Viskozita a hustota nátěrů: Klíčové parametry pro kvalitu a aplikaci

Viskozita je fyzikální veličina, která udává poměr mezi tečným napětím a změnou rychlosti v závislosti na vzdálenosti mezi sousedními vrstvami proudící kapaliny. Jde o veličinu, která charakterizuje vnitřní tření kapaliny a závisí především na přitažlivých silách mezi částicemi. Kapaliny s větší přitažlivou silou mezi částicemi mají větší viskozitu, což zpomaluje pohyb kapaliny nebo těles v kapalině. Pro ideální kapalinu má viskozita nulovou hodnotu. Kapaliny s nenulovou viskozitou se označují jako viskózní (vazké).

Typy viskozity a jejich měření

Viskozita je jednou ze základních charakteristik kapalin. Dynamická viskozita (vnitřní tření) charakterizuje odpor, který klade kapalina vlastnímu pohybu (toku) nebo jiné vzájemné změně částic. Odpovídá síle potřebné v určitém médiu k posunu 1 kg za 1 s o 1 m. Jednotkou je 1 Pa.s (pascalsekunda, 1 kg.m-1.s-1).

Kinematická viskozita prostředí je dána poměrem mezi dynamickou viskozitou a hustotou. Viskozita klesá s rostoucí teplotou a roste s rostoucím tlakem. U plynů lze považovat viskozitu za nezávislou na tlaku plynu.

Metody měření viskozity

  • Kapilární viskozimetry jsou založeny na měření objemového průtoku měřené kapaliny trubicí definovaných rozměrů.
  • Tělískové viskozimetry měří rychlost pádu nebo naopak vystoupání k hladině zkušebního tělesa. Pro tato měření je nutné, aby byla kapalina průhledná.
  • Ultrazvukové viskozimetry jsou podobné principu vibračních viskozimetrů.

Tabulka: Příklady viskozity tělesných tekutin (v relativních jednotkách)

Kapalina Relativní viskozita (kdy 1 = viskozita vody)
Voda 1
Plazma 2
Krev 4

Viskozita krve se zvyšuje při vyšším hematokritu nebo při poklesu rychlosti proudící krve.

Vliv viskozity a hustoty na nátěry

Měření viskozity a hustoty nátěrů je klíčové pro zajištění jejich optimální kvality a správné aplikace. Správná viskozita je nezbytná pro plynulý a efektivní transport barvy během výroby a pro dosažení požadované konzistence při aplikaci.

Čtěte také: Tabulky hustoty dřeva

Problémy a řešení s viskozitou nátěrů

  • Barva na dřevo je pro aplikaci příliš hustá nebo příliš řídká: Určete viskozitu barvy provedením rychlé kontroly kvality při konstantní rychlosti k přizpůsobení konzistence. Nebo určete viskozitu při různých rychlostech smyku, abyste zjistili viskozitu nátěru v klidu a při aplikaci. Výsledky využijte k úpravě chování toku nátěru na dřevo tak, aby bylo ideální ve všech fázích používání. Vaše barva na dřevo pak nestéká ani nezanechává na povrchu nerovné vyvýšeniny.
  • Barva se zablokuje při čerpání nebo při aplikaci: Analyzujte mez toku barvy pomocí reometru nebo viskozimetru a snižte mez toku tak, aby k zahájení toku vzorku stačila menší síla. Tím je zajištěna nulová odstávka výrobního závodu díky plynulému a efektivnímu přepravnímu procesu během výroby barev.
  • Při malování na stěnu vzniká neadekvátní vrstva, nebo po aplikaci dochází ke stékání: Analyzujte strukturální dekompozici a obnovu vnitřní struktury barvy za účelem úpravy formulace. Vaše nástěnná barva pak bude mít dostatečnou tloušťku vlhké vrstvy a nebude stékat.
  • Automobilový lak je příliš hustý a nedá se nanášet stříkáním a vytváří malé viditelné kapénky, které vedou k nerovnoměrnému pokrytí: Analyzujte viskozitu barvy při vysokých smykových rychlostech (1 000 s-1 až 10 000 s-1) a upravte recepturu. Tím si můžete být jisti, že váš produkt má tu správnou viskozitu pro aplikace s vysokou smykovou rychlostí, např. při nástřiku a nátěru, a má hladký povrch.
  • Pigmenty a plnidla stavební barvy se během (krátkodobého) uskladnění usazují: Analyzujte viskozitu při nízkých smykových rychlostech (<1 s-1) a upravte recepturu. Čím je viskozita při malé rychlosti smyku vyšší, tím je stabilita lepší. Tím zabráníte předčasnému usazování barvy.
  • U barvy dochází k separaci fází nebo sedimentaci po určité (dlouhé) době stání: Zkontrolujte stabilitu při skladování pomocí frekvenčního testu a upravte svou formulaci. Je zaručena dlouhodobá stabilita vaší barvy.
  • Barva je příliš řídká pro aplikaci při 50 °C: Určete a upravte viskozitu při přesně definované teplotě. Barva pak má ideální formulaci pro dané aplikační podmínky.
  • K vytvrzování obou složek epoxidového nátěru dochází už během aplikace: Analyzujte viskozitu a zjistěte, kdy je dvojnásobná oproti začátku reakce. S těmito znalostmi můžete upravit formuli epoxidového nátěru. Váš epoxidový nátěr pak ztvrdne ve správný čas po aplikaci.
  • Barva neschne v prostředích s vysokou vlhkostí: Upravte vlhkost a teplotu měřicího prostředí během reologického měření vaší barvy. Vaše barva pak schne při předem definovaných teplotních a vlhkostních podmínkách.
  • UV citlivý nátěr neztvrdl dle očekávání a na povrchu jsou škrábance a nerovnosti: Simulujte křížové reakce s odlišnou intenzitou UV světla při současném měření reologických vlastností. Nátěr, který ztvrdne pod UV světlem během několika sekund, dokonale pokryje a ochrání natíraný materiál.
  • Film barvy na dřevo je po vytvrzení příliš křehký nebo měkký: Určete chování filmu pomocí DMA a přizpůsobte formulaci. Tím se zajistí dostatečná elasticita filmu a kvalitní povrch nátěru.

Kvalita vzhledu a složení nátěrů

  • Barva nedosahuje požadovaného finálního vzhledu (lesk barvy): Určete a upravte velikost částic pigmentu. Tím získáte bezvadný produkt, který má kýžený matný nebo lesklý vzhled a spokojený koncový zákazník si jej zakoupí znovu.
  • Barva nevykazuje požadovanou barevnou intenzitu: Změřte a upravte velikost pigmentových částic, protože intenzita barvy se zvyšuje s tím, jak se velikost částic zmenšuje. Vaše barva pak bude mít správnou barevnou intenzitu a uživatel bude s výsledkem po aplikaci spokojen.
  • Materiál vykazuje nekonzistentní chování při nátěru: Určete velikost částic disperze barvy nebo nátěru, abyste identifikovali a zabránili agregaci částic před procesem natírání. To zajistí uniformní chování nátěru.
  • Disperze vykazuje nechtěnou tendenci k agregaci: Určete zeta potenciál částic ve vaší disperzi, zlepšete tak vaši formulaci a stabilizujte výrobní procesy. To urychlí výrobní proces a zabrání možným výpadkům drahých dávek díky rychlému rozpoznání problémů se zeta potenciálem.

Práškové nátěry

  • Práškové surové materiály nelze čerpat: Simulujte čerpatelnost pevných surových materiálů pomocí práškové cely. Využijte výsledky, abyste se vyhnuli problémům při přepravě a skladování práškových materiálů.
  • Práškový lak se buď nevytvrdí hezky, nebo jej není možné pneumaticky transportovat: Určete chování při zkapalnění a tvrdnutí a zjistěte vliv zvyšovačů toku na zkapalnění a také na proces tvrdnutí. Tím zvýšíte spokojenost zákazníků se snadno aplikovatelnými prášky, které vykazují dobré vlastnosti při tvrdnutí.
  • Práškové lakování nevypadá rovnoměrně: Analyzujte distribuci velikosti částic pomocí analyzátoru velikosti částic a optimalizujte jej tak, abyste dosáhli kýženého vnějšího vzhledu práškového nátěru. Práškový nátěr pak vykazuje vysokou odolnost a splňuje požadavky na vzhled.

Viskozita a hustota v ropném a plynárenském průmyslu

Měření viskozity a hustoty v ropném a plynárenském sektoru patří k nejdůležitějším, ale také nepolapitelným operacím. Laboratorní přístroje mají pouze omezené použití pro měření vlastností tekutin za podmínek nádrže. Velmi vysoké tlaky a teploty, rázy a vibrace, omezená dostupnost energie a především velká prostorová omezení vyžadují nové a kreativní přístupy k měření viskozity a hustoty.

Když kapalina protéká potrubím, tlak potřebný k jejímu pohybu danou rychlostí závisí na její viskozitě a rozměrech potrubí. Čím vyšší je viskozita, tím větší tlak je zapotřebí k protlačení kapaliny potrubím. Čím vyšší je viskozita, tím nižší je průtok. Například pro čerpání těžké ropy potrubím lze pomocí regulace její viskozity snížit čerpací tlak. Snížení viskozity zahříváním oleje nebo jeho ředěním je drahé. Chcete-li zjistit, kolik tepla nebo ředidla přidat, vyžaduje měření skutečné viskozity zředěné suroviny.

Znalost hustoty kapaliny je zásadní pro udržení tlakové rovnováhy ve studni. Při frakčních operacích je hustota důležitá pro určení, zda je koncentrace propantu na cíli. Inline měření hustoty je zásadní, protože při frakování se věci stávají rychle. Podobně při cementování je znalost hustoty cementu nezbytná pro udržení správné tlakové rovnováhy.

Pokročilé měřicí technologie

Vývoj pokročilé senzorové technologie a vysokoteplotní elektroniky umožňuje praktické začlenění senzorů viskozity a hustoty do drátových přístrojů, jako je například přístroj Baker Hughes Reservoir Characterization Instrument (RCI) se službou In-Situ Fluids eXplorer (IFX). Ve stejné době Baker Hughes vyvíjel své FASTrak protokolování při vrtání (LWD), které umožňovalo analýzu tekutin a vzorkování během vrtání, aniž by bylo nutné jej přerušovat kvůli drátovému protokolování.

Senzory Rheonics DVM-2000 a DVP, které pracují na principu vibračního rezonátoru, jsou schopny měřit hustotu a viskozitu současně. Rezonátor je ponořen do testované kapaliny. Zploštělé hroty interagují s tekutinou dvěma různými způsoby, když vibrují v kroucení. Stříhají tekutinu, což způsobuje přenos energie z prstů na tekutinu pomocí viskózních sil. Když je DV-2000 poháněn sinusovou vlnou, jeho amplituda vrcholí na své rezonanční frekvenci. Čím více energie ztratí na tekutinu viskózními silami, tím plošší a širší bude její rezonanční vrchol. Šířku rezonančního píku lze použít k odvození viskozity kapaliny a posun její rezonanční frekvence lze použít k odvození hustoty kapaliny.

Čtěte také: Hustota březové překližky

  • Rheonics DVM-2000: Je namontován v titanovém bloku s vysokotlakými vstupními a výstupními armaturami. Jeho skutečný objem měření je asi 0.7 cm3. Pracuje při tlacích až 30 000 PSI a teplotách až 500 °F. Je ideálně vhodný pro měření vlastností živých vzorků oleje díky malému objemu vzorku, širokému rozsahu měření viskozity bez přerušení měření a schopnosti měřit hustotu a viskozitu současně.
  • Rheonics DVP: Byl navržen jako všestranný inline senzor pro použití v nádržích, potrubích a reaktorech. Jeho rozsah a specifikace přesnosti jsou stejné jako u DVM, ale s nižším jmenovitým tlakem 10 000 PSI. DVP je zaměřen na aplikace zahrnující vícestaniční monitorování kapalin v potrubích, optimalizaci čerpadel na základě viskozity, úschovu a monitorování hustoty inline za vysokého tlaku.
  • Rheonics SRV: Je schopen měřit viskozitu ve velmi širokém rozsahu, od méně než 1 cP až po 50 000 cP. Jedná se o vysoce stabilní nástroj pro řízení procesu pro použití ve výrobních a dávkovacích operacích, dokonce i pro disperze, kaše a jiné atypické kapaliny. V současné době se používá k přesné kontrole viskozity nenewtonské kaše při aplikaci vysoce hodnotných nátěrů.

Aplikace v metodách EOR (Enhanced Oil Recovery)

Pokročilé techniky EOR používají systémy, ve kterých jsou emulgovány dvě nemísitelné tekutiny. Pěna EOR zahrnuje tvorbu emulzí plyn-voda stabilizovaných povrchově aktivní látkou v zásobníku k řízení mobility nízké viskozity vytěsňujícího plynu (N2, lehké uhlovodíky, CO2 atd.) a tím zvýšit účinnost zametání. V chemických metodách EOR, jako je zaplavování ASP (alkalický povrchově aktivní polymer), je proces regenerace oleje řízen povrchově aktivní látkou indukovanou tvorbou mikroemulze oleje a vody, která je poté pronásledována zaplavením viskózní solanky polymerem. Obě metody se snaží optimalizovat reologické vlastnosti v podmínkách nádrže s minimálním chemickým přídavkem.

Rheonics DVM-2000 může současně měřit hustotu a viskozitu takových chemických formulací za podmínek v nádrži během několika hodin, čímž se krok omezující rychlost stává časovým měřítkem chemických interakcí v procesu. Schopnost měřit hustotu a viskozitu současně také poskytuje zásadní informace o textuře emulze. Jednotná naměřená hustota a stabilní viskozita ukazují na stabilní emulzi s homogenně dispergovanými fázemi. Na druhé straně, pokud je textura nehomogenní, jako u slimákového toku, je to kvalitativně ukázáno silným kolísáním indikované hustoty a viskozity. Tyto informace jsou zásadní pro návrh a implementaci metod EOR.

Čtěte také: Dřevo a jeho hustota

tags: #hustota #a #viskozita #nateru #informace

Oblíbené příspěvky: