Attrito tra viscosità e tissotropia

Chiunque abbia provato a stuccare o verniciare un'auto ha probabilmente notato che uno dei parametri fondamentali è indicato nelle informazioni tecniche dei prodotti: la viscosità. Quando si parla con un venditore, è probabile che si senta dire la frase: Questo prodotto ha ottime proprietà tixotropiche. Il fatto che il prodotto sia tixotropico influisce sulla sua viscosità?

Una proprietà importante delle vernici

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Partiamo dalla risposta alla domanda su cosa sia la viscosità. In parole povere, la viscosità è l'attrito interno derivante dal movimento relativo delle molecole. Il rapporto tra la viscosità dinamica e la densità di un fluido determina la sua viscosità cinematica. È la viscosità cinematica a determinare le proprietà di un prodotto verniciante. Ad esempio, possiamo provare a mescolare un primer epossidico e poi una vernice di base per fare un confronto. Quale sostanza sarà più resistente? Sicuramente il primer, in quanto è denso, il che significa che le molecole sono più strette e quindi il peso del prodotto è maggiore. La viscosità cambia a seconda della temperatura: sarà più bassa in estate (il prodotto è più sottile) e più alta in inverno. Per questo motivo è importante mantenere una temperatura costante, soprattutto quando fuori la temperatura è sotto lo zero.

Perché è importante misurare la viscosità della vernice?

Il parametro della viscosità è estremamente importante per il corretto processo di verniciatura. I prodotti utilizzati per la riparazione delle nostre auto (tra cui fondi, stucchi e vernici per auto) sono rappresentanti di liquidi reologici, cioè liquidi che cambiano nel tempo e sotto la sua influenza. Più a lungo agisce la sollecitazione di taglio (in questo caso, la nostra agitazione), maggiori sono i cambiamenti nella struttura. La viscosità della vernice diminuisce sotto agitazione, dando l'impressione di un materiale che si assottiglia, e aumenta quando è ferma, facendo apparire la vernice più densa. La viscosità della vernice viene misurata con un dispositivo chiamato Ford flow cup. 100 cm3 di vernice vengono versati in una speciale tazza DIN 4. Il tempo che il materiale impiega a scorrere è di circa 1,5 cm. Si osserva quindi il tempo necessario al materiale per fluire attraverso un foro di quattro millimetri. La viscosità cinematica viene misurata in gradi (st) e centistokes (cst).

Caratterizzazione della tissotropia

Le proprietà della tissotropia sono determinate dalla composizione qualitativa e quantitativa della fase dispersa di una sostanza chimica. I valori utilizzati per determinare la tissotropia sono la massima viscosità dinamica, la minima viscosità dinamica e lo sforzo di taglio finale. Si tratta di valori importanti da considerare quando si lavora su superfici verticali o orizzontali. Tixotropia significa letteralmente cambiamento durante il tocco (thixis – tocco e trop – cambiamento). In pratica, la tixotropia è la proprietà delle sostanze disperse, cioè di sostanze composte da molti componenti, di solito una miscela di liquido e una fase densa dispersa, di ripristinare il punto di snervamento a riposo, cioè in assenza di influenza meccanica sulla sostanza.

Tixotropia e reopessi

È importante non confondere il concetto di tissotropia con il fenomeno della pseudoplasticità. Le sostanze caratterizzate da quest'ultima proprietà sono caratterizzate da una diminuzione della viscosità quando sono sottoposte a uno sforzo di taglio. Nel caso delle sostanze tissotropiche, invece, è vero il contrario: la loro viscosità diminuisce quando sono sottoposte a uno sforzo di taglio costante. Quando le sostanze tissotropiche sono sottoposte a una velocità di deformazione costante, lo sforzo di taglio diminuisce nel tempo. La viscosità e la velocità di taglio di alcune sostanze in condizioni ambientali costanti cambiano nel tempo. Una sostanza è tixotropica se la sua viscosità diminuisce nel tempo, mentre se la viscosità aumenta, si tratta di reopessia, nota anche come antitixotropia. Ognuno di questi tipi di sostanze può raggiungere un valore costante in un lasso di tempo diverso, che va da pochi secondi a qualche giorno.

La tissotropia e il fenomeno della pseudo-plasticità

La tissotropia è una caratteristica dei sistemi colloidali e polimerici sottoposti a influenza meccanica a temperatura costante. La tissotropia caratterizza la proprietà di una sostanza che le permette di superare il limite della sua plasticità dopo la cessazione dell'influenza meccanica, nel caso dei materiali vernicianti, la miscelazione. Ciò determina la possibilità di invertire i cambiamenti nella struttura di una determinata sostanza verniciante attraverso la coagulazione delle particelle colloidali in un sistema di dispersione. Il concetto di tissotropia viene spesso erroneamente utilizzato come sostituto della pseudo-plasticità di una sostanza. Questo non è corretto perché le due proprietà sono completamente opposte. Una sostanza pseudoplastica si distingue da una sostanza tissotropica perché riduce la sua viscosità sotto l'influenza di uno sforzo di taglio temporaneo, mentre una sostanza tissotropica riduce la sua viscosità nel tempo sotto un'influenza meccanica costante.

Tixotropia e cambiamenti nelle proprietà dei materiali

Quando iniziamo a mescolare un liquido reologico, inizialmente ci troviamo di fronte a una resistenza elevata (alta viscosità), ma dopo un po' la resistenza diminuisce (otteniamo la giusta viscosità). Grazie a questo fenomeno, possiamo dipingere o riempire grandi superfici senza preoccuparci delle colature. Ci si potrebbe chiedere se i legami si rompono durante la miscelazione, se il prodotto è già distrutto dopo la prima miscelazione. Niente di più sbagliato, si scopre che un dato liquido ha una memoria, grazie alla quale, dopo la cessazione della miscelazione, ritorna (dopo un certo tempo) al suo stato iniziale, ed è questa memoria la proprietà chiamata tissotropia. Essa dipende dal tempo e dalla velocità di taglio, nonché dai fenomeni meccanici che si verificano nel materiale. Il profilo reologico di un prodotto tixotropico può essere ottenuto aggiungendo vari eteri di cellulosa, acidi poliacrilici, ecc.

Come si testano le proprietà tissotropiche in laboratorio?

Quando un liquido tissotropico viene sottoposto a taglio, ad esempio in un viscosimetro a rotazione, la struttura del liquido viene distrutta. La distruzione della struttura termina quando la struttura residua del liquido si genera a una certa velocità di taglio. Confrontando la curva di flusso tracciata a velocità di taglio crescente con la curva a velocità di taglio decrescente, è possibile determinare l'entità della distruzione della struttura tissotropica. Se, prima di iniziare a determinare la curva (quando la velocità di taglio è ancora bassa), la sostanza viene sottoposta a taglio per un certo periodo di tempo a una specifica velocità massima (γ), lo sforzo di taglio (τ) corrispondente a questa velocità diminuirà in proporzione alla rottura della struttura tissotropica.

Come può essere utilizzato in pratica?

Dal punto di vista del nostro settore, l'imbianchino vuole ricevere un prodotto facile da applicare, facile da applicare con le pistole a spruzzo - quindi la viscosità di spruzzo è molto importante. D'altra parte, vogliamo che la vernice non coli via dalla superficie dopo la spruzzatura (senza striature) e che sia possibile applicare uno strato spesso in una sola volta - per aumentare il potere coprente. Utilizzando il fenomeno che abbiamo imparato a conoscere, possiamo produrre vernici con queste proprietà. Il lavoro dovrebbe iniziare già nella fase di progettazione del prodotto. Si tratta di un compito molto difficile perché vogliamo che il prodotto finale combini molti vantaggi che spesso sono difficili da conciliare a causa delle proprietà dei singoli componenti. Come si può notare, la conoscenza della reologia del sistema è estremamente importante nel processo di produzione dei materiali vernicianti, in quanto è l'unico modo per garantire una pianificazione del processo e della produzione pienamente informata. La combinazione di viscosità di spruzzo ottimale ed elevato potere coprente è una vera sfida per il produttore.

La tissotropia nel contesto del processo di produzione dei materiali vernicianti

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I cosiddetti additivi funzionali utilizzati nelle vernici per auto per conferire alla vernice le proprietà desiderate svolgono un ruolo sempre più importante nel processo di produzione dei materiali. L'uso di questi additivi consente di controllare meglio la tecnologia di produzione dei materiali vernicianti e le loro proprietà durante l'uso. Gli additivi più importanti utilizzati nelle vernici sono gli addensanti, cioè i modificatori reologici, i disperdenti e vari tipi di fotostabilizzatori. Grazie alla conoscenza della reologia del sistema di verniciatura, è possibile migliorarne la fluidità, garantire una copertura uniforme del substrato e prevenire la riduzione della viscosità, che può verificarsi ad esempio durante la colorazione.

Le specificità del lavoro con una pistola a spruzzo e la viscosità della vernice

Durante il processo di verniciatura, la vernice viene distribuita con l'aiuto di una pistola a spruzzo per mezzo di aria compressa. L'aria scorre all'interno del dispositivo ad alta pressione, regolata in base alla potenza di un particolare materiale di verniciatura. Durante il processo di verniciatura, la vernice viene scomposta in particelle microscopiche, creando un aerosol all'uscita dell'ugello. Le particelle si depositano sull'oggetto da verniciare, creando una superficie verniciata. Lo spray deve lasciare un segno uniforme sulla superficie, simile a un ovale o a un rettangolo allungato con bordi molto arrotondati. In questo modo si garantisce che la vernice sia applicata in modo uniforme sulla superficie.

Viscosità della vernice – regolabile

La tissotropia della vernice consente di applicarla facilmente con un meccanismo a spruzzo e allo stesso tempo di riportarla rapidamente al livello di viscosità appropriato, che garantisce una copertura uniforme di una superficie orizzontale. Se la viscosità della vernice è troppo elevata, si osserva una riduzione della quantità di vernice al centro del getto. Questo problema può essere risolto aggiungendo un po' di diluente alla vernice, ad esempio. Questa operazione può essere eseguita solo da verniciatori esperti e solo quando si spruzza la superficie. Tuttavia, è importante ricordare che diluire la vernice con un solvente riduce significativamente la tissotropia del rivestimento. La diluizione è possibile fino a un massimo del 20%.

La tissotropia è una proprietà di varie sostanze. È importante notare che la tissotropia è caratterizzata dalla capacità di una sostanza plastica di assumere lo stato liquido, ma non determina la proprietà delle sostanze liquide di assumere una consistenza densa. Per questo motivo la viscosità delle vernici è legata al concetto di tissotropia.