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[페인트] 침전안정성 2019-06-07 15:47:00

도료 및 잉크와 같은 액체 재료의 고체 입자 침전(sedimentation)은 고밀도 입자를 끌어 당기는 중력에 의해 유발됩니다. 침전(sedimentation)은 침강(settling)을 초래할 수 있으며, 저장용기의 바닥에 단단하게 굳은 층이 생길 수도 있습니다. 어떡하면 피할 수 있을까요?

 

침전(sedimentation)은 충분한 강도를 가진 가역성(reversible)의 3차원 네트워크를 투입함으로써 예방할 수 있습니다. 이 3차원 네트워크는 제형에서 증점제로 불리는 레올로지 첨가제를 사용하면서 도입할 수가 있습니다. 침전 안정성(sedimentation stability)에 초점을 맞춘 이번 블로그 게시물에서 침전의 주요 측면 및 방법을 예측하는 방법에 대해 이야기해 보겠습니다. 

 

SEDIMENTATION Stability 를 이해하는 핵심 요소 : YIELD STRESS

수용성 페인트에서 3차원 네트워크의 강도는 페인트의 항복점(Yield Stress, 또는 Yield value/point) 즉, 항복응력을 측정하여 정량화할 수 있습니다. 페인트의 항복응력 (Pa = N/m2, 부호 ty)은 네트워크가 파괴(break down)되기 전에 페인트에 적용될 수 있는 전단응력의 임계값(Pa = N/m2)입니다.


적용된 전단력이 페인트의 항복응력보다 작으면 네트워크가 그대로 유지됩니다. 적용된 응력이 페인트의 항복응력보다 약한 페인트는 안정된 탄성체로 작용합니다. 실제로 이것은 항복응력이 충분히 높을 때 페인트 중에 고체 입자가 저장 중에 가라앉지 않는다는 것을 의미합니다. 따라서 침전물에 대한 안정성 예측이 필요하다면, 페인트의 항복응력을 알아야 합니다. 높은 항복응력을 지닌 페인트는 내부에 강한 네트워크를 가지므로 저장 안정성이 보장됩니다.

YIELD STRESS 측정
재료의 항복응력을 측정하는 것은 쉽지 않습니다. 또한 발견된 항복응력의 값은 수행된 실험에 따라 달라집니다. 즉, 다른 방법은 다른 값을 부여합니다. 

대부분의 페인트는 점탄성(viscoelastic)거동을 보입니다. 점탄성 물질은 부분적으로 탄성 고체이거나 부분적으로 점성 액체로 작용합니다.

점탄성 재료는 전단응력이 적용될 때 전단변형을 나타냅니다. 재료의 전단계수(G)는 변형에 대한 재료의 저항을 정량화한 것입니다. 점탄성 물질은 탄성 거동과 점성 거동을 모두 나타내므로 전단 계수는 두 가지 구성 요소로 구성됩니다.

G': 물질의 탄성 (고체,solid)거동을 정량화하는 저장 탄성률.
G": 손실 계수, 물질의 점성(액체,liquid) 거동을 정량화.

흐르는 액체처럼 행동하는 물질은 G'보다 훨씬 높은 G"를 가지고 있습니다. 점탄성 물질의 G'값은 시스템 내에 존재하는 물리적 네트워크 강도의 정량화한 것입니다. 높은 G'값은 시스템 내의 물리적 네트워크가 강함을 나타냅니다.

저장중 침전은 오랜 시간 동안 낮은 전단응력에서 발생합니다. 보관 중에 물리적 네트워크는 중력때문에 고체 입자가 가라앉지 않도록 충분히 강해야합니다.

도료 및 안료 분산액과 같은 점탄력 재료에서 정보를 얻기 위해서는 보통 일정한 주파수를 사용하여 전단응력 기호가 서서히 증가하는 진동 테스트를 수행합니다. G'와 G"는 전단응력 기호(그림 1)에 표현하였습니다. 재료가 점탄성인 경우 G'와 G"는 모두 0과 다릅니다.

Figure-1-yield-stress-viscoelastic-material@2x

침강에 대한 안정성을 가지기 위한 첫번째 조건은 물질이 겔(gel)이라는 것입니다. 이는 점탄성 물질이 점성(액체) 거동보다 더 탄력적(고체) 거동을 나타내는 것을 의미합니다. 겔의 G'는 G''보다 큽니다. 두번재 조건은, G'와 G''모두 낮은 전단응력에서 일정해야 하며 이것은 두 특성 모두 전단응력(shear stress)과 무관하다는 것을 의미합니다.

특정 전단응력 수준에서 G'의 선형 거동은 상실됩니다. 재료의 항복응력(부호 ty)은 G'가 변하기 시작할 때 적용되는 전단응력의 값입니다. 전단응력이 재료의 항복응력을 초과하면 가역적인 탄성거동이 손실됩니다.

도료의 G'값이 높을수록(G'가 일정한 지역에서) 항복응력이 높을수록 침강에 대한 내성이 강해집니다.

측정되는 재료의 G'및 항복응력의 값은 재료의 이력 및 측정이 수행된 방법에 따라 다릅니다. 따라서 실험이 수행된 방법을 항상 일정하게 지정하는 것이 중요합니다.

엑실바 MFC의 샘플이 필요하시거나 상담이 필요하시면 태왕교역(02-459-8333)으로 언제든지 문의주시기 바랍니다.

 

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