이번에는, 제품을 표면에 효과적으로 적용하는 것이 늘 고민인, 수계 시스템에 대해 논의하고자 합니다. 이는 코팅, 접착제, 합성물(예 : 플라스틱), 3D 인쇄용 재료, 제빙 제품 등 다양한 범위의 제품에 해당됩니다. 제품의 다운 스트림 처리 및 적용은 롤러, 브러시, 스프레이 등을 의미하는 중간 또는 높은 shear 장비를 사용합니다. 이것은 제형을 안정화시키고 각 단계에서 정확한 점도를 부여하기 위해 쉬어씨닝 레올로지 시스템을 필요로 합니다.
레올로지 변형 Tool Box가 늘어납니다.
현재에는, 솔루션을 제공 할 수 있는 대안이 많이 있으며, 그에 따라 다음과 같이 분류할 수 있습니다.
- 수용성 폴리머
- HEUR
- HASE
- ASE
- Cellulose Ethers
- 불용성 첨가제
- Clays
- Fumed Silica
- Cellulose Fibrils
첫 번째 대안인 수용성 고분자는 오늘날 가장 보편적인 기술입니다. 그 이유는 다양한 전단 속도에서 정확한 점도 수준을 제공하고, 동시에 수용성 고분자의 장점을 유지할 수 있기 때문입니다. 많은 사람들은 수용성 폴리머를 먼저 고려합니다. 이 기술은 오랜 세월의 경험을 통해 잘 알려져 있기 때문입니다.
수용성 폴리머가 주로 사용되는 방법에는 3가지가 있습니다 : Hydrodynamic volume exclusion, Associative thickening and Particle-Particle interactions. Hydrodynamic volume exclusion는 단순히 폴리머 사슬이 다른 성분이 취할 수 없는 제제의 공간을 차지함으로써 제제의 유동성을 감소시킨다는 것을 의미합니다. ASE 폴리머는 알칼리 조건에서 팽창하고 풀어지는데, 그 이유는 중합체 사슬상의 functional group이 charging되어 제형을 두껍게 하기 때문입니다.
HASE 중합체는 Associative thickening에 의해 thickening되며, 이는 폴리머의 소수성 부분이 친수성 환경에서 상호 작용하는 경향이 있기 때문에 시스템에서 전체 자유 에너지를 낮추기 때문입니다. 세 번째 메커니즘인 Particle-Particle interactions은 분산 효과를 나타냅니다. 고분자 사슬은 고체형 입자에 흡착되어 그 사이에 반발력을 발생시켜 제제를 안정화시킬 수 있습니다.
불용성 첨가제는 포뮬레이션을 통해 팽창하고 네트워크 내의 다른 성분을 안정화시키는 네트워크를 형성함으로써 배합물을 thickening시킵니다. 점토와 흄드 실리카는 젖었을 때 주변 용매(물)와 상호 작용하여 네트워크를 형성합니다. 셀룰로오스 피브릴은 긴 피브릴이 서로 얽히게 되어 네트워크에 추가적인 힘을 제공하므로 네트워크에 물리적인 연결을 가집니다.
대안은 여러가지입니다! 견고성이 필요할 때는 어느 걸 선택 하시겠습니까?
전술한 바와 같이, 레올로지 첨가제들의 thickening 매커니즘은 각각 다릅니다. 폴리머의 경우, 메커니즘은 종종 volume exclusion, associative thickening 그리고 particle-particle interaction들이 혼합된 것들입니다. 이러한 thickening 메커니즘의 단점은 물리 화학적 환경에 의존하기 때문에 그다지 견고하지 않다는 것입니다. Volume exclusion에 의해 증가된 점도를 달성하기 위해, pH는 알칼리성이어야 합니다. 유사하게, 다량의 계면 활성제는 결합 농축 메커니즘을 방해하여 점도를 낮춥니다. 또한, 염은 고체 입자 상에 폴리머의 흡착을 방해하여 Particle-Particle interaction을 방해 할 수 있습니다.
대신 불용성 첨가제는 제형 전체에 물리적 네트워크를 형성하여 안정화됩니다. 이것은 일반적으로 포뮬레이션을 안정화시키는 강력한 방법입니다. 이 네트워크의 강도는 첨가물에 따라 다르며 셀룰로오스 섬유는 점토 및 흄드 실리카보다 몇 가지 장점이 있습니다. 점토 및 흄드 실리카는 용매 - 입자 상호 작용(예 : silanol groups on fumed silica)을 기반으로 네트워크를 형성합니다. 이것은 상호 작용이 화학 환경의 변화에 취약하다는 것을 의미합니다. 대신, 셀룰로오스 섬유소는 서로 얽힐 수있는 날카롭고 긴 피브릴이기 때문에 물리적 형태를 통해 부분적으로 네트워크를 형성합니다. 이는 pH, 염분 또는 온도의 변화에 대해 네트워크를 보다 더 안정하게 만듭니다. 불용성 레올로지 첨가제는 수용성 폴리머에 비해 몇 가지 다른 장점이 있습니다. 예를 들어 shear 후 점도 회복은 견고한 네트워크에서 더 빠릅니다. 또한 폴리머 사슬은 매우 높은 shear 조건에서 분해될 수 있지만 점토, 흄드 실리카 및 셀룰로오스 피브릴은 높은 shear 조건을 매우 잘 견뎌냅니다.
새로운 생겨난 대체제로 새로운 기회를 만들어 낼 수 있습니다. Associative thickening은 1990년대와 2000년대 초반에 인기를 얻었습니다. 오늘날 점토 및 셀룰로오스 섬유와 같은 불용성 첨가제는 시장에 진입하면서 새로운 옵션을 제공합니다. 따라서 새로운 레올로지 시스템을 재구성하거나 새로운 것을 만들 시기가 온다면, 기회는 당신에게 달려 있습니다.
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