Secrets dels additius per a recobriments a base d'aigua

Resum:

1. Agent humectant i dispersant

2. Antiespumant

3. Espessidor

4. Additius formadors de pel·lícula

5. Agent anticorrosió, antifloridura i antialgues

6. Altres additius

1 Agent humectant i dispersant:

Els recobriments a base d'aigua utilitzen aigua com a dissolvent o medi de dispersió, i l'aigua té una constant dielèctrica elevada, de manera que els recobriments a base d'aigua s'estabilitzen principalment per la repulsió electrostàtica quan la doble capa elèctrica se superposa. A més, en el sistema de recobriment a base d'aigua, sovint hi ha polímers i tensioactius no iònics, que s'adsorbeixen a la superfície del farciment de pigment, formant un impediment estèric i estabilitzant la dispersió. Per tant, les pintures i emulsions a base d'aigua aconsegueixen resultats estables mitjançant l'acció conjunta de la repulsió electrostàtica i l'impediment estèric. El seu desavantatge és la baixa resistència electrolítica, especialment per a electròlits de preu elevat.

1.1 Agent humectant

Els agents humectants per a recobriments aquosos es divideixen en aniònics i no iònics.

La combinació d'agent humectant i agent dispersant pot aconseguir resultats ideals. La quantitat d'agent humectant és generalment d'uns pocs per mil. El seu efecte negatiu és la formació d'escuma i la reducció de la resistència a l'aigua de la pel·lícula de recobriment.

Una de les tendències de desenvolupament dels agents humectants és la substitució gradual dels agents humectants de polioxietilen alquil (benzè) fenol èter (APEO o APE), ja que condueix a la reducció de les hormones masculines en rates i interfereix amb el sistema endocrí. Els èters de polioxietilen alquil (benzè) fenol s'utilitzen àmpliament com a emulsionants durant la polimerització en emulsió.

Els tensioactius bessons també són desenvolupaments nous. Es tracta de dues molècules amfifíliques unides per un separador. La característica més notable dels tensioactius de cèl·lules bessones és que la concentració micel·lar crítica (CMC) és més d'un ordre de magnitud inferior a la dels seus tensioactius "unicel·lulars", seguida d'una alta eficiència. Com ara el TEGO Twin 4000, és un tensioactiu de siloxà de cèl·lules bessones i té propietats inestables d'escuma i antiespumant.

Air Products ha desenvolupat els tensioactius Gemini. Els tensioactius tradicionals tenen una cua hidrofòbica i un cap hidrofílic, però aquest nou tensioactiu té dos grups hidrofílics i dos o tres grups hidrofòbics, que el converteixen en un tensioactiu multifuncional, conegut com a acetilglicols, productes com l'EnviroGem AD01.

1.2 Dispersant

Els dispersants per a pintura de làtex es divideixen en quatre categories: dispersants de fosfat, dispersants d'homopolímer poliàcid, dispersants de copolímer poliàcid i altres dispersants.

Els dispersants de fosfat més utilitzats són els polifosfats, com l'hexametafosfat de sodi, el polifosfat de sodi (Calgon N, producte de l'empresa química BK Giulini a Alemanya), el tripolifosfat de potassi (KTPP) i el pirofosfat tetrapotàssic (TKPP). El mecanisme de la seva acció és estabilitzar la repulsió electrostàtica mitjançant enllaços d'hidrogen i adsorció química. El seu avantatge és que la dosi és baixa, al voltant del 0,1%, i té un bon efecte de dispersió sobre pigments i farcits inorgànics. Però també hi ha deficiències: una, juntament amb l'augment del valor del pH i la temperatura, el polifosfat s'hidrolitza fàcilment, provoca una mala estabilitat d'emmagatzematge a llarg termini; una dissolució incompleta en el medi afectarà la brillantor de la pintura de làtex brillant.

Els dispersants d'èsters de fosfat són mescles de monoèsters, dièsters, alcohols residuals i àcid fosfòric.

Els dispersants d'èsters de fosfat estabilitzen les dispersions de pigments, inclosos els pigments reactius com l'òxid de zinc. En les formulacions de pintura brillant, milloren la brillantor i la neteja. A diferència d'altres additius humectants i dispersants, l'addició de dispersants d'èsters de fosfat no afecta la viscositat KU i ICI del recobriment.

Dispersant homopolímer poliàcid, com ara Tamol 1254 i Tamol 850, Tamol 850 és un homopolímer d'àcid metacrílic. Dispersant copolímer poliàcid, com ara Orotan 731A, que és un copolímer de diisobutilè i àcid maleic. Les característiques d'aquests dos tipus de dispersants són que produeixen una forta adsorció o ancoratge a la superfície de pigments i farcits, tenen cadenes moleculars més llargues per formar impediment estèric i tenen solubilitat en aigua als extrems de la cadena, i alguns es complementen amb repulsió electrostàtica per aconseguir resultats estables. Perquè el dispersant tingui una bona dispersibilitat, el pes molecular ha de ser estrictament controlat. Si el pes molecular és massa petit, no hi haurà suficient impediment estèric; si el pes molecular és massa gran, es produirà floculació. Per als dispersants de poliacrilat, el millor efecte de dispersió es pot aconseguir si el grau de polimerització és de 12-18.

Altres tipus de dispersants, com l'AMP-95, tenen el nom químic de 2-amino-2-metil-1-propanol. El grup amino s'adsorbeix a la superfície de les partícules inorgàniques i el grup hidroxil s'estén a l'aigua, que juga un paper estabilitzador a través de l'impediment estèric. A causa de la seva petita mida, l'impediment estèric és limitat. L'AMP-95 és principalment un regulador de pH.

En els darrers anys, la recerca sobre dispersants ha superat el problema de la floculació causada per un pes molecular elevat, i el desenvolupament d'un pes molecular elevat és una de les tendències. Per exemple, el dispersant d'alt pes molecular EFKA-4580 produït per polimerització en emulsió està especialment desenvolupat per a recobriments industrials a base d'aigua, adequat per a la dispersió de pigments orgànics i inorgànics, i té una bona resistència a l'aigua.

Els grups amino tenen una bona afinitat per molts pigments a través d'enllaços àcid-base o d'hidrogen. S'ha prestat atenció al dispersant de copolímer de bloc amb àcid aminoacrílic com a grup d'ancoratge.

Dispersant amb metacrilat de dimetilaminoetil com a grup d'ancoratge

L'additiu humectant i dispersant Tego Dispers 655 s'utilitza en pintures d'automòbils en base aquosa no només per orientar els pigments, sinó també per evitar que la pols d'alumini reaccioni amb l'aigua.

A causa de preocupacions mediambientals, s'han desenvolupat agents humectants i dispersants biodegradables, com ara els agents humectants i dispersants de doble cel·la de la sèrie EnviroGem AE, que són agents humectants i dispersants de baixa escuma.

2 antiespumants:

Hi ha molts tipus d'antiespumants de pintura tradicionals a base d'aigua, que generalment es divideixen en tres categories: antiespumants d'oli mineral, antiespumants de polisiloxà i altres antiespumants.

Els antiespumants d'oli mineral s'utilitzen habitualment, principalment en pintures de làtex mates i semibrillants.

Els antiespumants de polisiloxà tenen baixa tensió superficial, fortes capacitats antiespumants i antiespumants, i no afecten la brillantor, però quan s'utilitzen incorrectament, causaran defectes com ara la contracció de la pel·lícula de recobriment i una mala recobribilitat.

Els antiespumants de pintura tradicionals a base d'aigua són incompatibles amb la fase aquosa per aconseguir l'objectiu d'antiespumant, per la qual cosa és fàcil produir defectes superficials a la pel·lícula de recobriment.

En els darrers anys, s'han desenvolupat antiespumants a nivell molecular.

Aquest agent antiespumant és un polímer format empeltant directament substàncies actives antiespumants a la substància portadora. La cadena molecular del polímer té un grup hidroxil humectant, la substància activa antiespumant es distribueix al voltant de la molècula, la substància activa no és fàcil d'agregar i la compatibilitat amb el sistema de recobriment és bona. Aquests antiespumants a nivell molecular inclouen olis minerals (sèrie FoamStar A10), que contenen silici (sèrie FoamStar A30) i polímers sense silici ni oli (sèrie FoamStar MF).

També s'ha informat que aquest antiespumant a nivell molecular utilitza polímers d'estrella superempeltats com a tensioactius incompatibles i ha aconseguit bons resultats en aplicacions de recobriments a base d'aigua. L'antiespumant de grau molecular d'Air Products descrit per Stout et al. és un agent de control d'escuma i antiespumant a base d'acetilenglicol amb propietats humectants, com ara Surfynol MD 20 i Surfynol DF 37.

A més, per tal de satisfer les necessitats de produir recobriments sense COV, també hi ha antiespumants sense COV, com ara Agitan 315, Agitan E 255, etc.

3 Espessidors:

Hi ha molts tipus d'espessidors, actualment els més utilitzats són l'èter de cel·lulosa i els seus derivats, els espessidors associatius inflables als àcids (HASE) i els espessidors de poliuretà (HEUR).

3.1. Èter de cel·lulosa i els seus derivats

La hidroxietilcel·lulosa (HEC) va ser produïda industrialment per Union Carbide Company el 1932 i té una història de més de 70 anys. Actualment, els espessidors de l'èter de cel·lulosa i els seus derivats inclouen principalment hidroxietilcel·lulosa (HEC), metilhidroxietilcel·lulosa (MHEC), etilhidroxietilcel·lulosa (EHEC), metilhidroxipropilcel·lulosa base (MHPC), metilcel·lulosa (MC) i goma xantana, etc., que són espessidors no iònics i també pertanyen als espessidors en fase aquosa no associada. Entre ells, la HEC és la més utilitzada en la pintura de làtex.

La cel·lulosa modificada hidrofòbicament (HMHEC) introdueix una petita quantitat de grups alquils hidrofòbics de cadena llarga a la cadena principal hidrofílica de la cel·lulosa per convertir-se en un espessidor associatiu, com ara Natrosol Plus Grade 330, 331, Cellosize SG-100, Bermocoll EHM-100. El seu efecte espessidor és comparable al dels espessidors d'èter de cel·lulosa amb un pes molecular molt més gran. Millora la viscositat i l'anivellament de l'ICI i redueix la tensió superficial, com ara la tensió superficial de l'HEC és d'uns 67 mN/m i la tensió superficial de l'HMHEC és de 55-65 mN/m.

3.2 Espessidor inflable amb àlcali

Els espessidors inflables amb alcali es divideixen en dues categories: espessidors inflables amb alcali no associatius (ASE) i espessidors inflables amb alcali associatius (HASE), que són espessidors aniònics. L'ASE no associat és una emulsió inflable amb alcali de poliacrilat. L'HASE associatiu és una emulsió inflable amb alcali de poliacrilat modificada hidrofòbicament.

3.3. Espessidor de poliuretà i espessidor no poliuretà modificat hidròfobament

L'espessador de poliuretà, anomenat HEUR, és un polímer soluble en aigua de poliuretà etoxilat modificat amb un grup hidròfob, que pertany als espessidors associatius no iònics. L'HEUR es compon de tres parts: grup hidròfob, cadena hidròfila i grup de poliuretà. El grup hidròfob juga un paper d'associació i és el factor decisiu per a l'espessament, generalment oleil, octadecil, dodecilfenil, nonilfenol, etc. La cadena hidròfila pot proporcionar estabilitat química i estabilitat de viscositat, i s'utilitzen habitualment polièters, com ara polioxietilè i els seus derivats. La cadena molecular de l'HEUR s'estén per grups de poliuretà, com ara IPDI, TDI i HMDI. La característica estructural dels espessidors associatius és que acaben amb grups hidròfobs. Tanmateix, el grau de substitució de grups hidròfobs en ambdós extrems d'alguns HEUR disponibles comercialment és inferior a 0,9, i el millor és només 1,7. Les condicions de reacció s'han de controlar estrictament per obtenir un espessidor de poliuretà amb una distribució de pes molecular estreta i un rendiment estable. La majoria dels HEUR es sintetitzen per polimerització gradual, de manera que els HEUR disponibles comercialment són generalment mescles de pesos moleculars amplis.

Richey et al. van utilitzar un espessidor d'associació de pirè traçador fluorescent (PAT, pes molecular mitjà numèric 30000, pes molecular mitjà en pes 60000) per descobrir que a una concentració del 0,02% (pes), el grau d'agregació micel·lar d'Acrysol RM-825 i PAT era d'aproximadament 6. L'energia d'associació entre l'espesssidor i la superfície de les partícules de làtex és d'aproximadament 25 KJ/mol; l'àrea ocupada per cada molècula d'espesssidor PAT a la superfície de les partícules de làtex és d'aproximadament 13 nm2, que és aproximadament l'àrea ocupada per l'agent humectant Triton X-405, 14 vegades superior a la de 0,9 nm2. Espessidor associatiu de poliuretà com ara RM-2020NPR, DSX 1550, etc.

El desenvolupament d'espessidors de poliuretà associatius respectuosos amb el medi ambient ha rebut una àmplia atenció. Per exemple, el BYK-425 és un espessidor de poliuretà modificat amb urea sense COV ni APEO. Rheolate 210, Borchi Gel 0434, Tego ViscoPlus 3010, 3030 i 3060 són un espessidor de poliuretà associatiu sense COV ni APEO.

A més dels espessidors de poliuretà associatius lineals descrits anteriorment, també hi ha espessidors de poliuretà associatius en forma de pinta. L'anomenat espessidor de poliuretà d'associació de pinta significa que hi ha un grup hidròfob penjant al mig de cada molècula espessidora. Espessidors com ara SCT-200 i SCT-275, etc.

L'espessador d'aminoplàst modificat hidrofòbicament (espessador d'aminoplàst etoxilat modificat hidrofòbicament — HEAT) canvia la resina amino especial en quatre grups hidrofòbics tapats, però la reactivitat d'aquests quatre llocs de reacció és diferent. En l'addició normal de grups hidrofòbics, només hi ha dos grups hidrofòbics bloquejats, de manera que l'espessador d'amino modificat hidrofòbic sintètic no és gaire diferent de l'HEUR, com ara l'Optiflo H 500. Si s'afegeixen més grups hidrofòbics, com ara fins a un 8%, es poden ajustar les condicions de reacció per produir espessidors d'amino amb múltiples grups hidrofòbics bloquejats. Per descomptat, aquest també és un espessidor de pinta. Aquest espessidor d'amino modificat hidrofòbic pot evitar que la viscositat de la pintura disminueixi a causa de l'addició d'una gran quantitat de tensioactius i dissolvents de glicol quan s'afegeix la coincidència de colors. La raó és que els grups hidrofòbics forts poden evitar la desorció, i múltiples grups hidrofòbics tenen una forta associació. Espessidors com Optiflo TVS.

Espessidor de polièter modificat hidròfobament (HMPE) El rendiment de l'espessador de polièter modificat hidròfobament és similar al de l'HEUR, i els productes inclouen Aquaflow NLS200, NLS210 i NHS300 d'Hercules.

El seu mecanisme d'espessament és l'efecte tant de l'enllaç d'hidrogen com de l'associació de grups terminals. En comparació amb els espessidors comuns, té millors propietats anti-sedimentació i anti-descens. Segons les diferents polaritats dels grups terminals, els espessidors de poliurea modificats es poden dividir en tres tipus: espessidors de poliurea de baixa polaritat, espessidors de poliurea de polaritat mitjana i espessidors de poliurea d'alta polaritat. Els dos primers s'utilitzen per espessir recobriments a base de dissolvents, mentre que els espessidors de poliurea d'alta polaritat es poden utilitzar tant per a recobriments a base de dissolvents d'alta polaritat com per a recobriments a base d'aigua. Els productes comercials d'espesssidors de poliurea de baixa polaritat, polaritat mitjana i alta polaritat són BYK-411, BYK-410 i BYK-420 respectivament.

La pasta de cera de poliamida modificada és un additiu reològic sintetitzat mitjançant la introducció de grups hidròfils com el PEG a la cadena molecular de la cera d'amida. Actualment, algunes marques s'importen i s'utilitzen principalment per ajustar la tixotropia del sistema i millorar l'antitixotropia. Rendiment anti-sag.