Zkoumání procesu schnutí akrylové barvy a gelového média
Rychlost schnutí akrylové polymerní disperze
Na většině obalů komerčních barev, základních nátěrů a nátěrových hmot je běžně na etiketě uveden konkrétní časový rámec pro zaschnutí výrobku. „Za ideálních podmínek zasychá za 2 až 4 hodiny“. „Na dotek zasychá za 30-60 minut.“ „Před opětovným nátěrem nechte zaschnout 4 hodiny.“ Proč tedy Golden Artist Colors neuvádí tyto informace na většině svých výrobků? Odpověď je jednoduchá; naše výrobky se používají mnoha různými způsoby, na mnoha různých površích a v nesčetných prostředích. Proto je nesmírně obtížné nabídnout „odhad“ bez znalosti dalších podrobností o použití a s přihlédnutím k různým potřebám v každé fázi uměleckého díla. Jedná se o základní vrstvu před prací s oleji? Musí být dílo ráno na dodávce? Chystáte se silně nasytit povrch mycími vrstvami akrylových barev? Jedná se o nástěnnou malbu v exteriéru v Louisianě? Tato složitost způsobuje, že se pozastavíme vždy, když nám položíte otázku: „Jak dlouho bude trvat schnutí?“
Ačkoli není možné zohlednit všechny aspekty a poskytnout absolutní dobu schnutí, v tomto článku popíšeme některé faktory související s procesem schnutí, odhalíme nedávné výsledky testů a probereme, jak to vše může ovlivnit reálnou situaci.
Fáze schnutí akrylové polymerní disperze
Na nejjednodušší a nejschematičtější úrovni schnou akrylové barvy odpařováním vody a dalších „těkavých látek“ z nátěrového filmu. Při jejich odchodu se pevné látky akrylu přibližují k sobě, až se dostanou do vzájemného kontaktu a vytvoří film. Ty se nakonec zhutní dostatečnou silou, aby vytlačily vodu a přísady, až dojde ke koalescenci. Vytvrzený film je nyní poměrně stabilní a nereaguje nepříznivě na vlhkost ani na následné vrstvy barvy.
Při tenčích aplikacích a za ideálních podmínek schnutí se akrylátové barvy zdají být suché během několika minut nebo hodin. Naopak u silně nanesených nátěrových filmů není neobvyklé, že trvá týdny nebo měsíce, než dosáhnou stejného stavu. Ačkoli všechny akrylové nátěrové filmy schnou stejným mechanismem – odchodem vody a spolurozpouštědel – během procesu působí mnoho faktorů ovlivňujících výsledek, zejména rychlost schnutí. Husté nátěrové filmy mohou mít ve skutečnosti několik zón v různých fázích schnutí, z nichž každá má různý stupeň obsahu těkavých látek.
Ačkoli v průběhu let byl tento proces definován poměrně volně a některé pojmy budou pro různé lidi znamenat různé věci, níže je uveden pokus o znázornění základních fází procesu (obrázek 2).
Mokrá barva – výrobek z nádoby tak zůstává, dokud není nanesen na paletu nebo plátno. Barva má stále výchozí hladinu těkavých látek (voda a spolurozpouštědla), které se při nanášení na podklad začnou z filmu uvolňovat. Mokrá barva je stále pohyblivá a lze s ní snadno manipulovat štětcem nebo nožem, ale stává se znatelně tužší. Polymerní částice se přitahují blíže k sobě, a když už barva není rovnoměrně zpracovatelná, fáze mokré barvy končí.
Skinned Over – Jak těkavé látky začínají rychle opouštět film barvy, tuhé akrylové částice se pohybují blíže k sobě. V závislosti na tloušťce nátěrového filmu může barva projít několika fázemi ve velmi rychlém sledu. Tento konkrétní popisuje okamžik, kdy se můžete lehce dotknout povrchu barvy a kdy se vytvoří dostatečný skin, aby se výrobek při dotyku nezvedal. Jakmile se film nátěru stane skinem, začíná se vytvářet trvalá struktura filmu.
Touch Dry – Fáze touch dry velmi úzce souvisí s fází skined over. Tenká vrstva může během několika sekund přejít z mokrého nátěru přes skinned-over do touch dry! U silnějších filmů je však obvykle dostatečně výrazná kůže, aby vydržela několik dotyků, aniž by se zvrásnila nebo roztrhla. Slupka se neustále zvětšuje, jak z ní unikají těkavé látky, ale stále pod ní zůstává značné množství přísad, zejména na nesavých podkladech.
Suchý do ruky/pevný stav – V určitém okamžiku přestane mít film barvy příliš vlhká místa a rychlost úbytku hmotnosti se výrazně zpomalí. Ačkoli se umělci mohou domnívat, že v tomto okamžiku je jejich nátěrový film „suchý“, není tomu tak. Spousta přísad se ještě musí dostat ven. V této fázi by nebylo vhodné pokoušet se obraz zabalit nebo srolovat pro přepravu, protože akrylové barvy jsou v této fázi velmi křehké. Protože jsou filmy jen částečně vytvrzené, není ještě plně vyvinuta přilnavost a celistvost filmu.
Vytvrzené/koalescentní – Během procesu sušení se akrylové pevné látky přesunuly do těsného uspořádání (jako nějaká volná hra Tetris), což způsobilo, že většina těkavých látek byla při tomto procesu vytlačena ven. Přítomnost filmotvorných přísad navíc tyto akrylové pevné látky změkčila, aby se mohly vzájemně deformovat a odstranit veškeré vzduchové mezery mezi částicemi. Mezery mezi pevnými částicemi, které byly dříve obsazeny vodou a dalšími těkavými látkami, jsou nyní eliminovány, což umožňuje vytvoření hexagonální polymerní sítě připomínající včelí plástve. Tento proces se nazývá koalescence. Teprve po dostatečné koalescenci je nátěrový film stabilní a vyvíjejí se jeho konečné fyzikální a chemické vlastnosti.
Dalo by se předpokládat, že koalescence je závěrečnou fází procesu výroby akrylového nátěrového filmu. I když je to do značné míry pravda, akrylové filmy musí obsahovat určitý stupeň hydrofilních neboli vodu milujících přísad, aby byly kompatibilní s vodou. To znamená, že i po zdánlivém zaschnutí si nevyhnutelně udrží určité množství vody. Kromě toho určitá úroveň neúplné koalescence způsobuje, že akrylové filmy jsou poněkud porézní a zanechávají kanálky, které probíhají podél stěn šestihranně deformovaných částic. Tyto póry jsou pak průchody pro vodu, která se pohybuje dovnitř a ven z filmu.
Nějaký důkaz toho je vidět na grafu (Obrázek 3), kde je patrné, že ve filmu zůstává poměrně značné množství těkavých látek i po delší době. Je překvapivé, jak velké integrity filmu bylo dosaženo, když ve skutečnosti stále zůstává 5-20 % původního množství těkavých látek. Akrylátové fólie budou nadále ztrácet i přibývat na hmotnosti v závislosti na atmosféře, ve které se nacházejí. Vyšší teploty a zvýšené proudění vzduchu mají tendenci vytlačovat vlhkost, zatímco vyšší relativní vlhkost podporuje udržování vlhkosti ve fólii. Tento proces bude pokračovat, protože barva reaguje s prostředím a znovu se vyrovnává s vlhkostí atmosféry. Tento proces se vyvíjí poměrně pomalu – zejména ve stále se měnícím klimatu, jako je New York – a trvá mnoho dalších měsíců, než se dosáhne stabilní rovnováhy. Stejně jako u každého porézního materiálu bude existovat určitá úroveň vlhkosti, která nemusí nikdy odejít, pokud se úroveň vlhkosti nesníží na dostatečně dlouhou dobu, aby se vlhkost odčerpala.
Nastavení testu
Aby se zjistilo více o načasování procesu sušení akrylátů, byla definována řada testovacích parametrů, aby se zjistily některé zvládnutelné a ovlivnitelné faktory sušení a ztotožnily se s klíčovými fázemi sušení. Uvědomili jsme si, že nemůžeme testovat všechny faktory. Protože všechny testy probíhaly ve stejnou dobu, mohli jsme vyloučit rozdíly v teplotě a vlhkosti. Faktory prostředí jsou důležité, ale bylo by nepraktické pokoušet se je kontrolovat během tohoto kola testování. Ať už byly okolní podmínky jakékoliv, byly zaznamenány. Proudění vzduchu bylo omezeno na běžný provoz v místnosti.
Vždy byly vytvořeny minimálně tři zkušební vzorky a byly zvoleny substráty, které byly inertní vůči zadržování vlhkosti (hliník, Lexan a polyesterové plátno). Jedním z problémů, na který se přišlo hned na začátku testování, bylo, že nejběžnější umělecké podložky jsou samy o sobě dostatečně nasákavé, aby vlhkost mohla během testování měnit hmotnost podkladu. Bavlněné plátno absorbuje a zadržuje vodu. Stejně tak tvrdá lepenka a papír. V rámci vybraných podkladů nabízelo polyesterové plátno prodyšnější povrch, zatímco akrylátové fólie a hliníkové panely nabízely více uzavřený povrch. Cílem bylo zjistit, zda utěsněné versus prodyšné povrchy změní proces sušení.
Informace o skutečné šarži jak běžného gelu (lesk), tak titanové běloby Heavy Body vybrané pro tento test byly zaznamenány a použity k výpočtu skutečného obsahu pevných látek, který je rozhodující pro porovnání úbytku těkavých látek během sušení.
Proběhla dvě kola testování. Jedna sada byla zahájena před více než rokem a druhá série byla sledována po dobu 60denního cyklu.
Tloušťky filmu
Naše testování doby schnutí akrylové barvy zahrnovalo řadu standardních tlouštěk filmu. Pomocí těchto nástrojů jsme rozhodli o rozsahu tloušťky a poskytli realistickou sadu rovnoměrně odlitých filmů. Pro tento test jsme zvolili 10 mil (přibližně tloušťka štětcem štědře nanesené barvy), 62,5 mil (1/16″), 125 mil (1/8″) a 250 mil (1/“).
Metody hodnocení rychlosti schnutí
- Fyzicky manipulujte s vrstvou barvy během schnutí, abyste zaznamenali klíčové fáze. To je pro umělce také nejdostupnější způsob měření schnutí (obrázek 4). Dotykem vrstvy barvy nejlépe zjistíte, jak moc je suchá.
- Vizuálně kontrolujte vrstvu, zda se na ní neobjevují známky odlupování a čištění. Povrch se při schnutí smršťuje a mění. Gely začínají mléčně bílé a pak se na cestě k průhlednosti stávají průsvitnými a mlhavými. Optické změny indikují rozhodující body v cyklu sušení.
- Zvážení zkušební desky. Většina umělců nemá možnost vážit svá díla v průběhu malování. I kdyby to udělali, informace nemají příliš velký význam, pokud neznáte také skutečný obsah pevných látek. Porovnáním úbytku hmotnosti s fyzikálními a vizuálními výsledky získáte přesný obraz o procesu sušení.
Výsledky testů
Jak si lze představit, tento druh testování vytváří obrovské tabulky plné dat. Každý test se zkoumá jednotlivě a pak se porovnává s ostatními. Jednou z nejdůležitějších částí testování bylo pokusit se definovat úroveň těkavých látek ve vztahu ke stupni suchosti nátěrových filmů v každém intervalu. Vytvořili jsme graf, který nám to pomůže vizualizovat (obrázek 5). Tento rozsah vychází z porovnání úbytku hmotnosti vzorku s fyzikálními a vizuálními změnami a ve skutečnosti většina fází probíhá tak rychle, že jedna fáze splývá s další. Silnější filmy nám umožňují lépe pochopit tento vztah, ale tyto klíčové body v cyklu sušení je důležité stanovit pro následné výsledky.
Rychlé sušení na začátku
Přímo u každého zkušebního panelu dochází k většině ztrát těkavých látek na začátku cyklu sušení. Ztráta vody a spolurozpouštědel je usnadněna absencí nátěrové vrstvy, nebo alespoň ne příliš podstatnou. Tento rychlý úbytek je patrný z grafů na obrázku 5. Zajímavé bylo vidět, že každá fólie vytváří stejnou křivku sušení, když jsme vykreslili úbytek hmotnosti. Zaznamenali jsme, že tenkým nátěrovým filmům trvá přibližně 3 dny, než dosáhnou pevného stavu. To neznamená, že nemůžete pokračovat v nanášení barvy nebo média, ale spíše obecný časový rámec, kdy je třeba počkat, než provedete něco extrémního, například natažení obrazu nebo lakování.
Vliv podkladu na rychlost schnutí
Vliv podkladu na dobu schnutí se ukázal jako významný. Stejný výrobek nanesený ve stejné tloušťce schne na prodyšném podkladu, jako je plátno, které podporuje obousměrné schnutí, ve srovnání s nesavým panelem znatelně rychleji. Zpočátku byl úbytek hmotnosti podobný, ale jakmile se na povrchu nátěrových filmů začala vytvářet silnější slupka, objevil se vzorec ukazující rozdíl.
 |
 |
Testování ukázalo, že prodyšnější podklad umožňuje obousměrné schnutí. Nesavé hliníkové karty téměř ve všech případech vykazovaly výrazně pomalejší úbytek hmotnosti a pomalejší odkalování gelů (obrázek 6).
Tloušťka fólie
Tloušťka fólie byla vždy považována za klíčový faktor rychlosti schnutí akrylátů. Desetimilimetrové filmy gelů a těžkých akrylátů jsou na dotek suché během několika minut. Film barvy schne rovnoměrně a dodržuje standardní proces schnutí barvy. Při nanášení silnějších vrstev je však klíčovým rozdílem vznik slupky barvy, která se během schnutí zvětšuje, dokud se celý film barvy nespojí (Obrázek 7). Tato slupka barvy dramaticky brání pohybu těkavých látek z filmu.
Tuto skutečnost ověřujeme tím, jak rychle se dokáže běžný gel (lesk) vyčistit, a existuje přímý důkaz, který to potvrzuje porovnáním s rychlostí úbytku hmotnosti. Dále jsme to mohli potvrdit na základě údajů o fyzikální manipulaci. V každém případě tenčí fólie schnou rychleji než silnější protějšek bez ohledu na výrobek nebo podklad.
Rozdíly mezi výrobky
Vzhledem k velkému rozsahu tohoto testování byl počet testovaných výrobků omezen. Heavy Body Titanium White a Regular Gel (Gloss) poskytly přiměřený rozsah rozdílů mezi výrobky. Uznáváme, že různé druhy pigmentů, složení barev a další výrobky se budou chovat jinak než tyto dva výrobky. Kromě pevných látek akrylového polymeru mohou výrobky obsahovat velkou škálu dalších pevných látek, včetně mnoha druhů pigmentů, plniv, zrnitosti a matujících látek, zatímco gely mají tendenci mít jako pevnou látku pouze akrylové pojivo, pokud neobsahují matující pevné látky.
Při porovnávání Titanium White a Regular Gel mezi nimi nebylo na počátku mnoho rozdílů, a to v různých tloušťkách a podkladech. Zdá se, že Titanium White má na počátku náskok, pokud jde o úbytek hmotnosti, a tento náskok si udržel po dobu 60denního testovacího cyklu. V několika testovacích skupinách se konečná úroveň těkavých látek ponechaných ve filmu pohybovala mezi 7 a 15 % (Obrázek 8).
Výsledky manipulace
Několik dní jsme manipulovali (párátky a později tužkami) s povrchem gelu i bílé barvy, dokud nebyl patrný rozdíl v tom, jak akryl reagoval na pošťuchování (Obrázek 4). Zjistili jsme, že tenčí filmy zasychají tak rychle, že je obtížné měřit různé změny, ke kterým dochází, takže silnější . aplikace poskytly nejvíce zaznamenatelných údajů.
Výrobky během prvního dne testování znatelně zhoustly a začaly se odlupovat. Obecně se akrylové vrstvy začínají velmi rychle měnit během prvního dne schnutí. Během několika hodin se na titanové bělobě vytvořila „kůrka“ podobná kůrce na Brie (měkký zrající sýr), zatímco gelová kůže byla více gumová, při zkoušení se táhla a roztahovala.
Druhý den došlo k bodu, kdy už bylo obtížné použít párátka. Slupky byly tlusté a nepoddajné, takže bylo nutné přejít na používání tužek pro kontrolu suchosti. Jemné šťouchání brzy vystřídalo agresivnější šťouchání. Na konci druhého týdne byly fólie dostatečně silné na to, aby zlomily tužky.
Malá versus velká plocha
Při podobných výzkumech se často stává, že data z testování hází klacky pod nohy. Standardním předpokladem by bylo, že menší akrylová vrstva barvy bude schnout rychleji než větší. Je to tak? Ne tak rychle. Porovnávali jsme 2″ kruh výrobku s 12″ kruhem výrobku, oba na panelu. Jak u vzorku Regular Gel (Gloss), tak u vzorku Heavy Body Titanium White větší kruh ztrácel na hmotnosti rychleji než jeho protějšek s menším průměrem. Rozdíly sice nejsou nijak zásadní, ale byly dostatečně velké na to, aby nás zajímalo, proč k tomu došlo.
Zonální schnutí
Ačkoli je třeba provést další testování, abychom těmto výsledkům lépe porozuměli, jednou z teorií je, že na velké, silné vrstvě barvy nebo gelu se počáteční produkt odlupuje stejně jako menší 2. kruh, ale celková tloušťka této kůže se liší od středu k okraji (Obrázek 9). Je možné, že středová oblast slupky barvy je tenčí kvůli přílivu těkavých látek do středu během schnutí, který je způsoben schnutím okrajů. Vnější okraj se odlupuje jako první a je rychle těsnější, což ztěžuje průchod vody filmem. Voda se z materiálu dostává nejsnadnější cestou. V tomto případě voda proudí dovnitř směrem ke středu, což má za následek, že voda může film opustit o něco rychleji, než by to umožnila tenčí a rovnoměrněji odlupující se vrstva barvy.
Shrnutí
Mnoho umělců využívá rychlého schnutí akrylových barev. Je to jedna z jeho nejznámějších vlastností, a přestože ji lze zpomalit použitím retardérů, rychlé schnutí umožňuje velkou škálu technik. Pokud je však čas rozhodující, mnoho umělců, kteří včas nepromysleli všechny faktory, se setká s problémem, že před zahájením další fáze malířského procesu budou muset čekat déle, než by si přáli. Pokud někdo maluje hustě, musí pochopit, že je důležité dát této velkorysé vrstvě čas na zaschnutí. Pokud je rychlejší schnutí důležité, pak se dobře podívejte, co lze změnit, aby se doba schnutí zlepšila.
Chceme-li shrnout výsledky testů, uvádíme několik klíčových myšlenek:
-Tenké vrstvy schnou rychleji než silnější vrstvy. Neznamená to, že nemůžete skončit u silných vrstev, ale zjistěte, zda je možné nanést raději několik tenčích vrstev než jednu silnou vrstvu.
-Dýchatelné tkaniny usnadňují rychlejší oboustranné schnutí. Panely jistě poskytují velkou stabilitu, ale jejich použití znamená, že všechny těkavé látky mohou opustit film barvy pouze jedním směrem, většinou přes houstnoucí kůži barvy.
-Výběr výrobku může ovlivnit schnutí, ale ne natolik, abyste se tím příliš zabývali.
-Velikost obrazu není rozhodujícím faktorem.
-Vlivy prostředí mají velký vliv na schnutí. Teplotu, vlhkost a proudění vzduchu lze upravit tak, aby bylo možné kontrolovat dobu sušení.
Nakonec je důležité poznamenat, že ačkoli jsme v tomto testování izolovali proměnné doby sušení, v ateliéru by schopnost umělce kontrolovat co nejvíce z nich měla vést k rychlejší celkové době sušení, aniž by způsobovala potenciální problémy. Tenké vrstvy barev nanesené na napnuté plátno, které se nechají schnout v teplém a suchém prostoru s dobrým prouděním vzduchu, budou schnout mnohem rychleji než impastovaná malba na panelu ve sklepě. Takže i když spěcháte, věnujte čas tomu, abyste do rovnic doby schnutí zahrnuli co nejvíce proměnných a vyhověli tak svým potřebám.