W naszej branży często słyszymy stwierdzenia: lakier jest bardzo gęsty, lakier jest gęsty, więc ma dużą zawartość ciał stałych, ten lakier ma bardzo dobrą tiksotropię. Jak jest naprawdę?
Zacznijmy od słowa gęsty. Choć nie jestem językoznawcą, łatwo się domyślam, że słowo to pochodzi od gęstości, ta natomiast zdefiniowana jest jako masa właściwa. Jest to nic innego jak stosunek masy pewnej ilości substancji do zajmowanej przez nią objętości. Pamiętacie zagadkę: co waży więcej – 1 kg piór czy 1 kg żelaza? Otóż ważą tyle samo, jednak 1 kg żelaza zmieści się nam na dłoni, natomiast 1 kg piór mógłby zasypać nas po głowę. Pójdźmy dalej, jednostką masy jest kilogram, natomiast jednostką objętości jest np. centymetr sześcienny lub litr, czyli 1000 centymetrów sześciennych lub jeden decymetr sześcienny – zapamiętajmy.
Teraz zróbmy doświadczenie. Postawmy na wadze butelkę o pojemności 1 litra i spróbujmy wlać do niej 1 kg wody. Następnie do takiej samej butelki spróbujmy wlać 1 kg alkoholu etylowego. Co się okaże? Z wodą pójdzie nam dobrze i spokojnie zmieści się ona do butelki, natomiast alkoholu zmieści się jedynie około 800 gram. Dlaczego? Ponieważ gęstość wody wynosi w przybliżeniu 1 kg/dm3, natomiast gęstość alkoholu to około 0,798 kg/dm3 (w temp. 20oC). Rozszyfrujmy to: 1 kg wody zajmuje prawie dokładnie 1 dm3, czyli 1 litr, odwracając, możemy powiedzieć, że 1 litr wody to 1 kg wody. W przypadku alkoholu etylowego 0,798 kg to jeden litr, odwracając, musimy powiedzieć, że 1 litr alkoholu to 0,798 kg alkoholu.
Ciekawostka – 1 litr rtęci to około 13,5 kg rtęci – możemy więc powiedzieć, rtęć jest bardzo gęsta?
Wróćmy do naszych lakierów: „Ten lakier jest bardzo gęsty…” Znając już definicję gęstości i mając pewne wyobrażenie na jej temat, co musiałoby znaczyć to zdanie? Mniej więcej tyle, że mała objętość lakieru ma stosunkowo dużą masę. Jeżeli jednak zmierzymy gęstość przykładowego lakieru wodnego transparentnego, okaże się, że jego gęstość to około 1,04 kg/dm3, czyli 1,04 kg lakieru to 1 litr lakieru lub 1 litr lakieru to 1,04 kg lakieru. W sumie niewiele więcej niż sama woda. Czy powiemy o wodzie, że jest gęsta?
Co więc tak naprawdę mamy na myśli mówiąc, że lakier jest gęsty, o jaką cechę chodzi?
Właściwość ta to lepkość i jest zupełnie czymś innym niż gęstość. Należałoby więc powiedzieć: „Ten lakier ma bardzo wysoką lepkość”. No tak, ale czym jest lepkość? Nauka, która dotyczy lepkości, to reologia i napisano już na jej temat niejedną książkę. Nie mamy ani czasu, ani chęci, aby się tym zajmować. Możemy jednak w prosty sposób zdefiniować lepkość jako opór stawiany przez ciecz w momencie, gdy próbujemy ją mieszać. Woda stawia bardzo mały opór, możemy więc powiedzieć, że ma niską lepkość. Natomiast lakier, o którym mówimy, że jest gęsty, w rzeczywistości posiada wysoką lepkość, czyli stawia duży opór w momencie, gdy zaczynamy go mieszać.
Mit – lakier jest bardzo gęsty.
Fakt – lakier posiada wysoką lepkość.
„Lakier jest gęsty, więc z pewnością posiada dużo ciał stałych”. To częste przekonanie, prawda? Znając już definicję gęstości i lepkości, poprawmy to zdanie. „Lakier posiada wysoką lepkość, więc z pewnością posiada dużo ciał stałych”. Czy nadal brzmi przekonująco? Chyba już trochę mniej. Gdy mówimy, że ktoś ma gęste włosy, mamy na myśli, że ma ich po prostu dużo. Czy lakier, który jest „gęsty”, ma dużo ciał stałych?
Wróćmy do naszej życiodajnej wody, która ma niską lepkość i stosunkowo niską gęstość (w porównaniu np. do rtęci). Czy woda ma jakieś ciała stałe? Ta w kranach i w rzekach, a i ta w butelkach z całą pewnością. Czasami są to zanieczyszczenia, a czasami po prostu związki mineralne, aniony i kationy. Zróbmy doświadczenie.
Do żaroodpornego naczynia o znanej wadze wlejmy 1 kg wody mineralnej. Wstawmy ją do piekarnika o temperaturze 110oC. Woda wrze w temperaturze 100oC i zmienia się w parę wodną. Co się okaże? Po pewnym czasie zastaniemy zaparowane pomieszczenie, ale w naszym naczyniu wody już nie będzie. Gdy zważymy naczynie, okaże się, że waży ono niemalże dokładnie tyle samo co puste naczynie, czyli z wody praktycznie nic nam nie zostało, a zawartość ciał stałych okaże się być niewielka lub wręcz śladowa. Mówiąc krótko, zawartość wody w wodzie wynosi 99,9…%, a zawartość ciał stałych 0,00…1%.
Podsumujmy fakty: woda – niska lepkość, niska gęstość, zawartość ciał stałych minimalna.
Przeprowadźmy drugie doświadczenie. W 1 kg lub jak kto woli 1 litrze ciepłej wody rozpuśćmy 20 g żelatyny i wstawmy do lodówki na 12 godzin. Zakładamy, podkreślam, zakładamy, że 20 g żelatyny to nasze części stałe. 20 g żelatyny na 1000 g wody razy 100% daje nam 2% części stałych.
Co się okaże? Po 12h z wody z żelatyną zrobi się galaretka (98% wody, 2% żelatyny – „części stałych”). Gdy spróbujemy ją zamieszać, okaże się, że napotkamy duży opór. Czy powiemy, że jest gęsta? Gęstość zmieni się nieznacznie i nadal będzie w pobliżu 1 kg/dm3. Nie będziemy mogli także nazwać galaretki ciałem stałym, gdyż woda w takim stanie na naszej planecie występuje jedynie w temperaturach poniżej 0oC. Woda więc nadal jest cieczą, jednak o bardzo wysokiej lepkości, nie świadczy to jednak wcale, że posiada dużo ciał stałych, gdyż żelatyny było jedynie 2%.
Mit – lakier jest gęsty, więc z pewnością posiada dużo ciał stałych
Fakt – lakier, który posiada wysoką lepkość, wcale nie musi wykazywać dużej zawartości ciał stałych.
Mówi się także, że lakier buduje lepszą powłokę, im więcej ma ciał stałych, to jednak także mit, o którym może innym razem.
Ostatni mit lub raczej powiedzenie, z którym się rozprawimy, to: „Ten lakier posiada bardzo dobrą tiksotropię”. Co autor miał na myśli? Bardzo często słyszymy słowo tiksotropia, tiksotropowy. Bardzo „ładne” i bardzo fachowe słowo, dobrze go użyć w kontakcie z klientem. Przyjęło się to do tego stopnia, że prawie każdy kojarzy to zdanie z tym, że lakier nie ścieka z elementów w czasie aplikacji i suszenia. Ja jednak rozłożę to na czynniki pierwsze.
Tiksotropia to nic innego jak pamięć cieczy o lepkości… A to dopiero stwierdzenie, pamięć to mają ludzie, zwierzęta i komputery, ale lakier? Znowu musimy wrócić do naszej lepkości, która jest tak znamienitą cechą dla lakierów wodnych. Jak wcześniej pisałem, lepkość to opór, który stawia ciecz w trakcie mieszania, ale co się okazuje – nie jest ważne, z jaką siłą mieszamy wodę, w danej temperaturze zawsze ma tę samą lepkość (oczywiście nie ta z żelatyną). Podobnie jest z miodem, owszem, stawia dużo większy opór, ale ile byśmy siły nie wkładali, swojej lepkości nie zmienia. Takie ciecze jak woda i miód nazywamy cieczami newtonowskimi, gdyż wartość lepkości nie zmienia się w zależności od przyłożonych sił. Brzmi naukowo, ale stwierdzenie jest proste, obie ciecze zawsze stawiają ten sam opór.
Jak jest z lakierami? Otóż lakiery mogą wykazywać cechy cieczy newtonowskich lub pseudoplastycznych albo tiksotropowych. Tak, pojawiło się słowo tiksotropowy i nowe słowo pseudoplastyczny. Ciecze tiksotropowe i pseudoplastyczne posiadają lepkość, która zmienia się w zależności od przyłożonych sił. Co to znaczy? Gdy zaczynamy mieszać taki płyn, początkowo stawia duży opór, ale po pewnym czasie opór maleje i łatwiej jest nam mieszać. Jest to cecha znamienita, gdyż dzięki niej możemy lakierować powierzchnie pionowe, stosując duże wydajności, równocześnie nie musimy obawiać się ściekania lub złej rozlewności. Stąd, gdy mówimy tiksotropia, myślimy lakier o wysokiej lepkości, ale gdzie ta pamięć… Co się dzieje, gdy przestajemy mieszać ciecze tiksotropowe i pseudoplastyczne? Otóż okazuje się, że wracają one do swojej pierwotnej lepkości. Jest jednak różnica – pseudoplastyczne praktycznie od razu po odjęciu sił wracają do swojej lepkości, natomiast tiksotropowe potrzebują na to więcej czasu i w tym wypadku mówimy, że wracają one po innej drodze, tak jakby pamiętały, co się z nimi przed chwilą działo, a i tak wracają do domu (pierwotnej lepkości). Stąd mówimy, że to pamięć cieczy o swojej lepkości. Skomplikowane?
Mit – ten lakier posiada bardzo dobrą tiksotropię.
Fakt – lakier posiada takie właściwości, że nie ścieka oraz nie tworzy zacieków nawet przy wysokich wydajnościach aplikacji (>200g/m2).
Dlaczego nie napisałem, lakier posiada wysoką lepkość, która pozwala na wysokie wydajności bez tworzenia się zacieków? Gdyż może się okazać, że lakier pomimo teoretycznie wysokiej lepkości będzie nadal ściekał… ale to już opowieść na zupełnie inny artykuł.
Arkadiusz Murawski
Kupsa Coatings
