Investigating the Drying Process of Acrylic Color and Gel Medium
Drying Rates of Acrylic Polymer Dispersion
Na większości pojemników z komercyjnymi farbami, podkładami i powłokami, powszechne jest podawanie na etykiecie konkretnych ram czasowych, w jakich produkt ma być suchy. „Wysycha w ciągu 2-4 godzin w idealnych warunkach.” „Wysycha w dotyku w ciągu 30-60 minut”. „Pozostawić do wyschnięcia 4 godziny przed ponownym malowaniem”. Dlaczego więc Golden Artist Colors nie umieszcza takich informacji na większości swoich produktów? Odpowiedź jest prosta; nasze produkty są używane na wiele różnych sposobów, na wielu różnych powierzchniach i w niezliczonych warunkach środowiskowych. Dlatego niezwykle trudno jest podać „przybliżoną wartość” nie znając więcej szczegółów dotyczących zastosowania i biorąc pod uwagę różne potrzeby na każdym etapie pracy nad dziełem sztuki. Czy jest to warstwa gruntująca przed pracą w oleju? Czy praca ma trafić rano do samochodu dostawczego? Czy zamierzasz silnie nasycić powierzchnię spienionymi warstwami akrylu? Czy jest to mural zewnętrzny w Luizjanie? Ta złożoność powoduje, że zastanawiamy się za każdym razem, gdy pada pytanie: „jak długo potrwa suszenie?”
Jakkolwiek niemożliwe jest uwzględnienie każdego aspektu i podanie bezwzględnych czasów suszenia, w tym artykule opisujemy niektóre czynniki związane z procesem suszenia, ujawniamy ostatnie wyniki testów i omawiamy, jak to wszystko może wpłynąć na rzeczywistą sytuację.
Etapy schnięcia dyspersji polimerów akrylowych
Na najprostszym i najbardziej schematycznym poziomie, akryle schną przez odparowanie wody i innych „lotnych” substancji z warstwy farby. W miarę jak one odchodzą, akrylowe ciała stałe zbliżają się do siebie, aż stykają się ze sobą i tworzą film. Te w końcu zbijają się razem z wystarczającą siłą, aby wycisnąć wodę i dodatki, aż do osiągnięcia koalescencji. Utwardzona warstwa jest teraz dość stabilna i nie reaguje negatywnie na wilgoć lub kolejne warstwy farby.
W cieńszych aplikacjach i w idealnych warunkach suszenia, akryle wydają się być suche w ciągu minut lub godzin. I odwrotnie, nie jest niczym niezwykłym, że grubo nałożone warstwy farby potrzebują tygodni lub miesięcy, aby osiągnąć ten sam stan. Chociaż wszystkie lakiery akrylowe schną w ten sam sposób – przez wodę i inne rozpuszczalniki – istnieje wiele czynników wpływających na wynik procesu, a zwłaszcza na szybkość schnięcia. W rzeczywistości, grube warstwy farby mogą mieć kilka stref na różnych etapach suszenia, z których każda ma różny stopień zawartości lotnych substancji.
Przez lata proces ten był raczej luźno definiowany, a niektóre terminy będą oznaczać różne rzeczy dla różnych osób, poniżej znajduje się próba przedstawienia podstawowych etapów procesu (Rysunek 2).
Mokra farba – Produkt z pojemnika pozostaje taki do momentu nałożenia go na paletę lub płótno. Farba ma jeszcze swój wyjściowy poziom lotnych substancji (woda i współrozpuszczalniki), które zaczynają ulatniać się z warstwy, gdy jest ona nakładana na podłoże. Mokra farba jest nadal ruchoma i można nią łatwo manipulować za pomocą pędzla lub noża, ale staje się zauważalnie sztywniejsza. Cząstki polimeru są przyciągane bliżej siebie i kiedy farba nie jest już jednolicie urabialny, mokry etap farby jest ponad.
Skinned Over – Jak lotne szybko zaczynają opuszczać warstwę farby, akrylowe ciała stałe przenieść bliżej siebie. W zależności od grubości powłoki lakierniczej, lakier może przejść przez kilka etapów w bardzo szybkim tempie. Ten szczególny etap opisuje moment, w którym można lekko dotknąć powierzchni farby, a skóra jest na tyle rozwinięta, że produkt nie podnosi się po dotknięciu. Jak warstwa farby staje się skinned over, stała struktura filmu rozpoczęła.
Touch Dry – Touch Dry etap jest bardzo blisko związane z skinned over etapie. Cienka warstwa może przejść od mokrej farby, do skinned-over, do touch-dry w ciągu kilku sekund! Jednak w grubszych filmach, jest zazwyczaj wystarczająco duża skóra, aby wytrzymać dotykanie bez marszczenia się lub rozdarcia. Skóra rośnie stale jak lotnych uciec, ale nadal pozostaje znaczna ilość dodatków pod spodem, zwłaszcza na nie chłonnych substratów.
Suchy do obsługi / Stan stały – W pewnym momencie film farby przestaje mieć żadnych nadmiernie mokre obszary i tempo utraty wagi spowalnia znacznie. Podczas gdy artyści mogą wierzyć, że to jest, gdy ich powłoka farby jest „sucha”, to nie jest. Mnóstwo dodatków musi jeszcze wyjść. To byłby zły moment, aby spróbować spakować lub zwinąć obraz do transportu, ponieważ akryle są bardzo kruche na tym etapie. Ponieważ folie są tylko częściowo utwardzone, adhezja i integralność folii nie są jeszcze w pełni rozwinięte.
Utwardzone/Coalesced – Podczas procesu suszenia akrylowe ciała stałe przeniosły się do ściśle upakowanego układu (jak jakaś gra Tetris), powodując większość lotnych substancji do wypchnięcia w procesie. Ponadto, obecność dodatków do tworzenia filmu zmiękczyła te stałe cząstki akrylowe, umożliwiając im odkształcenie się wokół siebie i wyeliminowanie wszelkich luk powietrznych między cząstkami. Szczeliny pomiędzy cząstkami stałymi, niegdyś zajęte przez wodę i inne substancje lotne, zostały teraz wyeliminowane, umożliwiając utworzenie sześciokątnej, przypominającej plaster miodu sieci polimerowej. Proces ten znany jest jako koalescencja. Dopiero po wystarczającej koalescencji film jest stabilny, a ostateczne właściwości fizyczne i chemiczne rozwijają się.
Można by przypuszczać, że koalescencja jest końcowym etapem procesu powłoki farby akrylowej. Chociaż jest to w dużej mierze prawda, filmy akrylowe muszą zawierać pewien stopień hydrofilowych, lub wody kochający, dodatki, aby być zgodne z wodą. Oznacza to, że nawet po pozornym wyschnięciu będą one nieuchronnie zatrzymywać wodę. Ponadto, poziom niepełnej koalescencji powoduje, że folie akrylowe są nieco porowate, pozostawiając kanały, które biegną wzdłuż ścian sześciokątnie zdeformowanych cząstek. Pory te są następnie drogami przepływu wody do i z folii.
Niektóre dowody tego są widoczne na wykresie (Rysunek 3), gdzie widać, że pozostaje stosunkowo znaczna ilość lotnych substancji w folii, nawet po dłuższym okresie czasu. Zaskakujące jest to, jak dużą integralność folii udało się osiągnąć, podczas gdy w rzeczywistości nadal pozostaje 5-20% pierwotnego poziomu lotnych substancji. Folie akrylowe będą nadal tracić na wadze, jak również przybierać na wadze, w zależności od atmosfery, w której się znajdują. Wyższe temperatury i zwiększony przepływ powietrza mają tendencję do odprowadzania wilgoci, podczas gdy wyższa wilgotność względna zachęca folię do zatrzymywania wilgoci. Proces ten będzie kontynuowany w miarę jak lakier będzie reagował z otoczeniem, ponownie dostosowując się do poziomu wilgotności w atmosferze. Proces ten przebiega dość wolno – zwłaszcza w ciągle zmieniającym się klimacie, takim jak nowojorski – potrzeba wielu miesięcy, aby osiągnąć punkt stabilnej równowagi. Jak w przypadku każdego porowatego materiału, pewien poziom wilgoci może nigdy nie zniknąć, chyba że poziom wilgotności zostanie obniżony na tyle długo, aby wyciągnąć wilgoć na zewnątrz.
Ustawienie testu
Aby dowiedzieć się więcej o czasie procesu suszenia akrylu, zdefiniowano serię parametrów testu, aby przyjrzeć się pewnym możliwym do opanowania i wpływowym czynnikom suszenia oraz zidentyfikować je z kluczowymi etapami suszenia. Zdaliśmy sobie sprawę, że nie jesteśmy w stanie przetestować każdego czynnika. Ponieważ wszystkie testy zostały przeprowadzone w tym samym czasie, byliśmy w stanie wykluczyć różnice w temperaturze i wilgotności. Czynniki środowiskowe są ważne, ale byłoby niepraktyczne próbować je kontrolować podczas tej rundy testów. Niezależnie od tego, jakie były warunki otoczenia, zostały one zarejestrowane. Przepływ powietrza był ograniczony do normalnego ruchu w pomieszczeniu.
Zawsze tworzono minimum trzy próbki testowe i wybierano podłoża, które były obojętne dla zatrzymywania wilgoci (aluminium, Lexan i płótno poliestrowe). Jednym z problemów, z których zdano sobie sprawę na początku badań, był fakt, że najbardziej powszechne podpory artystyczne są wystarczająco chłonne, aby pozwolić wilgoci na zmianę ciężaru podłoża podczas badań. Bawełniane płótno absorbuje i zatrzymuje wodę. Podobnie jest z twardą tekturą i papierem. Wśród wybranych podłoży, płótno poliestrowe oferowało bardziej oddychającą powierzchnię, podczas gdy arkusze akrylowe i panele aluminiowe oferowały bardziej szczelne powierzchnie. Celem było sprawdzenie, czy uszczelnione i oddychające powierzchnie zmienią proces suszenia.
Obecne informacje dotyczące partii zarówno żelu zwykłego (połysk) jak i bieli tytanowej ciężkiej wybranej do tego testu zostały zarejestrowane i użyte do obliczenia rzeczywistych poziomów ciał stałych, które są krytyczne dla porównania utraty lotnych związków podczas suszenia.
Przeprowadzono dwie rundy testów. Jeden zestaw rozpoczął się ponad rok temu, a druga seria była obserwowana przez cykl 60 dni.
Grubości powłoki
Nasze badania czasu schnięcia akrylu obejmowały serię standardowych grubości powłoki farby. Użyliśmy narzędzi, aby zdecydować o zakresie grubości i zapewnić realistyczny zestaw równomiernie odlanych filmów. Wybraliśmy 10 mil (o grubości szczotkowanej aplikacji), 62.5 mil (1/16″), 125 mil (1/8″), i 250 mil (1/”) do tego testu.
Metody oceny szybkości schnięcia
- Manipuluj fizycznie warstwą farby podczas schnięcia, aby odnotować kluczowe etapy. Jest to najbardziej dostępny sposób dla artystów do pomiaru suszenia, jak również (Rysunek 4). Dotknięcie warstwy farby jest najlepszym sposobem na określenie stopnia jej wyschnięcia.
- Oglądaj wizualnie warstwę pod kątem oznak naskórkowania i rozjaśnienia. Powierzchnia kurczy się i zmienia w miarę schnięcia. Żele zaczynają się mlecznobiałe, a następnie stają się półprzezroczyste i zamglone w drodze do przejrzystości. Zmiany optyczne wskazują na kluczowe punkty w cyklu suszenia.
- Ważenie panelu testowego. Większość artystów nie jest w stanie zważyć swoich dzieł podczas procesu malowania. Nawet gdyby to zrobili, informacja nie znaczy zbyt wiele, chyba że znasz również rzeczywisty poziom substancji stałych. Poprzez porównanie utraty wagi z wynikami fizycznymi i wizualnymi, ujawnia się dokładny obraz procesu suszenia.
Wyniki testów
Jak można sobie wyobrazić, ten rodzaj testów tworzy ogromne arkusze kalkulacyjne pełne danych. Każdy test jest rozpatrywany indywidualnie, a następnie porównywany z innymi. Jedną z najważniejszych części testu była próba określenia poziomu lotnych substancji w odniesieniu do stopnia suchości powłok lakierniczych w każdym odstępie czasowym. Aby to zobrazować, stworzyliśmy wykres (rys. 5). Zakres ten opiera się na porównaniu utraty masy próbki ze zmianami fizycznymi i wizualnymi, a w rzeczywistości większość etapów zachodzi tak szybko, że jeden etap zlewa się z następnym. Grubsze folie dają nam lepsze zrozumienie tej zależności, ale te kluczowe punkty w cyklu suszenia są ważne do ustalenia dla dalszych wyników.
Szybkie suszenie na początku
Wszystkie panele testowe, większość lotnych strat ma miejsce na początku cyklu suszenia. Utrata wody i współrozpuszczalników jest ułatwiona przez brak powłoki lakierniczej, a przynajmniej nie jest ona zbyt duża. Można zauważyć tę szybką utratę, patrząc na wykresy na rysunku 5. Interesujące było to, że każda warstwa tworzyła tę samą linię krzywej suszenia, gdy wykreślaliśmy utratę wagi. Zauważyliśmy, że cienkie warstwy farby potrzebują około 3 dni, aby osiągnąć stan stały. Nie oznacza to, że nie można kontynuować nakładania farby lub medium, ale raczej ogólne ramy czasowe, aby poczekać przed zrobieniem czegoś ekstremalnego, takiego jak rozciąganie obrazu lub lakierowanie.
Podłoże wpływa na szybkość schnięcia
Wpływ podłoża na czas schnięcia okazał się znaczący. Ten sam produkt nałożony przy tej samej grubości schnie zauważalnie szybciej na oddychającym podłożu, takim jak płótno, które sprzyja dwukierunkowemu schnięciu, w porównaniu z panelem niechłonnym. Na początku utrata wagi była podobna, ale w miarę jak warstwy farby zaczęły tworzyć grubszą skórę na powierzchni, pojawił się wzór pokazujący różnicę.
 |
 |
Testy pokazują, że bardziej oddychające podłoże umożliwia suszenie dwukierunkowe. Niepochłaniające karty aluminiowe w prawie każdym przypadku wykazywały znacznie wolniejszą utratę wagi i wolniejsze oczyszczanie żeli (Rysunek 6).
Grubość folii
Grubość folii zawsze była uznawana za kluczowy czynnik wpływający na szybkość schnięcia akryli. 10-milimetrowe warstwy żeli i akryli Heavy Body stają się suche w dotyku w ciągu kilku minut. Warstwa farby schnie równomiernie i podąża za standardowym procesem schnięcia farby. Ale kiedy nakładane są grubsze warstwy, kluczową różnicą jest powstawanie naskórka farby, który staje się bardziej znaczący podczas suszenia, aż do momentu, kiedy cała powłoka farby ulega koalescencji (Rysunek 7). Ta skóra farby dramatycznie utrudnia ruch lotnych z filmu.
Weryfikujemy to, jak szybko Regular Gel (Gloss) jest w stanie oczyścić, i istnieje bezpośredni dowód na poparcie tego przez porównanie go z szybkością utraty wagi. Dalej byliśmy w stanie potwierdzić to z danych fizycznych manipulacji. W każdym przypadku, cieńsze folie schną szybciej niż ich grubsze odpowiedniki, niezależnie od produktu lub podłoża.
Różnice między produktami
Z uwagi na duży zakres tego testu, liczba testowanych produktów była ograniczona. Heavy Body Titanium White i Regular Gel (Gloss) zapewniły rozsądny zakres różnic pomiędzy produktami. Zdajemy sobie sprawę, że różnego rodzaju pigmenty, formuły farb i inne produkty będą zachowywały się inaczej niż te dwa produkty. Poza stałymi polimerami akrylowymi, produkty mogą zawierać szeroką gamę dodatkowych substancji stałych, w tym wiele rodzajów pigmentów, wypełniaczy, grysów i środków matujących, podczas gdy żele zazwyczaj zawierają jedynie spoiwo akrylowe jako substancję stałą, chyba że zawierają substancje matujące.
Porównując Titanium White do Regular Gel, nie było między nimi wielu różnic na wczesnym etapie, w różnych grubościach i na różnych podłożach. Wydaje się, że Titanium White wcześnie objął prowadzenie w zakresie utraty wagi i utrzymał tę przewagę przez 60-dniowy cykl testowy. W kilku grupach testowych końcowy poziom lotnych substancji pozostawionych w folii wynosił od 7 do 15% (Rysunek 8).
Wyniki manipulacji
Manipulowaliśmy (wykałaczkami, a później ołówkami) powierzchnią zarówno żelu, jak i białej farby przez kilka dni, aż do momentu, gdy nie było zauważalnej różnicy w reakcji akrylu na dotyk (Rysunek 4). Stwierdziliśmy, że cieńsze filmy wyschły tak szybko, że trudno było zmierzyć różne zmiany, które wystąpiły, więc grubsze . aplikacje dostarczyły najbardziej zapisywalnych danych.
Produkty stały się zauważalnie grubsze i zaczęły się naskórkować w ciągu pierwszego dnia testów. Ogólnie rzecz biorąc, warstwy akrylowe zaczynają się zmieniać bardzo szybko w ciągu pierwszego dnia schnięcia. W ciągu kilku godzin na Titanium White pojawiła się „skórka” podobna do skórki na Brie (miękki, dojrzewający ser), podczas gdy żelowa skóra była bardziej gumowa, ciągnęła się i rozciągała podczas sondowania.
Do drugiego dnia nastąpił moment, w którym trudno było już używać wykałaczek. Skórki były grube i nieugięte, co sprawiło, że konieczne było przejście na używanie ołówków do sprawdzania suchości. Delikatne szturchanie wkrótce ustąpiło miejsca bardziej agresywnemu szturchaniu. Pod koniec drugiego tygodnia, folie były wystarczająco mocne, aby złamać ołówek.
Mały Versus Duży Rozmiar Obszaru
Zawsze tak często, gdy robi się tego rodzaju badania, dane testowe rzucają krzywą piłkę. Standardowe założenie byłoby takie, że mniejsza warstwa farby akrylowej wyschnie szybciej niż większa. Prawda? Nie tak szybko. Porównaliśmy 2″ koło produktu z 12″ kołem produktu, oba na panelu. Zarówno w przypadku próbek Regular Gel (Gloss) jak i Heavy Body Titanium White, większy okrąg stracił wagę szybciej niż jego odpowiednik o mniejszej średnicy. Różnice mogą nie być znaczące, ale było ich na tyle dużo, że zastanawialiśmy się dlaczego tak się stało.
Suszenie strefowe
Potrzebujemy więcej testów, aby lepiej zrozumieć te wyniki, ale jedna z teorii mówi, że na dużej, grubej warstwie farby lub żelu, początkowa warstwa produktu pokrywa się skórką, tak jak w przypadku mniejszego 2. koła, ale całkowita grubość tej skórki różni się od środka do krawędzi (Rysunek 9). Może być tak, że środkowy obszar powłoki jest cieńszy z powodu pędu lotnych substancji do środka podczas suszenia spowodowanego wysychaniem krawędzi. Zewnętrzna krawędź powleka się jako pierwsza i szybko staje się bardziej zwarta, co utrudnia wodzie przejście przez powłokę. Woda wybiera najłatwiejszą drogę ucieczki z materiału. W tym przypadku, woda płynie do środka w kierunku centrum i powoduje, że woda jest w stanie opuścić film w nieco szybszym tempie niż cieńsza, bardziej jednolita warstwa farby pozwoli.
Podsumowanie
Wielu artystów korzysta z szybkoschnącej natury akryli. Jest to jedna z jego najbardziej zauważalnych cech, i chociaż może być spowolniony z wykorzystaniem opóźniaczy, szybkie suszenie pozwala na duży zakres technik. Jednak, gdy czas jest krytyczny, wielu artystów, którzy nie pomyśleli o wszystkich czynnikach na początku, staną przed problemem konieczności czekania dłużej niż pożądane przed rozpoczęciem kolejnej fazy procesu malowania. Jeśli ktoś maluje grubo, to musi zrozumieć, jak ważne jest, aby dać tej obfitej warstwy czasu do wyschnięcia. Jeśli szybsze suszenie jest ważne, a następnie dobrze przyjrzeć się, co można zmienić, aby poprawić czas suszenia.
Podsumowując wyniki testu, oto kilka kluczowych myśli:
-Thin warstwy wysychają szybciej niż grubsze warstwy. Nie oznacza to, że nie możesz skończyć z grubymi warstwami, ale sprawdź, czy możliwe jest nałożenie kilku cieńszych warstw zamiast jednej ciężkiej.
Tkaniny oddychające ułatwiają szybsze suszenie w obie strony. Panele z pewnością zapewniają dużą stabilność, ale używając ich oznacza, że wszystkie lotne mogą opuścić warstwę farby tylko w jeden sposób, głównie przez zgrubienie skóry farby.
-Dobór produktu może mieć wpływ na suszenie, ale nie na tyle, aby być nadmiernie zaniepokojony.
-Wielkość obrazu nie jest czynnikiem krytycznym.
– Czynniki środowiskowe mają duży wpływ na suszenie. Temperatura, wilgotność i przepływ powietrza mogą być dostosowane do kontroli czasu suszenia.
Na koniec, ważne jest, aby zauważyć, że podczas gdy my wyizolowaliśmy zmienne czasu suszenia w tym teście, w studio, zdolność artysty do kontrolowania tak wielu, jak to możliwe, powinno spowodować szybsze ogólne czasy suszenia bez powodowania potencjalnych problemów. Cienko nałożone warstwy farby na naciągniętym płótnie, pozostawione do wyschnięcia w ciepłym, suchym pomieszczeniu z dobrym przepływem powietrza, wyschną znacznie szybciej niż obraz impasto na panelu w piwnicy. Więc nawet jeśli jesteś w pośpiechu, wziąć czas, aby czynnik jak wiele zmiennych do równań czasu suszenia, jak to możliwe, aby spełnić swoje needs.
.