازگاری و پایداری حتما بررسی کنید. قرار دادن در تست سازگاری و پایداری می تواند هم برای پات لایف و طول عمر انبار داری مهم باشد که باید آزمایش شود.

نتیجه گیری

همانطور که فرمولاسیون پوشش به سمت VOC های پایین تر و جامدات بالاتر حرکت می کند، تقاضا برای تیکسوتروپ هایی که  به ویسکوزیته بسته بندی، شره کردن و مقاومت ته نشینی پاسخ گو باشند دشوارتر می شود. ویسکوزیته بسته تمایل به بالا رفتن و روند مقاومت در برابرشره و ته نشینی به پایین‌تر آمدن تمایل دارد، که ایجاد یک سطح یکنواخت برای محافظت اززیر آیند را برای کاربر نهایی دشوار می‌کند. ما نشان داده‌ایم که گارامیت 1958 این نیاز را در بسیاری از موارد در مقایسه با رس های آلی معمولی، غلظت دهنده های پلی‌آمیدی و اروزیل برطرف می‌کند. Garamite 1958 دارای مورفولوژی منحصر به فردی از میله ها و صفحات در مقایسه با رس های آلی معمولی است که فقط از ساختار لایه ای صفحه مانند استفاده می کنند.

این مورفولوژی نه تنها در سهولت اختلاط پذیری، بلکه در اثربخشی مقاومت در برابر شره و مقاومت در برابر ته نشینی و  برابر تنش های دمایی نیز نقش دارد. گارامیت در مقایسه با پلی آمیدها و مشتقات کرچک به طور قابل توجهی محدودیت دمایی و زمانی ماندن را ندارد. گارامیت مقاومت در برابر شره و ته نشینی را در مقادیر استفاده بسیار کمتر، تا 60 درصد کمتر از سایر تیکسوتروپ ها، فراهم می کند.

دانلود دیتاشیت گارامیت 1958
 

محصولات