انواع غلظت ‌دهنده

غلظت دهنده چیست ؟

به موادی غلظت‌ دهنده گفته می‎شود که ویسکوزیته محصول مورد نظر را افزایش دهد. این غلظت ‌دهنده‌ها هم در محصولات پایه آب و هم در محصولات پایه استفاده می‌شود. غلظت ‌دهنده علاوه بر افزایش ویسکوزیته محصول مورد نظر تاثیرات دیگری از جمله ضد رسوب بودن، ته‌نشینی و جریان‌پذیری را نیز خواهد داشت.

نقش غلظت‌دهنده‌ها در صنایع شیمیایی

در تولید بسیاری از محصولات شیمیایی، آرایشی و بهداشتی، شوینده‌ها، رنگ و رزین، صنایع غذایی و داروسازی، کنترل ویسکوزیته و غلظت و رفتار رئولوژیک فرآورده‌ها، غلظت دهنده ها نقش بسیار مهمی دارند. ماده‌ای که پایداری و قوام ذرات و حالت ظاهری مناسب را در یک سیستم مایع ایجاد می‌کند، غلظت‌دهنده یا عامل غلظت‌بخش (Thickening Agent) نامیده می‌شود.

نقش غلظت‌دهنده‌ها تنها به غلیظ و متراکم کردن کردن مایعات محدود نمی‌شود؛ بلکه این افزودنی کلیدی نقش های دیگری را نیز بر عهده دارند:

1.     جلوگیری از ته‌نشینی پیگمنت‌ها و پرکننده‌ها (Anti-settling): با ایجاد شبکه ای متصل در حالت سکون، مانع رسوب ذرات سنگین می‌شوند.

2. بهبود جریان‌پذیری و تسطیح (Flow & Levelling): باعث می‌شوند محصول در هنگام مصرف (مانند پخش شدن رنگ روی دیوار یا پخش شدن شامپو روی پوست) رفتاری روان و یکنواخت داشته باشد.
3. خاصیت ضد شره (Anti-sagging): مانع حرکت و ریزش مایع روی سطوح عمودی پس از استعمال می‌شود.

افزایش پایداری و طول عمر انبارداری (Shelf Life): از دو فازشدن فرمولاسیون در طول زمان جلوگیری می‌کنند

انواع غلظت دهنده 

1.  غلظت‌ دهنده اکریلاتی
2.  غلظت‌ دهنده سلولزی
3.  غلظت‌ دهنده پلی‌یورتانی
4.  فیوم سیلیکا

غلظت‌دهنده‌ها بر اساس ساختار شیمیایی و پایه و أساس حلال، به سیستم های پایه آب (Aqueous Systems) و پایه حلال (Solvent-based Systems) طبقه‌بندی می‌شوند. در ادامه به بررسی تخصصی ۴ دسته اصلی آن‌ها می‌پردازیم.

غلظت ‌دهنده اکریلاتی

در این نوع غلظت ‌دهنده، کوپلمیرهای متا اکریلیک اسید به همراه اتیل اکریلات استر باعث افزایش ویسکوزیته محصول مورد نظر خواهند شد. غلظت‌ دهنده اکریلاتی در مقایسه با نوع سلولزی تنها تفاوتشان رد نوع استفاده از آن‌ها است، غلظت‌ دهنده اکریلاتی به هیچ عنوان مورد حمله میکروارگانیستم‌ها قرار نخواهد گرفت و همین موضوع در محیط‌های قلیایی به جذب آب بیشتر کمک خواهد کرد.

نوع دیگری از غلظت ‌دهنده‌های اکریلاتی وجود دارد که به آن غلظت‌ دهنده غیرتجمعی گفته می‎شود که در محیط‌های قلیایی به جای جذب آب، ph محیط را افزایش می‌دهند و ویسکوزیته محصول افزایش پیدا خواهد کرد و به طور کلی می‌توان گفت؛ نگهداری از محصولاتی که آب‌گریز هستند به مراتب بهتر و راحت‌تر از محصولات دو جانبه است.

مزایا و چالش‌ها

• مقاومت میکروبی عالی: ترکیبات اکریلاتی ساختار کاملاً سنتزی داشته و غذای باکتری‌ها یا قارچ‌ها محسوب نمی‌شوند.
• سهولت در فرآیند تولید: به راحتی در آب پخش شده و سرعت تولید را بالا می‌برند.
• چالش: اگر pH سیستم به زیر ۷ افت کند، ویسکوزیته محصول به شدت افت خواهد کرد.

غلظت ‌دهنده سلولزی

این غلظت ‌دهنده‌ها از خانواده اترها بوده، از این رو قدرت جذب آب بسیار بالایی دارد. از دیگر خواص غلظت‌ دهنده‌های سلولزی می‌توان به پایداری و انبارداری راحت‌تر، ضد شره، نگهداری آب بیشتر و … اشاره کرد.

یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های این غلظت ‌دهنده این است که هیچگونه محدودیتی ندارند و در هر فرمول و محصولی می‌توان آن را استفاده کرد. این غلظت ‌دهنده‌های سلولزی به هیچ عنوان به تنهایی نمی‌توانند در برابر میکروارگانیستم‌ها مقاومت کنند، به همین دلیل باید موادی وجود داشته باشد و تنها بایوساید می‌تواند نگهدارنده بسیار مناسبی برای این محصولات باشد.

انواع غلظت ‌دهنده‌های سلولزی 

1.  متیل هیدورکسی اتیل سلولز
2.  هیدروکسی اتیل سلولز
3.  هیدروکسی پروپیل متیل سلولز
4.  اتیل هیدروکسی اتیل سلولز
5.  کربوکسی متیل سلولز

یکی از مهم‌ترین و پرکاربردی‌ترین غلظت‌ دهنده‌ها هیدروکسی اتیل سلولز نام دارد. از این نوع غلظت‌ دهنده بدون هیچ محدودیتی می‌توان در صنایع مختلفی چون رنگ و رزین اپوکسی، محصولات آرایشی و بهداشتی، چسب و مواد شوینده و… استفاده می‌کنند.

از ویژگی‌های غلظت ‌دهنده‌های سلولزی می‌توان به مواردی چون سازگاری بیشتر با پیگمنت‌ رنگی، نگهدارنده آب بیشتر، حداقل تاثیر به روی براقیت رنگ و رزین و جلوگیری از پاشیده شدن رنگ اشاره کرد.

1.1 انواع اصلی اترهای سلولز

·      هیدروکسی اتیل سلولز (HEC): یکی از پرکاربردترین غلظت‌دهنده ها در رنگ‌های آکریلیک بر پایه آب، شوینده‌های بهداشتی، چسب‌ها و ملات‌های ساختمانی.

·      هیدروکسی پروپیل متیل سلولز (HPMC): دارای قدرت عالی احتباس آب ، مورد استفاده در چسب کاشی، گچ‌های صنعتی، قرص‌های دارویی و فرآورده‌های آرایشی.

·      کربوکسی متیل سلولز (CMC): نوع آنیونی سلولز که در صنایع غذایی، شوینده‌های پودری و مایع، و نساجی کاربرد گسترده دارد.

متیل هیدروکسی اتیل سلولز (MHEC) و اتیل هیدروکسی اتیل سلولز (EHEC): جهت استفاده در ملات‌های خشک ساختمانی با نیاز به مقاومت حرارتی ب

غلظت ‌دهنده پلی یورتانی

غلظت‌ دهنده پلی یورتانی نسل جدیدی از غلظت‌ دهنده‌های پایه آب است. یکی از مزایای استفاده از این غلظت‌ دهنده استفاده در ph های مختلف است. این گروه از غلظت‌ دهنده‌ها در برابر میکروارگانیسم‌ها مقاوم بوده و به راحتی می‌توان از آن‌ها در بخش‌های مختلف استفاده کرد.

یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های غلظت ‌دهنده پلی یورتان که باعث شده تا نسبت به سایر غلظت ‌دهنده‌ها بیشتر مورد استفاده قرار بگیرد، وابسته نبودن آن به دماست. این غلظت‌ دهنده را می‌توان در هر دما و حرارتی استفاده کرد.

مکانیسم تجمع آب‌گریز (Associative Thickening)

ساختار مولکولی این پلیمرها شامل یک بخش مرکزی آب‌دوست (زنجیره پلی‌اتیلن گلیکول) و دو بخش انتهایی آب‌گریز (هیدروکربن‌های طویل) است. در یک سیستم آبی، بخش‌های آب‌گریز به دلیل تمایل نداشتن به آب، با یکدیگر و همچنین با ذرات رزین، امولسیون و پیگمنت‌ها پیوند برقرار می‌کنند. این اتصالات شبکه سه‌بعدی متراکمی را در سراسر محصول می‌سازد که به آن مکانیسم تجمعی می‌گویند.

مزایای غلظت‌دهنده‌های پلی‌یورتانی

• عدم وابسته به pH: برخلاف اکریلات‌ها، عملکرد پلی‌یورتان‌ها تحت تأثیر اسیدی یا قلیایی بودن محیط قرار نمی‌گیرد.
• پایداری حرارتی بی‌نظیر: تغییرات دما تأثیر شدیدی بر عملکرد آن‌ها ندارد و تا دمای آغاز تجزیه حرارتی (حدود ۲۰۰ تا ۲۵۰ درجه سانتی‌گراد) ساختار خود را حفظ می‌کنند.
• مقاومت کامل در برابر میکروارگانیسم‌ها: ساختار مصنوعی آن امکان رشد باکتری‌ها را سلب می‌کند.
• کیفیت سطح فوق‌العاده: بهترین جریان‌پذیری، پخش پذیری عالی و مقاومت بالایی را در برابر شستشو در پوشش‌های دکوراتیو و خودرویی فراهم می‌سازند.

فیوم سیلیکا

یکی دیگر از مواد افزودنی فیوم سیلیکا است که به طور عمده در رنگ‌های پایه حلال به عنوان یک غلظت‎ دهنده و به عنوان یک رسوب‎دهنده مورد استفاده قرار می‌گیرد. فیوم سیلیکاها معمولا به دو نوع آب دوست و آب‌گریز تبدیل می‌شوند. معمولا نوع آب‌دوست آن را در محصولاتی استفاده می‌کنند که حلالیت غیرقطبی و قطبیت بسیار پایینی دارند، محصولاتی چون رزین اپوکسی، پلی استرها و…

1.1 انواع فیوم سیلیکا

·      فیوم سیلیکا آب‌دوست (Hydrophilic): سطح آن پوشیده از گروه‌های سیلانول است. این نوع برای سامانه‌های کاملاً غیرقطبی (مانند رزین‌های اپوکسی، پلی‌استر غیراشباع، روغن‌ها و حلال‌های هیدروکربنی) مناسب است.

·      فیوم سیلیکا آب‌گریز (Hydrophobic): طی فرآیندهای شیمیایی، گروه‌های سطحی اصلاح شده‌اند. این نوع برای سامانه‌های قطبی (مانند حلال‌های الکلی، پلی‌ول‌ها و سامانه‌های پایه آب) کارایی دارد.

4.2 مکانیسم رفتار تیکسوتروپیک

ذرات فیوم سیلیکا از طریق گروه‌های سطحی خود، پیوندهای هیدروژنی بین‌ذره‌ای تشکیل داده و شبکه‌ای اسکلتی در محلول  می‌سازند. این شبکه مانع حرکت محلول و ته‌نشینی ذرات می‌شود. با اعمال نیروی برشی (هم زدن، پمپ کردن یا اسپری)، پیوندهای هیدروژنی ضعیف شکسته شده و ویسکوزیته فوراً کاهش می‌یابد (مایع روان می‌شود). پس از برداشتن نیرو و در حالت سکون، این پیوندها مجدداً بازسازی شده و ویسکوزیته به حالت اولیه بازمی‌گردد. به این رفتار تیکسوتروپی (Thixotropy) می‌گویند.

راهنمای عملی در انتخاب غلظت‌دهنده مناسب

برای دست‌یابی به بهترین فرمولاسیون صنعتی، مهندسان شیمی باید پارامترهای زیر را مد نظر قرار دهند:

1. قطبیت حلال: برای حلال‌های غیرقطبی (مثل زایلین یا رزین اپوکسی) فیوم سیلیکا و برای سیستم‌های آبی، سه گروه دیگر مناسب هستند.
2. محدوده pH فرمولاسیون: اگر فرمولاسیون اسیدی باشد، استفاده از غلظت‌دهنده‌های اکریلاتی ناممکن است و باید از پلی‌یورتان یا سلولز استفاده شود.
3. شفافیت محصول: در محصولاتی مثل ژل‌های شفاف آرایشی یا شوینده‌های بی‌رنگ، غلظت‌دهنده‌هایی با شاخص شکست نوری مناسب (مانند اکریلات‌های خاص یا CMC با درجه خلوص بالا) اولویت دارند.
4. شرایط نگهداری و انبارداری: در صورت عدم امکان استفاده از نگهدارنده‌های قوی، غلظت‌دهنده‌های سنتزی (اکریلاتی، پلی‌یورتانی یا سیلیکا) بر سلولز ارجحیت دارند.