Tajemství přísad pro nátěry na vodní bázi

Shrnutí:

1. Smáčecí a disperzní činidlo

2. Odpěňovač

3. Zahušťovadlo

4. Filmotvorné přísady

5. Protikorozní, protiplísňový a protiřasový prostředek

6. Další přísady

1 Smáčecí a disperzní činidlo:

Vodou ředitelné nátěrové hmoty používají vodu jako rozpouštědlo nebo disperzní médium a voda má velkou dielektrickou konstantu, takže vodní nátěrové hmoty jsou stabilizovány hlavně elektrostatickým odpuzováním, když se elektrická dvojitá vrstva překrývá. Kromě toho se v systému vodních nátěrových hmot často vyskytují polymery a neiontové povrchově aktivní látky, které se adsorbují na povrch pigmentového plniva, čímž vytvářejí sterickou bariéru a stabilizují disperzi. Vodou ředitelné barvy a emulze proto dosahují stabilních výsledků společným působením elektrostatického odpuzování a sterické bariéry. Jejich nevýhodou je nízká odolnost vůči elektrolytům, zejména u drahých elektrolytů.

1.1 Smáčecí činidlo

Smáčecí činidla pro vodou ředitelné nátěry se dělí na aniontová a neiontová.

Kombinace smáčedla a dispergačního činidla může dosáhnout ideálních výsledků. Množství smáčedla je obvykle několik promile. Jeho negativním účinkem je pěnění a snížení vodotěsnosti nátěrového filmu.

Jedním z trendů vývoje smáčecích činidel je postupné nahrazování smáčecích činidel na bázi polyoxyethylenalkyl(benzen)fenoletherů (APEO nebo APE), protože to vede ke snížení hladiny samčích hormonů u potkanů ​​a narušuje endokrinní systém. Polyoxyethylenalkyl(benzen)fenolethery se široce používají jako emulgátory během emulzní polymerace.

Dvojité povrchově aktivní látky jsou také novým vývojem. Jedná se o dvě amfifilní molekuly spojené mezičlánkem. Nejvýznamnějším rysem dvoubuněčných povrchově aktivních látek je, že kritická micelární koncentrace (CMC) je o více než řád nižší než u jejich „jednobuněčných“ povrchově aktivních látek, následovaná vysokou účinností. Například TEGO Twin 4000 je dvoubuněčná siloxanová povrchově aktivní látka s nestabilními pěnivými a odpěňovacími vlastnostmi.

Společnost Air Products vyvinula povrchově aktivní látky Gemini. Tradiční povrchově aktivní látky mají hydrofobní konec a hydrofilní hlavu, ale tato nová povrchově aktivní látka má dvě hydrofilní skupiny a dvě nebo tři hydrofobní skupiny, což je multifunkční povrchově aktivní látka známá jako acetylenglykoly, produkty jako EnviroGem AD01.

1.2 Dispergační činidlo

Dispergační činidla pro latexové barvy se dělí do čtyř kategorií: fosfátové dispergační činidla, dispergační činidla na bázi homopolymerů polykyselin, dispergační činidla na bázi kopolymerů polykyselin a další dispergační činidla.

Nejpoužívanějšími dispergačními činidly pro fosfáty jsou polyfosfáty, jako je hexametafosforečnan sodný, polyfosforečnan sodný (Calgon N, produkt společnosti BK Giulini Chemical Company v Německu), tripolyfosforečnan draselný (KTPP) a pyrofosforečnan tetradraselný (TKPP). Mechanismus jeho účinku spočívá ve stabilizaci elektrostatického odpuzování prostřednictvím vodíkových vazeb a chemické adsorpce. Jeho výhodou je nízké dávkování, asi 0,1 %, a dobrý disperzní účinek na anorganické pigmenty a plniva. Existují však i nedostatky: za prvé, spolu se zvýšením hodnoty pH a teploty, se polyfosfát snadno hydrolyzuje, což způsobuje špatnou dlouhodobou skladovatelnost; neúplné rozpuštění v médiu ovlivňuje lesk lesklé latexové barvy.

Dispergační činidla na bázi fosfátových esterů jsou směsi monoesterů, diesterů, zbytkových alkoholů a kyseliny fosforečné.

Dispergační činidla na bázi fosfátových esterů stabilizují disperze pigmentů, včetně reaktivních pigmentů, jako je oxid zinečnatý. V lesklých barvách zlepšují lesk a čistitelnost. Na rozdíl od jiných smáčecích a dispergačních přísad neovlivňuje přidání dispergačních činidel na bázi fosfátových esterů viskozitu KU a ICI nátěru.

Dispergační činidlo na bázi polykyselinových homopolymerů, jako je Tamol 1254 a Tamol 850, je Tamol 850 homopolymer kyseliny methakrylové. Dispergační činidlo na bázi polykyselinových kopolymerů, jako je Orotan 731A, je kopolymer diisobutylenu a kyseliny maleinové. Charakteristickými znaky těchto dvou typů dispergačních činidel je silná adsorpce nebo ukotvení na povrchu pigmentů a plniv, delší molekulární řetězce pro tvorbu sterické bariéry a rozpustnost ve vodě na koncích řetězce a některé jsou doplněny elektrostatickým odpuzováním pro dosažení stabilních výsledků. Aby dispergační činidlo mělo dobrou dispergovatelnost, musí být molekulová hmotnost přísně kontrolována. Pokud je molekulová hmotnost příliš malá, sterická bariéra nebude dostatečná; pokud je molekulová hmotnost příliš velká, dochází k flokulaci. U polyakrylátových dispergačních činidel lze nejlepšího disperzního účinku dosáhnout, pokud je stupeň polymerace 12-18.

Jiné typy dispergačních činidel, jako například AMP-95, mají chemický název 2-amino-2-methyl-1-propanol. Aminová skupina je adsorbována na povrchu anorganických částic a hydroxylová skupina se váže na vodu, která hraje stabilizační roli prostřednictvím sterické zábrany. Vzhledem ke své malé velikosti je sterická zábrana omezená. AMP-95 je především regulátor pH.

V posledních letech výzkum dispergačních činidel překonal problém flokulace způsobené vysokou molekulovou hmotností a vývoj dispergačních činidel s vysokou molekulovou hmotností je jedním z trendů. Například dispergační činidlo s vysokou molekulovou hmotností EFKA-4580 vyrobené emulzní polymerací je speciálně vyvinuto pro průmyslové nátěry na vodní bázi, je vhodné pro disperzi organických i anorganických pigmentů a má dobrou odolnost vůči vodě.

Aminoskupiny mají dobrou afinitu k mnoha pigmentům prostřednictvím acidobazické nebo vodíkové vazby. Pozornost byla věnována blokovému kopolymernímu dispergačnímu činidlu s aminoakrylovou kyselinou jako kotevní skupinou.

Dispergační činidlo s dimethylaminoethylmethakrylátem jako kotevní skupinou

Smáčecí a disperzní přísada Tego Dispers 655 se používá ve vodou ředitelných automobilových barvách nejen k orientaci pigmentů, ale také k zabránění reakci hliníkového prášku s vodou.

Vzhledem k obavám o životní prostředí byly vyvinuty biologicky odbouratelné smáčecí a disperzní činidla, jako například dvoučlánková smáčecí a disperzní činidla řady EnviroGem AE, která jsou smáčecími a disperzními činidly s nízkou pěnivostí.

2 odpěňovače:

Existuje mnoho druhů tradičních odpěňovačů barev na vodní bázi, které se obecně dělí do tří kategorií: odpěňovače na bázi minerálních olejů, odpěňovače na bázi polysiloxanu a další odpěňovače.

Odpěňovače na bázi minerálních olejů se běžně používají, zejména v matných a polomatných latexových barvách.

Polysiloxanové odpěňovače mají nízké povrchové napětí, silné odpěňovací a protipěnivé vlastnosti a neovlivňují lesk, ale při nesprávném použití způsobují vady, jako je smrštění nátěrového filmu a špatná přetíratelnost.

Tradiční odpěňovače barev na vodní bázi jsou pro dosažení účelu odpěňování neslučitelné s vodní fází, takže je snadné vytvořit povrchové vady v nátěrovém filmu.

V posledních letech byly vyvinuty odpěňovače na molekulární úrovni.

Toto odpěňovače jsou polymery, které vznikají přímým roubováním účinných látek proti pěnění na nosnou látku. Molekulární řetězec polymeru má smáčecí hydroxylovou skupinu, účinná látka proti pěnění je rozptýlena po celé molekule, účinná látka se snadno neagreguje a má dobrou kompatibilitu s povlakovým systémem. Mezi takové odpěňovače na molekulární úrovni patří minerální oleje – řada FoamStar A10, polymery obsahující křemík – řada FoamStar A30 a polymery bez křemíku a oleje – řada FoamStar MF.

Také se uvádí, že tento odpěňovač na molekulární úrovni používá superroubované hvězdicové polymery jako nekompatibilní povrchově aktivní látky a dosáhl dobrých výsledků v aplikacích nátěrů na vodní bázi. Molekulární odpěňovač Air Products, o kterém informovali Stout a kol., je činidlo pro regulaci pěny a odpěňovač na bázi acetylenglykolu s oběma smáčecími vlastnostmi, jako například Surfynol MD 20 a Surfynol DF 37.

Kromě toho, aby byly splněny požadavky na výrobu nátěrů s nulovým obsahem VOC, existují také odpěňovače bez VOC, jako například Agitan 315, Agitan E 255 atd.

3 zahušťovadla:

Existuje mnoho druhů zahušťovadel, v současnosti se běžně používají zahušťovadla na bázi etherů celulózy a jejich derivátů, asociativní alkalicky bobtnavá zahušťovadla (HASE) a polyuretanová zahušťovadla (HEUR).

3.1. Ether celulózy a jeho deriváty

Hydroxyethylcelulóza (HEC) byla poprvé průmyslově vyráběna společností Union Carbide Company v roce 1932 a má více než 70letou historii. V současné době zahrnují zahušťovadla etheru celulózy a jeho derivátů zejména hydroxyethylcelulózu (HEC), methylhydroxyethylcelulózu (MHEC), ethylhydroxyethylcelulózu (EHEC), methylhydroxypropylcelulózu (MHPC), methylcelulózu (MC) a xanthanovou gumu atd. Jedná se o neiontová zahušťovadla, která patří také mezi neasociovaná zahušťovadla ve vodné fázi. Z nich je HEC nejčastěji používaná v latexových barvách.

Hydrofobně modifikovaná celulóza (HMHEC) zavádí malé množství hydrofobních alkylových skupin s dlouhým řetězcem na hydrofilní páteř celulózy, čímž se stává asociativním zahušťovadlem, jako například Natrosol Plus Grade 330, 331, Cellosize SG-100, Bermocoll EHM-100. Její zahušťovací účinek je srovnatelný se zahušťovadly na bázi etherů celulózy s mnohem větší molekulovou hmotností. Zlepšuje viskozitu a vyrovnávání ICI a snižuje povrchové napětí, například povrchové napětí HEC je asi 67 mN/m a povrchové napětí HMHEC je 55-65 mN/m.

3.2 Zahušťovadlo bobtnající v alkáliích

Zahušťovadla bobtnající alkalicky se dělí do dvou kategorií: neasociativní zahušťovadla bobtnající alkalicky (ASE) a asociativní zahušťovadla bobtnající alkalicky (HASE), což jsou aniontová zahušťovadla. Neasociované ASE je polyakrylátová emulze bobtnající alkalicky. Asociativní HASE je hydrofobně modifikovaná polyakrylátová emulze bobtnající alkalicky.

3.3. Polyuretanové zahušťovadlo a hydrofobně modifikované nepolyuretanové zahušťovadlo

Polyuretanové zahušťovadlo, označované jako HEUR, je hydrofobně modifikovaný ethoxylovaný polyuretanový ve vodě rozpustný polymer, který patří do skupiny neiontových asociativních zahušťovadel. HEUR se skládá ze tří částí: hydrofobní skupiny, hydrofilního řetězce a polyuretanové skupiny. Hydrofobní skupina hraje asociační roli a je rozhodujícím faktorem pro zahušťování, obvykle se jedná o oleyl, oktadecyl, dodecylfenyl, nonylfenol atd. Hydrofilní řetězec může zajistit chemickou stabilitu a viskozitní stabilitu, běžně se používají polyethery, jako je polyoxyethylen a jeho deriváty. Molekulární řetězec HEUR je prodloužen polyuretanovými skupinami, jako jsou IPDI, TDI a HMDI. Strukturním rysem asociativních zahušťovadel je, že jsou zakončeny hydrofobními skupinami. Stupeň substituce hydrofobních skupin na obou koncích některých komerčně dostupných HEUR je však nižší než 0,9 a nejlepší je pouze 1,7. Reakční podmínky by měly být přísně kontrolovány, aby se získalo polyuretanové zahušťovadlo s úzkým rozdělením molekulových hmotností a stabilním výkonem. Většina HEUR se syntetizuje postupnou polymerací, takže komerčně dostupné HEUR jsou obecně směsi širokých molekulových hmotností.

Richey a kol. použili fluorescenční stopovač pyrenu jako asociační zahušťovadlo (PAT, číselná průměrná molekulová hmotnost 30 000, hmotnostní průměrná molekulová hmotnost 60 000) a zjistili, že při koncentraci 0,02 % (hmotnostních) byl stupeň agregace micel Acrysolu RM-825 a PAT přibližně 6. Asociační energie mezi zahušťovadlem a povrchem latexových částic je přibližně 25 kJ/mol; plocha, kterou zabírá každá molekula zahušťovadla PAT na povrchu latexových částic, je přibližně 13 nm2, což je přibližně 14krát více než plocha, kterou zabírá smáčedlo Triton X-405, oproti 0,9 nm2. Asociativní polyuretanové zahušťovadlo, jako je RM-2020NPR, DSX 1550 atd.

Vývoj ekologicky šetrných asociativních polyuretanových zahušťovadel se těší široké pozornosti. Například BYK-425 je polyuretanové zahušťovadlo modifikované močovinou bez VOC a APEO. Rheolate 210, Borchi Gel 0434, Tego ViscoPlus 3010, 3030 a 3060 jsou asociativní polyuretanové zahušťovadlo bez VOC a APEO.

Kromě výše popsaných lineárních asociativních polyuretanových zahušťovadel existují také hřebenovitá asociativní polyuretanová zahušťovadla. Takzvané hřebenovité asociační polyuretanové zahušťovadlo znamená, že uprostřed každé molekuly zahušťovadla je zavěšená hydrofobní skupina. Mezi takové zahušťovadla patří SCT-200 a SCT-275 atd.

Hydrofobně modifikované aminoplastové zahušťovadlo (hydrofobně modifikované ethoxylované aminoplastové zahušťovadlo – HEAT) mění speciální aminoplastovou pryskyřici na čtyři uzavřené hydrofobní skupiny, ale reaktivita těchto čtyř reakčních míst je odlišná. Při normálním přidání hydrofobních skupin existují pouze dvě blokované hydrofobní skupiny, takže syntetické hydrofobně modifikované aminoplastové zahušťovadlo se příliš neliší od HEUR, jako je Optiflo H 500. Pokud se přidá více hydrofobních skupin, například až 8 %, lze reakční podmínky upravit tak, aby vznikla aminoplastická zahušťovadla s více blokovanými hydrofobními skupinami. Samozřejmě se jedná také o hřebenové zahušťovadlo. Toto hydrofobně modifikované aminoplastové zahušťovadlo může zabránit poklesu viskozity barvy v důsledku přidání velkého množství povrchově aktivních látek a glykolových rozpouštědel při přidávání barevných složek. Důvodem je, že silné hydrofobní skupiny mohou zabránit desorpci a více hydrofobních skupin má silnou asociaci. Mezi taková zahušťovadla patří Optiflo TVS.

Hydrofobní modifikované polyetherové zahušťovadlo (HMPE) Vlastnosti hydrofobně modifikovaného polyetherového zahušťovadla jsou podobné jako u HEUR a mezi produkty patří Aquaflow NLS200, NLS210 a NHS300 od společnosti Hercules.

Jeho mechanismus zahušťování je založen na vodíkových vazbách a asociaci koncových skupin. Ve srovnání s běžnými zahušťovadly má lepší vlastnosti proti usazování a stékání. Podle různých polarit koncových skupin lze modifikovaná polymočovinová zahušťovadla rozdělit do tří typů: nízkopolární polymočovinová zahušťovadla, středněpolární polymočovinová zahušťovadla a vysokopolární polymočovinová zahušťovadla. První dva se používají k zahušťování nátěrů na bázi rozpouštědel, zatímco vysokopolární polymočovinová zahušťovadla lze použít jak pro vysokopolární nátěry na bázi rozpouštědel, tak pro nátěry na bázi vody. Komerční produkty polymočovinových zahušťovadel s nízkou, střední a vysokou polaritou jsou BYK-411, BYK-410 a BYK-420.

Modifikovaná polyamidová vosková suspenze je reologická přísada syntetizovaná zavedením hydrofilních skupin, jako je PEG, do molekulárního řetězce amidového vosku. V současné době se některé značky dovážejí a používají se hlavně k úpravě tixotropie systému a zlepšení anti-tixotropních vlastností. Protipropustnost.