Onderzoek naar het droogproces van acrylverf en gelmedium
Droogsnelheden van Acrylaat Polymeerdispersie
Op de meeste verpakkingen van commerciële verven, primers en coatings staat op het etiket vaak een specifieke tijdsduur vermeld waarbinnen het product droog moet zijn. “Droogt in 2-4 uur onder ideale omstandigheden.” “Droogt bij aanraking in 30-60 minuten.” “Laat 4 uur drogen alvorens opnieuw te coaten.” Waarom vermeldt Golden Artist Colors dergelijke informatie dan niet op de meeste van zijn producten? Het antwoord is simpel: onze producten worden op veel verschillende manieren gebruikt, op veel verschillende ondergronden, en in een groot aantal verschillende omgevingen. Daarom is het uiterst moeilijk om een “schatting” te geven zonder meer details over de toepassing te kennen en rekening te houden met de verschillende behoeften in elk stadium van een kunstwerk. Is dit de grondlaag voor het werken met olieverf? Moet het werk ’s morgens op een bestelwagen liggen? Ga je het oppervlak zwaar verzadigen met wasachtige lagen acrylverf? Is dit een buitenmuurschildering in Louisiana? Deze complexiteit doet ons stilstaan bij de vraag: “Hoe lang duurt het om te drogen?”
Hoewel het onmogelijk is om met elk aspect rekening te houden en absolute droogtijden te geven, beschrijven we in dit artikel enkele van de factoren rond het droogproces, onthullen we recente testresultaten en bespreken we hoe dit alles van invloed kan zijn op een praktijksituatie.
Droogfasen van Acrylaatpolymeerdispersie
Op het eenvoudigste en meest schematische niveau drogen acrylaten door verdamping van water en andere “vluchtige stoffen” uit de verffilm. Wanneer deze vertrekken, bewegen de acryl vaste stoffen zich dichter naar elkaar toe totdat zij met elkaar in contact komen en een film vormen. Deze verdichten zich uiteindelijk met voldoende kracht om water en additieven eruit te persen tot het coalescentie bereikt. De uitgeharde film is nu vrij stabiel en reageert niet ongunstig op vocht of volgende verflagen.
In dunnere toepassingen en onder ideale droogomstandigheden zal acrylverf binnen enkele minuten of uren droog lijken. Omgekeerd is het niet ongewoon dat dik aangebrachte verflagen er weken of maanden over doen om dezelfde toestand te bereiken. Hoewel alle acrylverffilms via dezelfde mechanismen drogen – water en co-oplosmiddelen gaan eruit – zijn er tijdens het proces vele factoren van invloed op het resultaat, met name de snelheid van droging. In feite kunnen dikke verffilms verschillende zones in verschillende stadia van droging hebben, elk met een verschillende mate van vluchtige inhoud.
Hoewel dit proces in de loop der jaren nogal losjes is gedefinieerd, en sommige termen voor verschillende mensen verschillende dingen zullen betekenen, is hieronder een poging gedaan de basisstadia van het proces weer te geven (Figuur 2).
Natte verf – Het product uit de verpakking blijft zo totdat het op het palet of het doek wordt aangebracht. De verf heeft nog steeds zijn startniveau van vluchtige stoffen (water en co-oplosmiddelen) die de film beginnen te evacueren wanneer het wordt aangebracht op het substraat. Natte verf is nog steeds beweeglijk en kan gemakkelijk met penseel of mes worden gemanipuleerd, maar ze wordt merkbaar stijver. De polymeerdeeltjes worden dichter bij elkaar getrokken en wanneer de verf niet meer gelijkmatig verwerkbaar is, is het stadium van de natte verf voorbij.
Overschilfering – Naarmate de vluchtige stoffen de verffilm snel beginnen te verlaten, schuiven de vaste stoffen in acryl dichter naar elkaar toe. Afhankelijk van de dikte van de verffilm, kan de verf verschillende stadia in zeer snelle opeenvolging doorlopen. Dit stadium beschrijft het moment waarop u het verfoppervlak lichtjes kunt aanraken en er zich een zodanige huid heeft ontwikkeld dat het product niet meer omhoog komt wanneer u het aanraakt. Als een verflaag is overgeschilderd, is de permanente filmstructuur begonnen.
Touch Dry – Het “touch dry” stadium is zeer nauw verwant met het “skinned over” stadium. Een dunne laag kan binnen enkele seconden van natte verf, naar gevild over, naar aanrakingsdroog gaan! In dikkere films is er echter meestal een huid die stevig genoeg is om enige aanraking te weerstaan zonder dat hij rimpelt of scheurt. De huid groeit voortdurend als de vluchtige stoffen ontsnappen, maar er blijft nog steeds een aanzienlijke hoeveelheid additieven onder, vooral op niet-absorberende substraten.
Droog te hanteren/vaste toestand – Op een gegeven moment heeft de verffilm geen overdreven natte gebieden meer en de snelheid van het gewichtsverlies vertraagt aanzienlijk. Hoewel kunstenaars kunnen denken dat dit het moment is waarop hun verflaag “droog” is, is dit niet het geval. Er moeten nog heel wat additieven uit de verf komen. Dit zou een slecht moment zijn om te proberen het schilderij te verpakken of op te rollen voor vervoer, omdat de acrylverf in dit stadium erg kwetsbaar is. Omdat de films slechts gedeeltelijk zijn uitgehard, zijn de hechting en de filmintegriteit nog niet volledig ontwikkeld.
Gehard/gecoalesceerd – Tijdens het droogproces zijn de vaste stoffen van de acrylverf dicht opeengepakt (als een soort vrije-vorm Tetris-spel), waardoor het merendeel van de vluchtige stoffen in het proces naar buiten wordt geduwd. Bovendien heeft de aanwezigheid van filmvormende additieven deze acryl vaste stoffen zacht gemaakt, zodat zij rond elkaar kunnen vervormen en eventuele luchtspleten tussen de deeltjes kunnen elimineren. De openingen tussen de vaste stoffen, die vroeger werden ingenomen door water en andere vluchtige stoffen, zijn nu verdwenen, zodat zich een hexagonaal, honingraatachtig polymeernetwerk kan vormen. Dit proces staat bekend als coalescentie. Pas nadat voldoende coalescentie heeft plaatsgevonden, is de verffilm stabiel en ontwikkelen zich de uiteindelijke fysische en chemische eigenschappen.
Men zou veronderstellen dat coalescentie het eindstadium van een acrylverfproces is. Hoewel dit grotendeels waar is, moeten acrylverven een zekere mate van hydrofiele, of waterminnende, additieven bevatten om compatibel te zijn met water. Dit betekent dat zij onvermijdelijk wat water vasthouden, zelfs nadat zij schijnbaar droog zijn. Bovendien zorgt een niveau van onvolledige coalescentie ervoor dat acrylfilms enigszins poreus zijn, waardoor kanalen ontstaan die langs de wanden van de hexagonaal vervormde deeltjes lopen. Deze poriën zijn dan doorgangen voor water om in en uit de film te bewegen.
Enig bewijs hiervan is te zien in de grafiek (figuur 3), waar het duidelijk is dat er een relatief aanzienlijke hoeveelheid vluchtige stoffen in de film blijft, zelfs na een lange periode van tijd. Het is verrassend hoeveel filmintegriteit is bereikt, terwijl er in feite nog 5-20% van het oorspronkelijke gehalte aan vluchtige stoffen overblijft. Acrylaatfilms blijven gewicht verliezen en winnen aan gewicht, afhankelijk van de atmosfeer waarin ze zich bevinden. Hogere temperaturen en een grotere luchtstroom hebben de neiging het vocht te verdrijven, terwijl een hogere relatieve vochtigheid de film ertoe aanzet vocht vast te houden. Dit proces gaat door terwijl de verf reageert op de omgeving en zich opnieuw aanpast aan het vochtgehalte van de atmosfeer. Dit proces ontwikkelt zich vrij langzaam – vooral in een voortdurend veranderend klimaat als dat van New York – en het duurt nog vele maanden voordat een punt van stabiel evenwicht is bereikt. Zoals bij elk poreus materiaal, zal er een niveau van vocht zijn dat nooit zal vertrekken, tenzij de vochtigheidsgraad lang genoeg wordt verlaagd om het vocht eruit te trekken.
Opzetten van de test
Om meer te weten te komen over de timing van het droogproces van acryl, werd een reeks testparameters gedefinieerd om te kijken naar enkele beheersbare en invloedrijke droogfactoren, en deze te identificeren met belangrijke fasen van het drogen. Wij realiseerden ons dat wij niet elke factor konden testen. Aangezien alle tests op hetzelfde ogenblik werden uitgevoerd, konden wij verschillen in temperatuur en vochtigheid uitsluiten. Omgevingsfactoren zijn belangrijk, maar het zou onpraktisch zijn om ze tijdens deze testronde te controleren. Wat de omgevingscondities ook waren, ze werden geregistreerd. De luchtstroom werd beperkt tot normaal kamerverkeer.
Er werden altijd minimaal drie testmonsters gemaakt, en er werden substraten gekozen die inert waren voor vochtretentie (aluminium, Lexan, en polyester canvas). Één probleem dat vroeg in het testen werd gerealiseerd was dat de gemeenschappelijkste kunstenaarssteunen absorberend genoeg zelf zijn om vochtigheid toe te staan om het substraatgewicht tijdens het testen te veranderen. Katoenen canvas absorbeert water en houdt het vast. Dat geldt ook voor hardboard en papier. Binnen de gekozen substraten bood polyester doek een meer ademend oppervlak, terwijl de acrylplaten en aluminium panelen meer gesloten oppervlakken boden. Het doel was om te zien of verzegelde versus ademende oppervlakken het droogproces zouden veranderen.
De werkelijke batchgegevens van zowel de Regular Gel (Gloss) als de Heavy Body Titanium White die voor deze test werden geselecteerd, werden geregistreerd en gebruikt om de werkelijke vaste stofniveaus te berekenen die van cruciaal belang zijn voor het vergelijken van het verlies van vluchtige stoffen tijdens het drogen.
Er werden twee testrondes uitgevoerd. Een reeks begon meer dan een jaar geleden, en een tweede reeks werd waargenomen voor een cyclus van 60 dagen.
Filmdiktes
Onze Acryl Droogtijd Tests omvatten een reeks van standaard verflaagdiktes. Wij gebruikten de hulpmiddelen om de waaier van dikte te bepalen en een realistische reeks gelijkmatig gegoten films te verstrekken. We kozen 10 mil (ongeveer de dikte van een royaal geborstelde applicatie), 62,5 mil (1/16″), 125 mil (1/8″), en 250 mil (1/”) voor deze test.
Methods to Assess Drying Rates
- Physisch manipuleren van de verflaag tijdens het drogen om belangrijke stadia te noteren. Dit is ook voor kunstenaars de meest toegankelijke manier om droging te meten (figuur 4). Het aanraken van een verflaag is de beste manier om vast te stellen hoe droog deze is.
- Visueel inspecteren van de laag op tekenen van vervellen en opklaren. Het oppervlak krimpt en verandert naarmate het droogt. Gels beginnen melkachtig wit en worden dan doorschijnend en wazig op hun weg naar helderheid. Optische veranderingen geven cruciale punten in de droogcyclus aan.
- Weging van het proefpaneel. De meeste kunstenaars zijn niet in staat hun kunstwerken tijdens het schilderproces te wegen. Zelfs als ze dat wel deden, betekent de informatie niet echt veel, tenzij je ook het werkelijke gehalte aan vaste stoffen kent. Door het gewichtsverlies te vergelijken met de fysieke en visuele resultaten, ontstaat een nauwkeurig beeld van het droogproces.
Testresultaten
Zoals men zich kan voorstellen, levert dit soort tests enorme spreadsheets vol met gegevens op. Elke test wordt afzonderlijk bekeken en vervolgens vergeleken met de andere. Een van de belangrijkste onderdelen van de tests was het bepalen van het gehalte aan vluchtige stoffen in relatie tot de droogtegraad van de verffilm bij elk interval. Wij hebben een grafiek gemaakt om dit te helpen visualiseren (Figuur 5). Dit bereik is gebaseerd op het vergelijken van het gewichtsverlies van het monster met fysieke en visuele veranderingen, en in werkelijkheid gebeuren de meeste stadia zo snel dat het ene stadium in het volgende overgaat. Dikkere films geven ons een beter inzicht in deze relatie, maar deze belangrijke punten in de droogcyclus zijn belangrijk om vast te stellen voor de te volgen resultaten.
Rapid Drying Early
Over de hele linie, bij elk testpaneel, gebeurt het grootste deel van het vluchtige verlies vroeg in de droogcyclus. Het verlies van water en co-oplosmiddelen wordt vergemakkelijkt door het ontbreken van een verfhuid, of in ieder geval niet een zeer substantiële. Men kan dit snelle verlies zien door naar de grafieken in figuur 5 te kijken. Het was interessant om te zien dat elke film dezelfde droogcurve-lijn liet zien toen we het gewichtsverlies uitzetten. We stelden vast dat dunne verflagen er ongeveer 3 dagen over doen om een vaste toestand te bereiken. Dit betekent niet dat u niet kunt doorgaan met het aanbrengen van verf of mediums, maar eerder een algemeen tijdsbestek om te wachten voordat u iets extreems doet, zoals het uitrekken van het schilderij, of vernissen.
Substraat Beïnvloedt Droogsnelheden
De invloed van de ondergrond op de droogtijd bleek aanzienlijk te zijn. Hetzelfde product, aangebracht in dezelfde dikte, droogt aanzienlijk sneller op een ademende ondergrond zoals canvas, dat het drogen in twee richtingen bevordert, in vergelijking met een niet-absorberende plaat. In het begin was het gewichtsverlies vergelijkbaar, maar naarmate de verflagen een dikkere huid op het oppervlak begonnen te ontwikkelen, ontstond een patroon dat het verschil laat zien.
 |
 |
De tests tonen aan dat een meer ademende ondergrond twee-weg droging mogelijk maakt. De niet-absorberende aluminiumkaarten vertoonden in bijna alle gevallen een aanzienlijk langzamer gewichtsverlies en een langzamere klaring van de gels (figuur 6).
Filmdikte
De filmdikte is altijd erkend als een sleutelfactor in de droogsnelheid van acrylaten. 10 mil films van gels en Heavy Body Acrylics worden aanraakdroog in minuten. De verffilm droogt gelijkmatig en volgt het standaard verfdroogproces. Maar wanneer dikkere lagen worden aangebracht, is het belangrijkste verschil de ontwikkeling van een verfhuid die tijdens het drogen steeds omvangrijker wordt totdat de hele verflaag is samengeperst (Figuur 7). Deze verfhuid belemmert dramatisch de beweging van vluchtige stoffen uit de film.
Wij verifiëren dit door hoe snel de Regular Gel (Gloss) in staat is op te klaren, en er is direct bewijs om dit te ondersteunen door het te vergelijken met de snelheid van gewichtsverlies. Wij hebben dit verder kunnen bevestigen aan de hand van de fysische manipulatiegegevens. In alle gevallen drogen dunnere films sneller dan een dikkere tegenhanger, ongeacht het product of het substraat.
Productverschillen
Omwille van de grote omvang van deze tests, was het aantal geteste producten beperkt. Heavy Body Titanium White en Regular Gel (Gloss) leverden een redelijke reeks productverschillen op. Wij erkennen dat verschillende soorten pigmenten, verfformuleringen en andere producten zich anders zullen gedragen dan deze twee producten. Naast de vaste stoffen in acrylpolymeren kunnen producten een groot aantal extra vaste stoffen bevatten, waaronder vele soorten pigmenten, vulstoffen, korrels en matteringsmiddelen, terwijl gels meestal alleen het acrylbindmiddel als vaste stof hebben, tenzij het matterende vaste stoffen bevat.
Toen we Titanium White met Regular Gel vergeleken, waren er in het begin niet veel verschillen tussen beide, over de verschillende diktes en ondergronden. Titanium White lijkt al vroeg een voorsprong te nemen wat betreft gewichtsverlies, en behield deze voorsprong gedurende de testcyclus van 60 dagen. In verschillende testgroepen lag het uiteindelijke gehalte aan vluchtige stoffen in de film tussen 7 en 15% (figuur 8).
Manipulatieresultaten
We manipuleerden (met tandenstokers en later potloden) het oppervlak van zowel de gel als de witte verf gedurende enkele dagen totdat er geen verschil meer te zien was in hoe het acryl reageerde op prikken (figuur 4). Wij vonden dat dunnere films zo snel droogden dat het moeilijk was om de verschillende veranderingen die optraden te meten, zodat de dikkere . toepassingen de meest registreerbare gegevens opleverden.
Producten werden merkbaar dikker en begonnen te vervellen gedurende de eerste dag van het testen. In het algemeen beginnen acrylaatlagen zeer snel te veranderen tijdens de eerste dag van droging. Binnen enkele uren, ontwikkelde zich een “korst” op de Titanium White vergelijkbaar met de korst op Brie (zachte, oude kaas), terwijl de gel huid meer rubberachtig was, trekkend en rekkend wanneer geproefd.
Op de tweede dag, was er een punt waar het moeilijk was om tandenstokers meer te gebruiken. De huiden waren dik en onverzettelijk, waardoor het nodig was om over te schakelen op het gebruik van potloden om de droogheid te controleren. Zachtjes prikken maakte snel plaats voor agressiever prikken. Tegen het einde van de tweede week, waren de films sterk genoeg om potloodstiften te breken.
Kleine Versus Grote Gebiedsgrootte
Zo nu en dan bij het doen van dit soort onderzoek werpen de testgegevens een curve bal. De standaard veronderstelling zou zijn dat een kleinere acrylverf film sneller droogt dan een grotere. Toch? Niet zo snel. We vergeleken een 2″ cirkel van het product met een 12″ cirkel van het product, beide op paneel. Bij zowel de Regular Gel (Gloss) als de Heavy Body Titanium White proefstukken verloor de grotere cirkel sneller gewicht dan zijn tegenhanger met een kleinere diameter. De verschillen zijn misschien niet substantieel, maar er was genoeg van een verschil om ons af te vragen waarom dit gebeurde.
Zonale droging
Hoewel meer tests moeten worden uitgevoerd om deze resultaten verder te begrijpen, is één theorie dat op een grote, dikke laag verf of gel, het aanvankelijke product net als de kleinere 2. cirkel omhult, maar dat de totale dikte van deze omhulling varieert van het midden tot de rand (afbeelding 9). Het kan zijn dat het middelste gedeelte van de verfhuid dunner is door de toevloed van vluchtige stoffen naar het centrum tijdens het drogen, veroorzaakt door het drogen van de randen. De buitenste rand schil eerst en is snel strakker waardoor het moeilijker wordt voor het water om door de film te gaan. Water neemt de gemakkelijkste weg om uit een materiaal te ontsnappen. In dit geval stroomt het water naar binnen in de richting van het midden, met als resultaat dat het water de film iets sneller kan verlaten dan een dunnere, gelijkmatig gevilde verflaag toelaat.
Samenvatting
Veel kunstenaars maken gebruik van de snelle droging van acrylverf. Het is een van de meest opvallende eigenschappen, en hoewel het kan worden vertraagd met het gebruik van retarders, maakt de snelle droging een groot scala aan technieken mogelijk. Maar als de tijd dringt, zullen veel kunstenaars die niet over alle factoren hebben nagedacht, langer dan gewenst moeten wachten voordat ze aan de volgende fase van hun schilderproces kunnen beginnen. Als je dik schildert, moet je begrijpen dat het belangrijk is om die royale laag tijd te geven om te drogen. Als sneller drogen belangrijk is, kijk dan goed wat er veranderd kan worden om de droogtijd te verbeteren.
Om de testresultaten samen te vatten, zijn hier enkele belangrijke gedachten:
-Dunne lagen drogen sneller dan dikkere lagen. Dit betekent niet dat u niet kunt eindigen met dikke lagen, maar kijk of het mogelijk is om meerdere dunnere lagen aan te brengen in plaats van één zware laag.
Ademende stoffen vergemakkelijken een snellere droging in twee richtingen. Panelen bieden zeker een grote stabiliteit, maar het gebruik ervan betekent dat alle vluchtige stoffen de verffilm slechts op één manier kunnen verlaten, meestal via een verdikkende verfhuid.
-Productkeuze kan de droging beïnvloeden, maar niet genoeg om al te bezorgd te zijn.
-De grootte van het schilderij is geen kritische factor.
-Omgevingsfactoren zijn van grote invloed op de droging. Temperatuur, luchtvochtigheid en luchtstroom kunnen worden aangepast om droogtijden te controleren.
Ten slotte is het belangrijk op te merken dat terwijl we de droogtijdvariabelen in deze tests hebben geïsoleerd, in het atelier het vermogen van de kunstenaar om zo veel mogelijk te controleren zou moeten resulteren in snellere algehele droogtijden zonder potentiële problemen te veroorzaken. Dun aangebrachte verflagen op opgespannen doek die in een warme, droge ruimte met een goede luchtstroom kunnen drogen, zullen veel sneller drogen dan een impasto schilderij op paneel in de kelder. Dus zelfs als je haast hebt, neem de tijd om zoveel mogelijk variabelen in de droogtijdvergelijkingen op te nemen om aan je behoeften te voldoen.