Sekrety dodatków do powłok wodorozcieńczalnych

Streszczenie:

1. Środek zwilżający i dyspergujący

2. Odpieniacz

3. Zagęszczacz

4. Dodatki błonotwórcze

5. Środek antykorozyjny, przeciw pleśni i glonom

6. Inne dodatki

1 Środek zwilżający i dyspergujący:

Powłoki na bazie wody wykorzystują wodę jako rozpuszczalnik lub ośrodek dyspersyjny, a woda ma dużą stałą dielektryczną, dlatego powłoki na bazie wody są stabilizowane głównie przez odpychanie elektrostatyczne podczas nakładania się podwójnej warstwy elektrycznej. Ponadto w wodnych systemach powłokowych często występują polimery i niejonowe środki powierzchniowo czynne, które adsorbują się na powierzchni wypełniacza pigmentowego, tworząc zawadę przestrzenną i stabilizując dyspersję. Dlatego farby i emulsje na bazie wody osiągają stabilne rezultaty dzięki wspólnemu działaniu odpychania elektrostatycznego i zawady przestrzennej. Jego wadą jest słaba odporność na elektrolity, zwłaszcza w przypadku elektrolitów drogich.

1.1 Środek zwilżający

Środki zwilżające do powłok wodorozcieńczalnych dzielą się na anionowe i niejonowe.

Połączenie środka zwilżającego i środka dyspergującego pozwala uzyskać idealne rezultaty. Ilość środka zwilżającego wynosi zazwyczaj kilka na tysiąc. Jej negatywnym skutkiem jest pienienie się i zmniejszenie wodoodporności powłoki lakierowej.

Jednym z trendów rozwojowych środków zwilżających jest stopniowe zastępowanie środków zwilżających eter polioksyetylenoalkilo(benzeno)fenolowy (APEO lub APE), gdyż prowadzi to do obniżenia poziomu męskich hormonów u szczurów i zaburza gospodarkę hormonalną. Etery polioksyetylenoalkilo(benzeno)fenolowe są szeroko stosowane jako emulgatory podczas polimeryzacji emulsyjnej.

Nowością są także bliźniacze środki powierzchniowo czynne. Są to dwie cząsteczki amfifilowe połączone odstępnikiem. Najbardziej zauważalną cechą dwukomórkowych środków powierzchniowo czynnych jest to, że krytyczne stężenie miceli (CMC) jest o ponad rząd wielkości niższe niż w przypadku ich „jednokomórkowych” środków powierzchniowo czynnych, co skutkuje wysoką wydajnością. Taki jak TEGO Twin 4000 jest dwukomórkowym siloksanowym środkiem powierzchniowo czynnym o niestabilnych właściwościach pieniących i przeciwpieniących.

Firma Air Products opracowała środki powierzchniowo czynne Gemini. Tradycyjne środki powierzchniowo czynne mają hydrofobowy ogon i hydrofilową główkę, ale ten nowy środek powierzchniowo czynny ma dwie grupy hydrofilowe i dwie lub trzy grupy hydrofobowe, co jest wielofunkcyjnym środkiem powierzchniowo czynnym, znanym jako glikole acetylenowe, produktami takimi jak EnviroGem AD01.

1.2 Dyspergator

Dyspergatory do farb lateksowych dzielą się na cztery kategorie: dyspergatory fosforanowe, dyspergatory homopolimerów polikwasowych, dyspergatory kopolimerów polikwasowych i inne dyspergatory.

Najszerzej stosowanymi dyspergatorami fosforanów są polifosforany, takie jak heksametafosforan sodu, polifosforan sodu (Calgon N, produkt BK Giulini Chemical Company w Niemczech), tripolifosforan potasu (KTPP) i pirofosforan tetrapotasu (TKPP). Mechanizm jego działania polega na stabilizacji odpychania elektrostatycznego poprzez wiązania wodorowe i adsorpcję chemiczną. Jego zaletą jest to, że jego dozowanie jest niskie, około 0,1%, i dobrze dysperguje nieorganiczne pigmenty i wypełniacze. Ale są też braki: ten, wraz ze wzrostem wartości pH i temperatury, polifosforan łatwo ulega hydrolizie, powoduje złą stabilność podczas długotrwałego przechowywania; Niecałkowite rozpuszczenie w medium będzie miało wpływ na połysk błyszczącej farby lateksowej.

Dyspergatorami estrów fosforanowych są mieszaniny monoestrów, diestrów, resztkowych alkoholi i kwasu fosforowego.

Dyspergatory estrów fosforanowych stabilizują dyspersje pigmentów, w tym pigmentów reaktywnych, takich jak tlenek cynku. W recepturach farb błyszczących poprawia połysk i łatwość czyszczenia. W odróżnieniu od innych dodatków zwilżających i dyspergujących, dodatek dyspergatorów estrów fosforanowych nie wpływa na lepkość powłoki KU i ICI.

Dyspergator homopolimeru polikwasowego, taki jak Tamol 1254 i Tamol 850. Tamol 850 jest homopolimerem kwasu metakrylowego. Dyspergator kopolimeru polikwasowego, taki jak Orotan 731A, który jest kopolimerem diizobutylenu i kwasu maleinowego. Charakterystyka tych dwóch typów dyspergatorów polega na tym, że powodują one silną adsorpcję lub zakotwiczenie na powierzchni pigmentów i wypełniaczy, mają dłuższe łańcuchy molekularne tworzące zawadę przestrzenną i mają rozpuszczalność w wodzie na końcach łańcuchów, a niektóre są uzupełniane przez odpychanie elektrostatyczne w celu osiągnąć stabilne wyniki. Aby środek dyspergujący miał dobrą dyspergowalność, należy ściśle kontrolować masę cząsteczkową. Jeśli masa cząsteczkowa jest zbyt mała, przeszkoda przestrzenna będzie niewystarczająca; jeśli masa cząsteczkowa jest zbyt duża, nastąpi flokulacja. W przypadku dyspergatorów poliakrylanowych najlepszy efekt dyspersji można uzyskać, jeśli stopień polimeryzacji wynosi 12-18.

Inne rodzaje dyspergatorów, takie jak AMP-95, mają nazwę chemiczną 2-amino-2-metylo-1-propanol. Grupa aminowa jest adsorbowana na powierzchni cząstek nieorganicznych, a grupa hydroksylowa rozciąga się na wodę, która poprzez zawadę przestrzenną pełni rolę stabilizującą. Ze względu na niewielkie rozmiary zawada przestrzenna jest ograniczona. AMP-95 to głównie regulator pH.

W ostatnich latach w badaniach nad dyspergatorami przezwyciężono problem flokulacji spowodowanej dużą masą cząsteczkową, a rozwój wysokiej masy cząsteczkowej jest jednym z trendów. Na przykład dyspergator o wysokiej masie cząsteczkowej EFKA-4580 wytwarzany w procesie polimeryzacji emulsyjnej został specjalnie opracowany do wodnych powłok przemysłowych, odpowiedni do dyspersji pigmentów organicznych i nieorganicznych i ma dobrą wodoodporność.

Grupy aminowe mają dobre powinowactwo do wielu pigmentów poprzez wiązania kwasowo-zasadowe lub wodorowe. Zwrócono uwagę na dyspergator kopolimeru blokowego z kwasem aminoakrylowym jako grupą kotwiącą.

Dyspergator z metakrylanem dimetyloaminoetylu jako grupą kotwiącą

Tego Dispers 655 Dodatek zwilżający i dyspergujący stosowany jest w wodorozcieńczalnych lakierach samochodowych nie tylko w celu orientowania pigmentów, ale także w celu zapobiegania reakcji proszku aluminiowego z wodą.

Ze względu na ochronę środowiska opracowano biodegradowalne środki zwilżające i dyspergujące, takie jak dwukomórkowe środki zwilżające i dyspergujące serii EnviroGem AE, które są niskopieniącymi środkami zwilżającymi i dyspergującymi.

2 środek przeciwpieniący:

Istnieje wiele rodzajów tradycyjnych środków przeciwpieniących do farb na bazie wody, które ogólnie dzieli się na trzy kategorie: środki przeciwpieniące na bazie oleju mineralnego, środki przeciwpieniące polisiloksanowe i inne środki przeciwpieniące.

Powszechnie stosowane są odpieniacze na bazie oleju mineralnego, głównie w farbach lateksowych płaskich i półpołyskowych.

Odpieniacze polisiloksanowe mają niskie napięcie powierzchniowe, silne właściwości odpieniające i przeciwpieniące, nie wpływają na połysk, ale niewłaściwie stosowane mogą powodować defekty, takie jak skurcz powłoki i słabą możliwość ponownego malowania.

Tradycyjne środki przeciwpieniące do farb na bazie wody nie są kompatybilne z fazą wodną, ​​aby osiągnąć cel odpieniania, dlatego łatwo jest wytworzyć defekty powierzchniowe w powłoce powłoki.

W ostatnich latach opracowano środki odpieniające na poziomie molekularnym.

Ten środek przeciwpieniący jest polimerem powstałym w wyniku bezpośredniego szczepienia substancji czynnych przeciwpieniących na substancji nośnikowej. Łańcuch molekularny polimeru ma zwilżającą grupę hydroksylową, przeciwpieniąca substancja czynna jest rozmieszczona wokół cząsteczki, substancja czynna nie jest łatwa do agregacji, a kompatybilność z systemem powłokowym jest dobra. Takie odpieniacze na poziomie molekularnym obejmują oleje mineralne – seria FoamStar A10, zawierające krzem – seria FoamStar A30 i polimery niekrzemowe i nieolejowe – seria FoamStar MF.

Doniesiono również, że w tym odpieniaczu na poziomie molekularnym wykorzystuje się superszczepione polimery gwiaździste jako niezgodne środki powierzchniowo czynne i osiąga on dobre wyniki w zastosowaniach powłok na bazie wody. Molekularny środek przeciwpieniący firmy Air Products opisany przez Stouta i in. to środek kontrolujący pienienie i przeciwpieniący na bazie glikolu acetylenowego, posiadający oba właściwości zwilżające, taki jak Surfynol MD 20 i Surfynol DF 37.

Dodatkowo, aby sprostać potrzebom wytwarzania powłok zero-VOC, dostępne są również odpieniacze nie zawierające LZO, takie jak Agitan 315, Agitan E 255 itp.

3 zagęszczacze:

Istnieje wiele rodzajów zagęszczaczy, obecnie powszechnie stosowanymi są zagęszczacze na bazie eteru celulozy i jego pochodnych, asocjacyjne zagęszczacze pęczniejące alkaliami (HASE) oraz zagęszczacze poliuretanowe (HEUR).

3.1. Eter celulozy i jego pochodne

Hydroksyetyloceluloza (HEC) została po raz pierwszy wyprodukowana na skalę przemysłową przez firmę Union Carbide Company w 1932 r., a jej historia sięga ponad 70 lat. Obecnie do zagęszczaczy eteru celulozy i jego pochodnych zalicza się głównie hydroksyetylocelulozę (HEC), metylohydroksyetylocelulozę (MHEC), etylohydroksyetylocelulozę (EHEC), metylohydroksypropylocelulozę bazową (MHPC), metylocelulozę (MC) i gumę ksantanową, itp., są to zagęstniki niejonowe i również należą do niezwiązanych z fazą wodną zagęszczaczy. Wśród nich HEC jest najczęściej stosowany w farbach lateksowych.

Hydrofobowo modyfikowana celuloza (HMHEC) wprowadza niewielką ilość długołańcuchowych hydrofobowych grup alkilowych do hydrofilowego szkieletu celulozy, aby stać się asocjacyjnym zagęszczaczem, takim jak Natrosol Plus Grade 330, 331, Cellosize SG-100, Bermocoll EHM-100. Jego działanie zagęszczające jest porównywalne z zagęszczaczami na bazie eteru celulozowego o znacznie większej masie cząsteczkowej. Poprawia lepkość i poziomowanie ICI oraz zmniejsza napięcie powierzchniowe, np. napięcie powierzchniowe HEC wynosi około 67mN/m, a napięcie powierzchniowe HMHEC wynosi 55-65mN/m.

3.2 Zagęszczacz pęczniejący alkalicznie

Zagęstniki pęczniejące alkaliami dzielą się na dwie kategorie: nieasocjacyjne zagęszczacze pęczniejące w alkaliach (ASE) i asocjacyjne zagęszczacze pęczniejące w zasadach (HASE), które są zagęszczaczami anionowymi. Niezwiązany ASE jest poliakrylanową emulsją pęczniejącą w środowisku alkalicznym. Asocjacyjny HASE jest hydrofobowo modyfikowaną poliakrylanową emulsją pęczniejącą w środowisku alkalicznym.

3.3. Zagęszczacz poliuretanowy i zagęszczacz niepoliuretanowy modyfikowany hydrofobowo

Zagęszczacz poliuretanowy, określany jako HEUR, jest rozpuszczalnym w wodzie polimerem etoksylowanego poliuretanu modyfikowanego grupami hydrofobowymi, należącym do niejonowych zagęszczaczy asocjacyjnych. HEUR składa się z trzech części: grupy hydrofobowej, łańcucha hydrofilowego i grupy poliuretanowej. Grupa hydrofobowa odgrywa rolę asocjacyjną i jest czynnikiem decydującym o zagęszczeniu, zwykle oleil, oktadecyl, dodecylofenyl, nonylofenol itp. Łańcuch hydrofilowy może zapewnić stabilność chemiczną i stabilność lepkości, powszechnie stosowane są polietery, takie jak polioksyetylen i jego pochodne. Łańcuch molekularny HEUR jest przedłużony przez grupy poliuretanowe, takie jak IPDI, TDI i HMDI. Cechą strukturalną zagęszczaczy asocjacyjnych jest to, że są one zakończone grupami hydrofobowymi. Jednakże stopień podstawienia grup hydrofobowych na obu końcach niektórych dostępnych na rynku HEUR jest niższy niż 0,9, a najlepszy wynosi tylko 1,7. Warunki reakcji powinny być ściśle kontrolowane, aby otrzymać zagęszczacz poliuretanowy o wąskim rozkładzie masy cząsteczkowej i stabilnym działaniu. Większość HEUR syntetyzuje się w drodze stopniowej polimeryzacji, dlatego dostępne na rynku HEUR są na ogół mieszaninami o szerokich masach cząsteczkowych.

Richey i in. zastosował zagęszczacz asocjacyjny pirenu ze znacznikiem fluorescencyjnym (PAT, średnia liczbowa masa cząsteczkowa 30000, średnia wagowa masa cząsteczkowa 60000) i stwierdził, że przy stężeniu 0,02% (wagowo) stopień agregacji miceli akrylu RM-825 i PAT wynosił około 6. energia asocjacji pomiędzy zagęszczaczem a powierzchnią cząstek lateksu wynosi około 25 KJ/mol; powierzchnia zajmowana przez każdą cząsteczkę zagęszczacza PAT na powierzchni cząstek lateksu wynosi około 13 nm2, co odpowiada powierzchni zajmowanej przez środek zwilżający Triton X-405 14 razy większej niż 0,9 nm2. Asocjacyjny zagęszczacz poliuretanowy, taki jak RM-2020NPR, DSX 1550 itp.

Szerokie zainteresowanie wzbudził rozwój przyjaznych dla środowiska asocjatywnych zagęszczaczy poliuretanowych. Na przykład BYK-425 jest zagęszczaczem poliuretanowym modyfikowanym mocznikiem niezawierającym LZO i APEO. Rheolate 210, Borchi Gel 0434, Tego ViscoPlus 3010, 3030 i 3060 to asocjacyjny zagęszczacz poliuretanowy niezawierający LZO i APEO.

Oprócz opisanych powyżej liniowych asocjacyjnych zagęszczaczy poliuretanowych, istnieją również grzebieniowe asocjacyjne zagęszczacze poliuretanowe. Tak zwany zagęszczacz poliuretanowy grzebieniowy oznacza, że ​​w środku każdej cząsteczki zagęszczacza znajduje się boczna grupa hydrofobowa. Takie zagęstniki jak SCT-200 i SCT-275 itp.

Hydrofobowo modyfikowany zagęszczacz aminoplastowy (hydrofobowo modyfikowany etoksylowany zagęszczacz aminoplastowy – HEAT) zmienia specjalną żywicę aminową w cztery zakończone grupami hydrofobowymi, ale reaktywność tych czterech miejsc reakcji jest inna. Podczas normalnego dodawania grup hydrofobowych powstają tylko dwie zablokowane grupy hydrofobowe, więc syntetyczny hydrofobowy modyfikowany zagęszczacz aminowy nie różni się zbytnio od HEUR, takiego jak Optiflo H 500. Jeśli doda się więcej grup hydrofobowych, np. do 8%, warunki reakcji można dostosować w celu wytworzenia zagęszczaczy aminowych z wieloma zablokowanymi grupami hydrofobowymi. Oczywiście jest to również zagęszczacz do grzebieni. Ten hydrofobowy modyfikowany aminowy zagęszczacz może zapobiegać spadkowi lepkości farby w wyniku dodania dużej ilości środków powierzchniowo czynnych i rozpuszczalników glikolowych podczas dodawania koloru. Powodem jest to, że silne grupy hydrofobowe mogą zapobiegać desorpcji, a wiele grup hydrofobowych ma silne powiązanie. Takie zagęstniki jak Optiflo TVS.

Hydrofobowo modyfikowany zagęszczacz polieterowy (HMPE) Działanie hydrofobowo modyfikowanego zagęszczacza polieterowego jest podobne do HEUR, a produkty obejmują Aquaflow NLS200, NLS210 i NHS300 firmy Hercules.

Mechanizm jego zagęszczania jest efektem zarówno wiązań wodorowych, jak i asocjacji grup końcowych. W porównaniu ze zwykłymi zagęszczaczami ma lepsze właściwości zapobiegające osadzaniu się i opadaniu. W zależności od polarności grup końcowych, modyfikowane zagęszczacze polimocznikowe można podzielić na trzy typy: zagęszczacze polimocznikowe o niskiej polarności, zagęszczacze polimocznikowe o średniej polarności i zagęszczacze polimocznikowe o wysokiej polarności. Pierwsze dwa służą do zagęszczania powłok rozpuszczalnikowych, natomiast zagęszczacze polimocznikowe o wysokiej polarności można stosować zarówno do powłok rozpuszczalnikowych o wysokiej polarności, jak i powłok na bazie wody. Komercyjne produkty zagęszczaczy polimocznikowych o niskiej, średniej i wysokiej polarności to odpowiednio BYK-411, BYK-410 i BYK-420.

Zmodyfikowana zawiesina wosku poliamidowego jest dodatkiem reologicznym syntetyzowanym poprzez wprowadzenie grup hydrofilowych, takich jak PEG, do łańcucha molekularnego wosku amidowego. Obecnie niektóre marki są importowane i służą głównie do regulacji tiksotropii systemu i poprawy antytiksotropii. Działanie zapobiegające zwisaniu.