Akryyliväri- ja geelimassan kuivumisprosessin tutkiminen
Akryylipolymeeridispersion kuivumisnopeudet
Useimmissa kaupallisissa maali-, pohjamaali- ja pinnoitepakkauksissa on tavallista, että etiketissä ilmoitetaan tietynlainen aika, jonka kuluessa tuotteen on oltava kuiva. ”Kuivuu 2-4 tunnissa ihanteellisissa olosuhteissa”. ”Kuivuu kosketuskuivaksi 30-60 minuutissa”. ”Anna kuivua 4 tuntia ennen uudelleen pinnoittamista.” Miksi Golden Artist Colors ei sitten mainitse tällaisia tietoja useimmissa tuotteissaan? Vastaus on yksinkertainen; tuotteitamme käytetään monin eri tavoin, monilla eri pinnoilla ja lukemattomissa ympäristöolosuhteissa. Siksi on erittäin vaikeaa antaa ”arvausarviota” tuntematta tarkempia yksityiskohtia käyttökohteesta ja ottamatta huomioon erilaisia tarpeita taideteoksen jokaisessa vaiheessa. Onko tämä pohjustuskerros ennen öljytyöskentelyä? Pitääkö teoksen olla jakeluautossa aamulla? Aiotko kyllästää pinnan voimakkaasti pesevillä akryylikerroksilla? Onko kyseessä Louisianassa sijaitseva ulkoseinämaalaus? Tämä monimutkaisuus saa meidät pysähtymään aina, kun meiltä kysytään: ”Kuinka kauan kuivuminen kestää?”
Vaikka on mahdotonta ottaa huomioon kaikkia näkökohtia ja antaa absoluuttisia kuivumisaikoja, tässä artikkelissa kuvaamme joitakin kuivumisprosessiin liittyviä tekijöitä, paljastamme viimeaikaisia testituloksia ja keskustelemme siitä, miten tämä kaikki voi vaikuttaa todellisessa tilanteessa.
Akryylipolymeeridispersion kuivumisvaiheet
Yksinkertaisimmillaan ja kaavamaisimmillaan akryylit kuivuvat haihduttamalla vettä ja muita ”haihtuvia aineita” maalikalvosta. Kun nämä poistuvat, akryylien kiinteät aineet siirtyvät lähemmäs toisiaan, kunnes ne joutuvat kosketuksiin toistensa kanssa ja muodostavat kalvon. Nämä tiivistyvät lopulta toisiinsa riittävällä voimalla puristaakseen vettä ja lisäaineita ulos, kunnes saavutetaan koalesenssi. Kovettunut kalvo on nyt melko vakaa, eikä se reagoi haitallisesti kosteuteen tai seuraaviin maalikerroksiin.
Ohuemmissa käyttökohteissa ja ihanteellisissa kuivumisolosuhteissa akryylit näyttävät olevan kuivia muutamassa minuutissa tai tunnissa. Sitä vastoin ei ole harvinaista, että paksusti levitetyillä maalikalvoilla kestää viikkoja tai kuukausia saavuttaa sama tila. Vaikka kaikki akryylimaalikalvot kuivuvat samoilla mekanismeilla – vesi ja liuottimet poistuvat – prosessin aikana on monia tekijöitä, jotka vaikuttavat lopputulokseen, erityisesti kuivumisnopeuteen. Itse asiassa paksuissa maalikalvoissa voi olla useita eri kuivumisvaiheissa olevia vyöhykkeitä, joissa jokaisessa on vaihteleva haihtuvien aineiden pitoisuus.
Vuosien mittaan tämä prosessi on määritelty melko väljästi, ja jotkin termit merkitsevät eri ihmisille eri asioita, mutta seuraavassa yritetään esittää prosessin perusvaiheet (kuva 2).
Kostea maali – Säiliöstä tuleva tuote pysyy kosteana siihen asti, kunnes se levitetään paletille tai kankaalle. Maalissa on vielä lähtötilanteessa haihtuvia aineita (vettä ja rinnakkaisliuottimia), jotka alkavat poistua kalvosta, kun sitä levitetään alustalle. Märkä maali on edelleen liikkuvaa ja sitä voidaan käsitellä helposti siveltimellä tai veitsellä, mutta se muuttuu huomattavasti jäykemmäksi. Polymeerihiukkaset vetäytyvät lähemmäs toisiaan, ja kun maali ei ole enää tasaisesti työstettävissä, märkämaalausvaihe on ohi.
Märkämaalaus – Kun haihtuvat aineet alkavat nopeasti poistua maalikalvosta, akryylien kiinteät aineet siirtyvät lähemmäs toisiaan. Maalikalvon paksuudesta riippuen maali voi käydä läpi useita vaiheita hyvin nopeasti peräkkäin. Tämä vaihe kuvaa hetkeä, jolloin maalipintaa voi kevyesti koskettaa ja maalipinnalle on muodostunut niin paljon ihoa, että tuote ei enää nouse ylös, kun sitä kosketetaan. Kun maalikalvo on nyljetty, pysyvä kalvorakenne on alkanut.
Kosketuskuiva – Kosketuskuiva-vaihe liittyy hyvin läheisesti nyljetty-vaiheeseen. Ohut kerros voi siirtyä märästä maalista nahistuneeseen ja kosketuskuivaan muutamassa sekunnissa! Paksummissa kalvoissa on kuitenkin yleensä tarpeeksi vahva iho, jotta se kestää kosketuksen ilman, että se rypistyy tai repeää. Iho kasvaa jatkuvasti, kun haihtuvat aineet poistuvat, mutta sen alla on edelleen merkittävä määrä lisäaineita, erityisesti ei-imeytyvillä alustoilla.
Käsittelykuiva/kestävä tila – Jossain vaiheessa maalikalvossa ei enää ole liian märkiä alueita ja painonhäviö hidastuu merkittävästi. Vaikka taiteilijat saattavat uskoa, että maalikalvo on tällöin ”kuiva”, se ei ole sitä. Runsaasti lisäaineita on vielä poistettava. Tämä olisi huono hetki yrittää pakata tai rullata maalausta kuljetusta varten, sillä akryylit ovat tässä vaiheessa hyvin hauraita. Koska kalvot ovat vain osittain kovettuneet, tarttuvuus ja kalvon eheys eivät ole vielä täysin kehittyneet.
Kovettunut/kehittynyt – Kuivumisprosessin aikana akryylien kiinteät aineet ovat siirtyneet tiiviisti pakattuun asentoon (kuin jokin vapaamuotoinen Tetris-peli), jolloin suurin osa haihtuvista aineista työntyy ulos prosessin aikana. Lisäksi kalvonmuodostuksen lisäaineet ovat pehmentäneet kiinteitä akryylihiukkasia niin, että ne voivat muotoutua toistensa ympärille ja poistaa hiukkasten väliset ilmaraot. Aiemmin vedellä ja muilla haihtuvilla aineilla täytetyt kiintoaineiden väliset aukot ovat nyt poistuneet, mikä mahdollistaa kuusikulmaisen, hunajakennomaisen polymeeriverkoston muodostumisen. Tämä prosessi tunnetaan nimellä koalesenssi. Vasta kun on tapahtunut riittävä koalesenssi, maalikalvo on vakaa ja lopulliset fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet kehittyvät.
Voidaan olettaa, että koalesenssi on akryylimaalikalvoprosessin viimeinen vaihe. Vaikka tämä on suurelta osin totta, akryylimaalikalvoissa on oltava tietty määrä hydrofiilisiä eli vettä rakastavia lisäaineita, jotta ne olisivat yhteensopivia veden kanssa. Tämä tarkoittaa, että ne pitävät väistämättä jonkin verran vettä sisällään myös sen jälkeen, kun ne ovat näennäisesti kuivia. Lisäksi epätäydellinen yhteensulautuminen aiheuttaa sen, että akryylikalvot ovat jossain määrin huokoisia ja jättävät kanavia, jotka kulkevat kuusikulmaisesti deformoituneiden hiukkasten seinämiä pitkin. Nämä huokoset ovat sitten väyliä, joiden kautta vesi pääsee liikkumaan kalvon sisään ja ulos.
Joitakin todisteita tästä on nähtävissä kuvaajassa (kuva 3), jossa on ilmeistä, että kalvossa on edelleen suhteellisen merkittävä määrä haihtuvia aineita, jopa pidemmän ajanjakson jälkeen. On yllättävää, kuinka paljon kalvon eheyttä on saavutettu, vaikka todellisuudessa haihtuvia aineita on edelleen jäljellä 5-20 % alkuperäisestä määrästä. Akryylikalvot sekä laihtuvat että kasvavat, riippuen ilmakehästä, jossa ne ovat. Korkeammat lämpötilat ja lisääntynyt ilmavirtaus karkottavat kosteutta, kun taas korkeampi suhteellinen kosteus rohkaisee kalvoa pitämään kosteutta. Tämä prosessi jatkuu, kun maali reagoi ympäristön kanssa ja mukautuu uudelleen ilmakehän kosteuspitoisuuksiin. Prosessi kehittyy varsin hitaasti – erityisesti New Yorkin kaltaisessa jatkuvasti vaihtelevassa ilmastossa – ja kestää useita kuukausia ennen kuin saavutetaan vakaa tasapainopiste. Kuten minkä tahansa huokoisen materiaalin kohdalla, kosteutta jää jonkin verran, joka ei ehkä koskaan poistu, ellei kosteustasoa alenneta tarpeeksi pitkäksi aikaa kosteuden poistamiseksi.
Testin asettaminen
Jotta saataisiin lisätietoa akryylien kuivumisprosessin ajoituksesta, määriteltiin joukko testiparametreja, joiden avulla tarkasteltiin eräitä hallittavissa olevia ja vaikuttavia kuivumistekijöitä ja yksilöitiin ne tärkeimpiin kuivauksen vaiheisiin. Ymmärsimme, ettemme voineet testata kaikkia tekijöitä. Koska kaikki testit tehtiin samaan aikaan, pystyimme sulkemaan pois lämpötilan ja kosteuden erot. Ympäristötekijät ovat tärkeitä, mutta olisi epäkäytännöllistä yrittää kontrolloida niitä tämän testauskierroksen aikana. Olivatpa ympäristöolosuhteet mitkä tahansa, ne kirjattiin ylös. Ilmavirtaus rajoitettiin normaaliin huoneen liikenteeseen.
Luotiin aina vähintään kolme testinäytettä, ja valittiin alustat, jotka olivat inerttejä kosteuden pidättämiselle (alumiini, Lexan ja polyesterikangas). Yksi testauksen alkuvaiheessa havaittu ongelma oli se, että yleisimmät taiteilijatelineet ovat itsessään tarpeeksi imukykyisiä, jotta kosteus voi muuttaa alustan painoa testauksen aikana. Puuvillakangas imee ja pidättää vettä. Samoin tekevät kovalevy ja paperi. Valituista alustoista polyesterikangas tarjosi hengittävämmän pinnan, kun taas akryylilevy ja alumiinipaneelit tarjosivat tiiviimmät pinnat. Tavoitteena oli selvittää, muuttaisivatko tiiviit ja hengittävät pinnat kuivumisprosessia.
Testiä varten valittujen Regular Gel (Gloss) ja Heavy Body Titanium White -värin todelliset erätiedot kirjattiin ylös ja niitä käytettiin todellisten kiintoainepitoisuuksien laskemiseen, mikä on ratkaisevaa, kun verrataan haihtuvien aineiden häviämistä kuivauksen aikana.
Testausta suoritettiin kahdessa erässä. Toinen sarja aloitettiin yli vuosi sitten, ja toista sarjaa tarkkailtiin 60 päivän jakson ajan.
Kalvonpaksuudet
Akryylien kuivumisaikojen testaukseen sisältyi sarja vakiomuotoisia maalikalvonpaksuuksia. Käytimme työkaluja päättämään paksuusalueesta ja tarjoamaan realistisen sarjan tasaisesti valettuja kalvoja. Valitsimme tähän testiin 10 mil (noin reilusti sivelletyn levityksen paksuus), 62,5 mil (1/16″), 125 mil (1/8″) ja 250 mil (1/”).
Menetelmät kuivumisnopeuden arvioimiseksi
- Käsittele maalikerrosta fysikaalisesti kuivumisen aikana, jotta voit huomioida keskeiset vaiheet. Tämä on taiteilijoillekin helpoin tapa mitata kuivumista (kuva 4). Maalikalvon koskettaminen on paras tapa todeta, kuinka kuivaa se on.
- Visuaalisesti tarkastelemalla kerrosta voidaan havaita merkkejä nahistumisesta ja kirkastumisesta. Pinta kutistuu ja muuttuu kuivuessaan. Geelit alkavat maitomaisen valkoisina ja muuttuvat sitten läpikuultaviksi ja sumeiksi matkalla kohti kirkkautta. Optiset muutokset osoittavat ratkaisevia kohtia kuivumisjaksossa.
- Testilevyn punnitseminen. Useimmat taiteilijat eivät pysty punnitsemaan teoksiaan maalausprosessin aikana. Vaikka he voisivatkin, tieto ei merkitse kovin paljon, ellei tiedetä myös todellista kiintoainepitoisuutta. Vertaamalla painohäviötä fysikaalisiin ja visuaalisiin tuloksiin saadaan tarkka kuva kuivausprosessista.
Testitulokset
Kuten voi kuvitella, tämänkaltaiset testit luovat massiivisia taulukkolaskentataulukoita täynnä tietoja. Jokaista testiä tarkastellaan erikseen ja sitten verrataan muihin. Yksi testauksen tärkeimmistä osista oli yrittää määritellä haihtuvien aineiden määrä suhteessa maalikalvojen kuivuusasteeseen kullakin aikavälillä. Tämän havainnollistamiseksi luotiin kaavio (kuva 5). Tämä vaihteluväli perustuu näytteen painohäviön ja fysikaalisten ja visuaalisten muutosten vertailuun, ja todellisuudessa useimmat vaiheet tapahtuvat niin nopeasti, että yksi vaihe sekoittuu toiseen. Paksummat kalvot antavat meille paremman käsityksen tästä suhteesta, mutta nämä kuivaussyklin keskeiset kohdat on tärkeää määrittää seuraavien tulosten kannalta.
Nopea kuivuminen varhaisessa vaiheessa
Kaikkien testipaneelien kohdalla suurin osa haihtuvien aineiden häviämisestä tapahtuu kuivaussyklin alkupuolella. Veden ja rinnakkaisliuottimien häviämistä helpottaa maalikalvon puuttuminen, tai ainakaan se ei ole kovin merkittävä. Tämä nopea häviäminen voidaan havaita tarkastelemalla kuvan 5 kuvaajia. Mielenkiintoista oli nähdä, että jokainen kalvo muodosti saman kuivumiskäyräviivan, kun piirsimme painohäviön. Huomasimme, että ohuilla maalikalvoilla kestää noin 3 päivää saavuttaa kiinteä tila. Tämä ei tarkoita, etteikö maalin tai väliaineiden levittämistä voisi jatkaa, vaan pikemminkin yleinen aikaväli, jota kannattaa odottaa ennen kuin tekee mitään äärimmäistä, kuten venyttää maalausta tai lakata.
Alustan vaikutus kuivumisnopeuteen
Alustan vaikutus kuivumisaikaan osoittautui merkittäväksi. Sama tuote, joka on levitetty samalla paksuudella, kuivuu huomattavasti nopeammin hengittävällä alustalla, kuten kankaalla, joka edistää kaksisuuntaista kuivumista, verrattuna imemättömään paneeliin. Alkuvaiheessa painohäviö oli samankaltainen, mutta kun maalikalvot alkoivat muodostaa pintaan paksumpaa kuorta, syntyi kuvio, joka osoitti eron.
 |
 |
Kokeet osoittavat, että hengittävämpi alusta mahdollistaa kaksisuuntaisen kuivumisen. Imeytymättömät alumiinikortit osoittivat lähes kaikissa tapauksissa huomattavasti hitaampaa painonhäviötä ja geelien hitaampaa kirkastumista (kuva 6).
Kalvon paksuus
Kalvon paksuus on aina tunnustettu keskeiseksi tekijäksi akryylien kuivumisnopeudessa. Geelien ja Heavy Body -akryylien 10 milin kalvot muuttuvat kosketuskuiviksi muutamassa minuutissa. Maalikalvo kuivuu tasaisesti ja noudattaa tavanomaista maalin kuivumisprosessia. Mutta kun levitetään paksumpia kerroksia, keskeinen ero on maalikalvon muodostuminen, joka kasvaa kuivumisen aikana, kunnes koko maalikalvo sulautuu yhteen (kuva 7). Tämä maalikalvo estää dramaattisesti haihtuvien aineiden liikkumisen ulos kalvosta.
Varmennamme tämän sillä, kuinka nopeasti Regular Gel (Gloss) -maalipinta kirkastuu, ja tästä on suoraa näyttöä vertaamalla sitä painohäviön nopeuteen. Pystyimme lisäksi vahvistamaan tämän fysikaalista manipulointia koskevien tietojen perusteella. Kaikissa tapauksissa ohuemmat kalvot kuivuvat nopeammin kuin paksumpi vastine tuotteesta tai alustasta riippumatta.
Tuote-erot
Testauksen laajan laajuuden vuoksi testattujen tuotteiden määrä oli rajallinen. Heavy Body Titanium White ja Regular Gel (Gloss) tarjosivat kohtuullisen valikoiman tuote-eroja. Myönnämme, että erilaiset pigmentit, maaliformulaatiot ja muut tuotteet käyttäytyvät eri tavalla kuin nämä kaksi tuotetta. Akryylipolymeerin kiintoaineen lisäksi tuotteet voivat sisältää monenlaisia muita kiintoaineita, kuten monenlaisia pigmenttejä, täyteaineita, rouheita ja mattausaineita, kun taas geeleissä on yleensä vain akryylisideaine kiintoaineena, ellei se sisällä mattaavia kiintoaineita.
Vertailtaessa Titanium Whitea ja Regular Gel -geeliä, niiden välillä ei ollut alkuvaiheessa kovinkaan paljon eroja eri paksuuksilla ja alustoilla. Titanium White näyttää kuitenkin ottavan alkuvaiheessa johtoaseman painonpudotuksen suhteen, ja se säilytti tämän etulyöntiaseman 60 päivän testisyklin ajan. Useissa testiryhmissä kalvoon jääneiden haihtuvien aineiden lopullinen määrä oli 7-15 % (kuva 8).
Manipulaatiotulokset
Manipuloimme (hammastikuilla ja myöhemmin lyijykynillä) sekä geelin että valkoisen maalin pintaa useiden päivien ajan, kunnes ei ollut havaittavissa eroa siinä, miten akryyli reagoi tökkimiseen (kuva 4). Huomasimme, että ohuemmat kalvot kuivuivat niin nopeasti, että erilaisia tapahtuneita muutoksia oli vaikea mitata, joten paksummat . sovellukset antoivat eniten tallennettavia tietoja.
Tuotteet paksuuntuivat tuntuvasti ja alkoivat hilseillä ensimmäisen testipäivän aikana. Yleensä akryylikerrokset alkavat muuttua hyvin nopeasti ensimmäisen kuivumispäivän aikana. Muutamassa tunnissa Titanium Whiteen kehittyi ”kuori”, joka muistutti Brie-juuston (pehmeä, kypsytetty juusto) kuorta, kun taas geelihuopa oli kumimaisempi, joka veti ja venyi, kun sitä sondattiin.
Toiseen päivään mennessä hammastikkuja oli vaikea enää käyttää. Kuoret olivat paksuja ja taipumattomia, minkä vuoksi oli siirryttävä käyttämään lyijykynää kuivuuden tarkistamiseen. Hellävarainen tökkiminen vaihtui pian aggressiivisempaan tökkimiseen. Toisen viikon lopulla kalvot olivat niin vahvoja, että ne pystyivät murtamaan lyijykynän lyijynjohdot.
Pieni vs. suuri aluekoko
Hyvin usein tämänkaltaista tutkimusta tehdessä testaustieto heittää mutkapallon. Standardioletus olisi, että pienempi akryylimaalikalvo kuivuu nopeammin kuin suurempi. Eikö niin? Ei niin nopeasti. Vertailimme 2 tuuman ympyrää ja 12 tuuman ympyrää, molemmat paneelissa. Sekä Regular Gel (Gloss) -näytteessä että Heavy Body Titanium White -näytteessä suurempi ympyrä laihtui nopeammin kuin sen halkaisijaltaan pienempi vastine. Erot eivät ehkä ole merkittäviä, mutta eroa oli riittävästi, jotta ihmettelimme, miksi näin tapahtui.
Zonal Drying
Vaikka näiden tulosten tarkempi ymmärtäminen vaatii vielä lisää testejä, yksi teoria on, että suuressa, paksussa maali- tai geelikerroksessa alkutuotteen pinta nahistuu kuten pienemmässä 2. ympyrässä, mutta tämän nahan kokonaispaksuus vaihtelee keskeltä reunaan (kuva 9). Voi olla, että maalin nahan keskialue on ohuempi, koska reunojen kuivumisen aiheuttama haihtuvien aineiden ryntäys keskialueelle kuivumisen aikana johtuu reunojen kuivumisesta. Ulkoreuna nahistuu ensin ja on nopeasti tiiviimpi, mikä vaikeuttaa veden kulkua kalvon läpi. Vesi kulkee helpointa reittiä poistuakseen materiaalista. Tällöin vesi virtaa sisäänpäin kohti keskustaa ja johtaa siihen, että vesi pääsee poistumaan kalvosta hieman nopeammin kuin ohuempi, tasaisemmin nyljetty maalikerros sallii.
Yhteenveto
Monet taiteilijat hyödyntävät akryylien nopeaa kuivumista. Se on yksi sen huomattavimmista ominaisuuksista, ja vaikka sitä voidaan hidastaa hidastimien avulla, nopea kuivuminen mahdollistaa suuren valikoiman tekniikoita. Kun aika on kuitenkin kriittinen, monet taiteilijat, jotka eivät ole miettineet kaikkia tekijöitä varhaisessa vaiheessa, joutuvat odottamaan toivottua kauemmin ennen maalauksen seuraavan vaiheen aloittamista. Jos joku maalaa paksusti, hänen on ymmärrettävä, miten tärkeää on antaa tälle runsaalle kerrokselle aikaa kuivua. Jos nopeampi kuivuminen on tärkeää, kannattaa katsoa tarkkaan, mitä voidaan muuttaa kuivumisajan parantamiseksi.
Testitulosten yhteenvetona tässä muutamia keskeisiä ajatuksia:
– Ohuet kerrokset kuivuvat nopeammin kuin paksut kerrokset. Se ei tarkoita, ettetkö voisi päätyä paksuun kerrokseen, mutta katso, onko mahdollista levittää useita ohuempia kerroksia yhden paksun kerroksen sijaan.
-Hengittävät kankaat helpottavat nopeampaa kaksisuuntaista kuivumista. Paneelit tarjoavat varmasti suuren vakauden, mutta niiden käyttö tarkoittaa, että kaikki haihtuvat aineet voivat poistua maalikalvosta vain yhteen suuntaan, useimmiten paksuuntuvan maalikalvon kautta.
-Tuotevalinta voi vaikuttaa kuivumiseen, mutta ei niin paljon, että siitä kannattaisi olla liikaa huolissaan.
-maalauksen koko ei ole kriittinen tekijä.
-ympäristötekijät ovat suuria kuivumiseen vaikuttavia tekijöitä. Lämpötilaa, ilmankosteutta ja ilmavirtausta voidaan säätää kuivumisaikojen hallitsemiseksi.
Viimeiseksi on tärkeää huomata, että vaikka eristimme kuivumisaikamuuttujat tässä testauksessa, studiossa taiteilijan kyky hallita mahdollisimman monia pitäisi johtaa nopeampiin kokonaiskuivumisaikoihin aiheuttamatta mahdollisia ongelmia. Ohuesti levitetyt maalikalvot venytetylle kankaalle, joiden annetaan kuivua lämpimässä, kuivassa tilassa, jossa on hyvä ilmavirtaus, kuivuvat paljon nopeammin kuin kellarissa paneelille tehty impastomaalaus. Vaikka sinulla olisikin kiire, ota siis aikaa ottaa huomioon mahdollisimman monta muuttujaa kuivumisaikayhtälössä, jotta se vastaisi tarpeitasi.