Tarcie między lepkością a tiksotropią

Przeglądając karty techniczne produktów do renowacji lakierniczej możemy znaleźć dużo parametrów oraz właściwości produktów. Producenci prześcigają się w uzyskiwaniu coraz to lepszych właściwości swoich produktów, aby ułatwić i skrócić czas pracy lakierników. Pewnie mało kto zastanawia się jak bardzo wpływa na końcowy czas lakierowania samo przygotowanie mieszanki do natrysku. Sama czynność mieszania z pozoru prosta i łatwa ma ważne znaczenia dla uniknięcia ewentualnych błędów po lakierowaniu a w przypadku kolorów może wpłynąć na odcień lakieru.

Każdy, kto próbował szpachlować lub lakierować samochód na pewno zauważył, że w informacjach technicznych produktów podawany jest podstawowych parametrów, czyli lepkość. Ale w kontakcie z handlowcem zapewne nie raz można usłyszeć zdania: „Ten produkt ma bardzo dobre właściwości tiksotropowe” Czy to że produkt jest tiksotropowy wpływa na jego lepkość?

Lepki temat

Zacznijmy więc od odpowiedzi czym w takim razie jest lepkość. Najprościej mówiąc jest to tarcie wewnętrzne wynikające z przesuwania się względem siebie cząsteczek. Stosunek lepkości dynamicznej do gęstości płynu określa jego lepkość kinematyczną. To właśnie lepkość kinematyczna decyduje o właściwościach produktu lakierniczego. Dla przykładu możemy spróbować pomieszać na początku grunt epoksydowy a następnie dla porównania lakier bazowy, która substancja będzie stawiała większy opór?

Pewno podkład będzie stawiał większy opór przez to, że jest gęsty, czyli następuje większe upakowanie cząsteczek co sprzyja większej masie danego produktu. Lepkość będzie się zmieniała zależnie od temperatury – latem będzie niższa (produkt jest rzadszy) a zimą wyższa – dlatego tak ważne jest utrzymywanie stałej temperatury zwłaszcza w okresie kiedy na dworze dominują temperatury minusowe.

Produkty wykorzystywane w trakcie napraw naszych samochodów (między innymi podkłady, szpachle, lakiery) są przedstawicielami cieczy reologicznych, czyli zmieniających się w czasie, pod wpływem. Im dłuższy czas działa naprężenie ścinające (w tym przypadku nasze mieszanie), tym większe następują zmiany struktury.

Opór maleje w miarę mieszania

Gdy zaczynamy mieszać ciecz reologiczną, na początku zmagamy się z dużym oporem (wysoką lepkością), po pewnym czasie opór maleje (uzyskujemy odpowiednią lepkość), dzięki temu zjawisku możemy lakierować bądź szpachlować duże powierzchnie nie obawiając się o zacieki. Można by się teraz zastanowić, skoro poprzez mieszanie rozpadają się wiązania, produkt po pierwszym mieszaniu jest już zniszczony. Nic bardziej mylnego, okazuje się, że dana ciecz posiada pamięć, dzięki której po zaprzestaniu mieszania powraca (po pewnym czasie) do stanu początkowego i to właśnie ta pamięć jest właściwością nazwaną tiksotropią. Zależna jest od czasu i szybkości ścinania, a także od zjawisk mechanicznych zachodzących w materiale.  Profil reologiczny –  tiksotropowy produktu można otrzymać w wyniku dodania różnorodnych eterów celulozy, polikwasów akrylowych itp.

A jak wygląda badanie właściwości tiksotropowych w laboratorium?

Podczas ścinania cieczy tiksotropowej, np. w wiskozymetrze rotacyjnym, następuje niszczenie struktury cieczy. Końcem niszczenia struktury jest moment wytworzenia przy danej prędkości ścinania szczątkowej struktury cieczy. Porównanie krzywej płynięcia, wykreślonej przy wzrastającej szybkości ścinania, z krzywą przy malejącej szybkości ścinania, umożliwia określenie zakresu niszczenia struktury tiksotropowej. Jeżeli przed rozpoczęciem wyznaczania krzywej (kiedy wartość szybkości ścinania jest jeszcze mała) substancję podda się przez pewien czas ścinaniu przy określonej maksymalnej szybkości (γ), to naprężenie styczne (τ), odpowiadające tej szybkości zmniejszy się proporcjonalnie do rozpadu struktury tiksotropowej.

Jak wykorzystać to w praktyce

Z punktów widzenia naszej branży, lakiernikowi zależy na otrzymaniu produktu, który jest łatwy w aplikacji, łatwo się go nanosić przy pomocy pistoletów natryskowych – dlatego bardzo ważna jest lepkość natryskowa. Z drugiej strony chcemy, aby po natrysku lakier nie spływał z powierzchni (nie tworzył zacieków) oraz abyśmy mogli nałożyć grubą warstwę w jednym przejściu – zwiększyć siłę krycia. Korzystając z poznanego zjawiska możemy wytworzyć lakiery o takich właściwościach. Prace należy rozpocząć już na etapie projektowania produktu, jest to zadanie bardzo trudne, ponieważ zależy nam na tym aby produkt końcowy łączył w sobie wiele zalet, które często są trudne do pogodzenia ze względu na właściwości pojedynczych składników. W trakcie procesu produkcji materiałów lakierniczych jak widać niezwykle ważne są znajomości reologii układu, tylko to pozwoli na pełny świadomy proces oraz planowanie produkcji. Połączenie optymalnej lepkości natryskowej i wysokiej siły krycia jest prawdziwym wyzwaniem z punktu widzenia producenta.

Sylwia Łowicka,

Specjalista ds. receptur – kolorysta.
Mulitchem Sp z o.o. producenta