Pengubah suai reologi

Asas kimia reologi dan pengubah suai

Reologi menerangkan kelakuan bahan di bawah pengaruh daya luaran, khususnya kerentanannya terhadap aliran dan ubah bentuk. Parameter piawai ialah kelikatan (η), iaitu nisbah tegasan ricih kepada kadar ubah bentuk.

Bahan boleh menunjukkan sifat Newtonian, di mana kelikatan kekal malar pada suhu tertentu dan tidak bergantung pada kadar ricih, yang merupakan ciri air dan pelarut mudah, antara lain. Dalam kes sifat bukan Newtonian, kelikatan berubah di bawah beban mekanikal – ia mungkin berkurangan dengan peningkatan kadar ricih, meningkat atau berubah dari semasa ke semasa pada ricih malar, seperti yang berlaku dalam sistem tiksotropik.

Mekanisme pembentukan struktur rangkaian dalam fasa berterusan

Banyak pengubah reologi berfungsi dengan membentuk struktur rangkaian mikroskopik yang dinamik dalam fasa berterusan hasil daripada interaksi fizikokimia yang boleh diterbalikkan, seperti ikatan hidrogen, interaksi elektrostatik dan persatuan hidrofobik. Rangkaian tiga dimensi yang terbentuk meningkatkan rintangan aliran pada kadar ricih yang rendah, menstabilkan penyebaran dan mengehadkan pemendapan. Di bawah ricih, struktur ini mengalami kemusnahan atau penyusunan semula sementara, yang mengurangkan kelikatan, dan selepas beban berhenti, ia dibina semula, memulihkan sifat reologi asal sistem.

Penghubung silang melalui interaksi hidrodinamik

Polimer berat molekul tinggi yang diperkenalkan sebagai pengubah suai, contohnya HEUR – pengubah suai kelikatan uretana, boleh mengikat pada rantai resin atau polimer dalam sistem, yang membawa kepada perkaitan molekul. Interaksi pembengkakan dan pengikatan bersama ini menyumbang kepada peningkatan kelikatan dan pembentukan struktur reologi yang berkesan pada kadar ricih yang rendah.

Mekanisme mineral dan rangkaian

Sesetengah pengubah suai bukan organik, contohnya bentonit, tanah liat organofilik, membentuk struktur padat dengan kehadiran medium, selalunya air, yang berkesan meningkatkan kelikatan dan rintangan terhadap pemendapan zarah. Mekanisme sedemikian digunakan dalam cat dan salutan untuk menstabilkan pigmen dan menghalang fasa pepejal daripada mendap.

Kesan reologi dalam amalan

Kawalan kelikatan

Fungsi utamanya adalah untuk melaraskan kelikatan mengikut proses aplikasi: produk mesti cukup cecair untuk membolehkan pencampuran, pam atau semburan, dan pada masa yang sama cukup likat untuk mengelakkan aliran dan menstabilkan penggantungan pigmen atau fasa pepejal lain.

Memori cecair

Dalam banyak formulasi, tiksotropi adalah wajar, iaitu fenomena di mana kelikatan berkurangan di bawah ricih, contohnya pencampuran atau penggunaan berus, dan dibina semula selepas daya berhenti, yang menstabilkan produk semasa rehat.

Penstabilan penyebaran

Pengubah reologi meningkatkan kestabilan pigmen dan ampaian zarah, mengurangkan kecenderungannya kepada sedimen semasa penyimpanan. Dengan berinteraksi dengan fasa dan zarah berterusan, perubahan dalam profil reologi mengatasi pemisahan fasa.

Contoh pengubah reologi

Pengubah suai polimer berasaskan air

Produk dalam kumpulan ini terutamanya polietilena glikol (PEG) dengan pelbagai berat molekul, yang mempengaruhi kelikatan dan kelakuan aliran sistem dengan mengubah interaksi molekul dalam fasa berterusan. Ia bertindak, antara lain, sebagai pelarut dan humektan, yang, dengan mengikat air dan membentuk lapisan penghidratan, boleh mempengaruhi kelikatan dan kestabilan serakan.

Surfaktan khusus

Kumpulan ini termasuk surfaktan yang, selain fungsi tipikalnya, boleh mempengaruhi sifat reologi, menebalkan, mengubah konsistensi dan menstabilkan struktur fasa berterusan. Tindakan mereka selalunya bersifat asosiatif, melibatkan pembentukan misel atau agregat yang berinteraksi dengan makromolekul atau komponen lain dalam sistem.

Alkanolamida

Alkanolamida muncul sebagai surfaktan dengan sifat penebalan dan reologi, terutamanya dengan kehadiran surfaktan lain, contohnya surfaktan anionik.

Produk dengan kesan reologi tertentu dalam pembinaan/serakan simen

Tidak semua produk dalam kategori ini adalah surfaktan atau PEG. Terdapat juga bahan tambahan berfungsi polimer yang digunakan dalam pembinaan yang meningkatkan sifat reologi campuran konkrit melalui mekanisme interaksi permukaan polimer-zarah. Satu contoh bahan sedemikian ialah larutan akueus 50%kopolimer polikarboksilat.

Ringkasan kepentingan pengubah reologi dalam formulasi perindustrian

Dalam banyak industri, pengubah reologi adalah penting untuk mengawal proses pengeluaran, aplikasi dan sifat prestasi. Dalam cat dan salutan, ia menentukan:

• rintangan terhadap kendur selepas penggunaan,
• kestabilan pigmen dan aditif,
• kemudahan pam dan aplikasi,
• pembentukan lapisan salutan dengan ketebalan yang dikehendaki,
• profil tiksotropik pada kadar ricih yang berbeza-beza.

Dalam produk kosmetik dan kimia isi rumah, pengubah suai juga mempengaruhi tekstur dan konsistensi, yang diterjemahkan kepada sensasi deria dan keselesaan aplikasi, walaupun mekanisme interaksi molekul kekal sama.