Kokkuvõte:
1. Niisutav ja dispergeeriv aine
2. Vahutamisvastane vahend
3. Paksendaja
4. Kilet moodustavad lisandid
5. Korrosiooni-, hallitus- ja vetikatõrjevahend
6. Muud lisandid
1 Märgistav ja dispergeeriv aine:
Veebaasil katted kasutavad lahusti või dispersioonikeskkonnana vett ning veel on suur dielektriline konstant, seega stabiliseeruvad veebaasil katted peamiselt elektrostaatilise tõukumise abil, kui elektriline kaksikkiht kattub. Lisaks on veebaasil kattesüsteemis sageli polümeere ja mitteioonseid pindaktiivseid aineid, mis adsorbeeruvad pigmendi täiteaine pinnale, moodustades steerilise takistuse ja stabiliseerides dispersiooni. Seetõttu saavutavad veebaasil värvid ja emulsioonid stabiilseid tulemusi elektrostaatilise tõukumise ja steerilise takistuse ühise toime kaudu. Selle puuduseks on halb elektrolüütide vastupidavus, eriti kallite elektrolüütide puhul.
1.1 Märgav aine
Veepõhiste katete märgavad ained jagunevad anioonseteks ja mitteioonseteks.
Ideaalseid tulemusi saab saavutada niisutava ja dispergeeriva aine kombinatsiooniga. Niisutava aine kogus on tavaliselt paar tuhandet. Selle negatiivseks mõjuks on vahutamine ja kattekihi veekindluse vähenemine.
Üks märgavate ainete arengusuundi on polüoksüetüleenalküül(benseen)fenooleetri (APEO või APE) märgavate ainete järkjärguline asendamine, kuna see viib rottidel meessuguhormoonide vähenemiseni ja häirib endokriinset funktsiooni. Polüoksüetüleenalküül(benseen)fenooleetreid kasutatakse laialdaselt emulgaatoritena emulsioonpolümerisatsiooni ajal.
Kaksikpindaktiivsed ained on samuti uued arendused. Need on kaks amfifiilset molekuli, mis on omavahel ühendatud vahekihiga. Kaksikrakuliste pindaktiivsete ainete kõige märkimisväärsem omadus on see, et kriitiline mitsellide kontsentratsioon (CMC) on rohkem kui suurusjärgu võrra madalam kui nende "üherakulistel" pindaktiivsetel ainetel, millele järgneb kõrge efektiivsus. Nagu TEGO Twin 4000, on see kaksikrakuline siloksaanpindaktiivne aine, millel on ebastabiilne vahutamine ja vahutamisvastased omadused.
Air Products on välja töötanud Gemini pindaktiivsed ained. Traditsioonilistel pindaktiivsetel ainetel on hüdrofoobne saba ja hüdrofiilne pea, kuid sellel uuel pindaktiivsel ainel on kaks hüdrofiilset rühma ja kaks või kolm hüdrofoobset rühma, mis on multifunktsionaalne pindaktiivne aine, mida tuntakse atsetüleenglükoolidena, näiteks EnviroGem AD01.
1.2 Dispergeeriv aine
Lateksvärvi dispergeerivad ained jagunevad nelja kategooriasse: fosfaatdispergeerivad ained, polühappe homopolümeerdispergeerivad ained, polühappe kopolümeerdispergeerivad ained ja muud dispergeerivad ained.
Kõige laialdasemalt kasutatavad fosfaatdispergaatorid on polüfosfaadid, näiteks naatriumheksametafosfaat, naatriumpolüfosfaat (Calgon N, BK Giulini Chemical Company toode Saksamaal), kaaliumtripolüfosfaat (KTPP) ja tetrakaaliumpürofosfaat (TKPP). Selle toimemehhanism on elektrostaatilise tõukumise stabiliseerimine vesiniksidemete ja keemilise adsorptsiooni abil. Selle eeliseks on madal annus, umbes 0,1%, ja hea dispergeeriv toime anorgaanilistele pigmentidele ja täiteainetele. Kuid on ka puudusi: esiteks, koos pH väärtuse ja temperatuuri tõusuga hüdrolüüsub polüfosfaat kergesti, mis halvendab pikaajalist ladustamisstabiilsust; mittetäielik lahustumine keskkonnas mõjutab läikiva lateksvärvi läiget.
Fosfaatestridispergaatorid on monoestrite, diestrite, jääkalkoholide ja fosforhappe segud.
Fosfaatestridispergaatorid stabiliseerivad pigmentide dispersioone, sealhulgas reaktiivseid pigmente, näiteks tsinkoksiidi. Läikivate värvide koostises parandab see läiget ja puhastatavust. Erinevalt teistest märgavatest ja dispergeerivatest lisanditest ei mõjuta fosfaatestridispergaatorid katte KU ja ICI viskoossust.
Polühappe homopolümeer dispergeerivad ained, näiteks Tamol 1254 ja Tamol 850, on metakrüülhappe homopolümeer. Polühappe kopolümeer dispergeerivad ained, näiteks Orotan 731A, on diisobutüleeni ja maleiinhappe kopolümeer. Nende kahe dispergeeriva aine tüübi omadusteks on tugev adsorptsioon või ankurdamine pigmentide ja täiteainete pinnale, pikemad molekulaarsed ahelad steerilise takistuse moodustamiseks ja vees lahustuvus ahela otstes ning mõned täiendavad elektrostaatilist tõukumist stabiilsete tulemuste saavutamiseks. Dispergeeriva aine hea dispergeeruvuse tagamiseks tuleb molekulmassi rangelt kontrollida. Kui molekulmass on liiga väike, ei ole steerilist takistust piisavalt; kui molekulmass on liiga suur, toimub flokulatsioon. Polüakrülaatdispergeerivate ainete puhul on parim dispersiooniefekt saavutatav, kui polümerisatsiooniaste on 12–18.
Teist tüüpi dispergeerivatel ainetel, näiteks AMP-95-l, on keemiline nimetus 2-amino-2-metüül-1-propanool. Aminorühm adsorbeerub anorgaaniliste osakeste pinnale ja hüdroksüülrühm ulatub vette, millel on steerilise takistuse kaudu stabiliseeriv roll. Oma väikese suuruse tõttu on steeriline takistus piiratud. AMP-95 on peamiselt pH regulaator.
Viimastel aastatel on dispergeerivate ainete uuringud ületanud suure molekulmassiga seotud flokulatsiooniprobleemi ning suure molekulmassiga ainete väljatöötamine on üks suundumusi. Näiteks emulsioonpolümerisatsiooni teel toodetud suure molekulmassiga dispergeeriv aine EFKA-4580 on spetsiaalselt välja töötatud veepõhiste tööstuskatete jaoks, sobib orgaaniliste ja anorgaaniliste pigmentide dispergeerimiseks ning on hea veekindlusega.
Aminorühmadel on happe-aluse või vesiniksidemete kaudu hea afiinsus paljude pigmentide suhtes. Tähelepanu on pööratud plokk-kopolümeeri dispergeerivale ainele, milles aminoakrüülhape toimib ankurrühmana.
Dispergeeriv aine, mille ankurdusrühmaks on dimetüülaminoetüülmetakrülaat
Tego Dispers 655 märgavat ja dispergeerivat lisandit kasutatakse veepõhistes autovärvides mitte ainult pigmentide orienteerimiseks, vaid ka alumiiniumipulbri veega reageerimise vältimiseks.
Keskkonnaprobleemide tõttu on välja töötatud biolagunevad märgavad ja dispergeerivad ained, näiteks EnviroGem AE seeria kaksikrakulised märgavad ja dispergeerivad ained, mis on madala vahutavusega märgavad ja dispergeerivad ained.
2 vahutamisvastast ainet:
Traditsioonilisi veepõhiseid värvivahutamisvastaseid vahendeid on palju, mis jagunevad üldiselt kolme kategooriasse: mineraalõlipõhised vahutamisvastased vahendid, polüsiloksaanpõhised vahutamisvastased vahendid ja muud vahutamisvastased vahendid.
Mineraalõli baasil vahutamisvastaseid aineid kasutatakse tavaliselt, peamiselt matt- ja poolmatt-lateksvärvides.
Polüsiloksaanist vahutamisvastastel ainetel on madal pindpinevus, tugev vahutamisvastane ja -vastane toime ning need ei mõjuta läiget, kuid vale kasutamise korral põhjustavad need defekte, näiteks kattekihi kokkutõmbumist ja halba ülekattavust.
Traditsioonilised veepõhised värvivahustajad ei sobi vahutamise eesmärgi saavutamiseks veefaasiga kokku, seega on kattekiles lihtne tekitada pinnadefekte.
Viimastel aastatel on välja töötatud molekulaarsel tasemel vahutamisvastaseid aineid.
See vahutamisvastane aine on polümeer, mis moodustub vahutamisvastaste toimeainete otse kandeainele pookimise teel. Polümeeri molekulaarahelal on märgav hüdroksüülrühm, vahutamisvastane toimeaine on molekuli ümber jaotunud, toimeainet ei ole kerge agregeerida ja ühilduvus kattesüsteemiga on hea. Selliste molekulaarse taseme vahutamisvastaste ainete hulka kuuluvad mineraalõlid – FoamStar A10 seeria, räni sisaldavad – FoamStar A30 seeria ja räni- ja õlivabad polümeerid – FoamStar MF seeria.
Samuti on teatatud, et see molekulaarse taseme vahutamisvastane aine kasutab kokkusobimatute pindaktiivsete ainetena superpoogitud tähtpolümeere ning on saavutanud häid tulemusi veepõhiste katete rakendustes. Stout jt poolt kirjeldatud Air Productsi molekulaarse taseme vahutamisvastane aine on atsetüleenglükoolil põhinev vahukontrolli aine ja vahutamisvastane aine, millel on nii märgavad omadused, näiteks Surfynol MD 20 ja Surfynol DF 37.
Lisaks on null-VOC-kattekihtide tootmise vajaduste rahuldamiseks olemas ka VOC-vabu vahutamisvastaseid aineid, näiteks Agitan 315, Agitan E 255 jne.
3 paksendajat:
Paksendajaid on mitut tüüpi, praegu kasutatakse tavaliselt tsellulooseetri ja selle derivaatide paksendajaid, assotsiatiivseid leelisega paisuvaid paksendajaid (HASE) ja polüuretaanpaksendajaid (HEUR).
3.1. Tselluloosi eeter ja selle derivaadid
Hüdroksüetüültselluloosi (HEC) tootis tööstuslikult esmakordselt Union Carbide Company 1932. aastal ning selle ajalugu on üle 70 aasta. Praegu on tsellulooseetri ja selle derivaatide paksendajate hulgas peamiselt hüdroksüetüültselluloos (HEC), metüülhüdroksüetüültselluloos (MHEC), etüülhüdroksüetüültselluloos (EHEC), metüülhüdroksüpropüültselluloos (MHPC), metüültselluloos (MC) ja ksantaankummi jne. Need on mitteioonsed paksendajad ja kuuluvad samuti mitteseotud veefaasi paksendajate hulka. Nende hulgas on HEC kõige sagedamini kasutatav lateksvärvides.
Hüdrofoobselt modifitseeritud tselluloos (HMHEC) lisab tselluloosi hüdrofiilsele selgroole väikese koguse pika ahelaga hüdrofoobseid alküülrühmi, muutes need assotsiatiivseks paksendajaks, näiteks Natrosol Plus Grade 330, 331, Cellosize SG-100, Bermocoll EHM-100. Selle paksendav toime on võrreldav palju suurema molekulmassiga tsellulooseetri paksendajatega. See parandab ICI viskoossust ja tasandamist ning vähendab pindpinevust, näiteks HEC pindpinevus on umbes 67 mN/m ja HMHEC pindpinevus on 55–65 mN/m.
3.2 Leelisega paisuv paksendaja
Leelisega paisuvad paksendajad jagunevad kahte kategooriasse: mitteassotsieeruvad leelisega paisuvad paksendajad (ASE) ja assotsieeruvad leelisega paisuvad paksendajad (HASE), mis on anioonsed paksendajad. Mitteassotsieerunud ASE on polüakrülaat-leelisega paisuv emulsioon. Assotsieeruv HASE on hüdrofoobselt modifitseeritud polüakrülaat-leelisega paisuv emulsioon.
3.3. Polüuretaanist paksendaja ja hüdrofoobselt modifitseeritud mittepolüuretaanist paksendaja
Polüuretaanpaksendaja, mida nimetatakse HEUR-iks, on hüdrofoobse rühmaga modifitseeritud etoksüülitud polüuretaanist vees lahustuv polümeer, mis kuulub mitteioonsete assotsiatiivsete paksendajate hulka. HEUR koosneb kolmest osast: hüdrofoobsest rühmast, hüdrofiilsest ahelast ja polüuretaanrühmast. Hüdrofoobne rühm mängib assotsiatiivset rolli ja on paksendamise määrav tegur, tavaliselt oleüül-, oktadetsüül-, dodetsüülfenüül-, nonüülfenoolirühm jne. Hüdrofiilne ahel võib tagada keemilise stabiilsuse ja viskoossuse stabiilsuse, tavaliselt kasutatakse polüeetreid, näiteks polüoksüetüleeni ja selle derivaate. HEUR-i molekulaarahelat pikendavad polüuretaanrühmad, näiteks IPDI, TDI ja HMDI. Assotsiatiivsete paksendajate struktuuriline omadus on see, et need on lõpetatud hüdrofoobsete rühmadega. Mõnede kaubanduslikult saadaolevate HEUR-ide mõlemas otsas olevate hüdrofoobsete rühmade asendusaste on aga alla 0,9 ja parim on vaid 1,7. Reaktsioonitingimusi tuleks rangelt kontrollida, et saada kitsa molekulmassijaotuse ja stabiilse jõudlusega polüuretaanpaksendaja. Enamik HEUR-e sünteesitakse astmelise polümerisatsiooni teel, seega on kaubanduslikult saadaolevad HEUR-id üldiselt laia molekulmassiga segud.
Richey jt. kasutasid fluorestsentset märgistusainet püreeni assotsiatsioonipaksendajat (PAT, arvkeskmine molekulmass 30000, kaalukeskmine molekulmass 60000), et kontsentratsioonil 0,02% (massi järgi) oli Acrysol RM-825 ja PAT mitsellide agregatsiooniaste umbes 6. Paksendaja ja lateksiosakeste pinna vaheline assotsiatsioonienergia on umbes 25 kJ/mol; iga PAT-paksendaja molekuli poolt lateksiosakeste pinnal hõivatud pindala on umbes 13 nm2, mis on umbes 14 korda suurem kui Triton X-405 märgava aine poolt hõivatud pindala kui 0,9 nm2. Assotsiatiivsed polüuretaanpaksendajad, näiteks RM-2020NPR, DSX 1550 jne.
Keskkonnasõbralike assotsiatiivsete polüuretaanpaksendajate väljatöötamine on pälvinud laialdast tähelepanu. Näiteks BYK-425 on VOC- ja APEO-vaba karbamiidiga modifitseeritud polüuretaanpaksendaja. Rheolate 210, Borchi Gel 0434, Tego ViscoPlus 3010, 3030 ja 3060 on assotsiatiivne polüuretaanpaksendaja ilma VOC-de ja APEO-deta.
Lisaks eespool kirjeldatud lineaarsetele assotsiatiivsetele polüuretaanpaksutitele on olemas ka kammitaolisi assotsiatiivseid polüuretaanpaksutisi. Nn kammipõhine polüuretaanpaksuti tähendab, et iga paksendaja molekuli keskel on rippuv hüdrofoobne rühm. Sellised paksendajad nagu SCT-200 ja SCT-275 jne.
Hüdrofoobselt modifitseeritud aminoplasti paksendaja (hüdrofoobselt modifitseeritud etoksüülitud aminoplasti paksendaja – HEAT) muudab spetsiaalse aminovaigu neljaks suletud hüdrofoobseks rühmaks, kuid nende nelja reaktsioonikoha reaktsioonivõime on erinev. Hüdrofoobsete rühmade tavalisel lisamisel on ainult kaks blokeeritud hüdrofoobset rühma, seega ei erine sünteetiline hüdrofoobselt modifitseeritud aminopaksendaja palju HEUR-ist, näiteks Optiflo H 500. Kui lisatakse rohkem hüdrofoobseid rühmi, näiteks kuni 8%, saab reaktsioonitingimusi reguleerida, et saada aminopaksendajaid mitme blokeeritud hüdrofoobse rühmaga. Loomulikult on see ka kammpaksendaja. See hüdrofoobselt modifitseeritud aminopaksendaja võib takistada värvi viskoossuse langust suure hulga pindaktiivsete ainete ja glükoolilahustite lisamise tõttu värvi sobitamisel. Põhjus on selles, et tugevad hüdrofoobsed rühmad võivad takistada desorptsiooni ja mitmel hüdrofoobsel rühmal on tugev seos. Sellised paksendajad nagu Optiflo TVS.
Hüdrofoobselt modifitseeritud polüeetri paksendaja (HMPE) Hüdrofoobselt modifitseeritud polüeetri paksendaja toime on sarnane HEUR-iga ning toodete hulka kuuluvad Herculese Aquaflow NLS200, NLS210 ja NHS300.
Selle paksenemismehhanism on nii vesiniksidemete kui ka otsarühmade assotsieerumise mõju. Võrreldes tavaliste paksendajatega on sellel paremad settimis- ja läbipaindevastased omadused. Vastavalt otsarühmade erinevale polaarsusele saab modifitseeritud polüuurea paksendajaid jagada kolme tüüpi: madala polaarsusega polüuurea paksendajad, keskmise polaarsusega polüuurea paksendajad ja kõrge polaarsusega polüuurea paksendajad. Kahte esimest kasutatakse lahustipõhiste katete paksendamiseks, samas kui kõrge polaarsusega polüuurea paksendajaid saab kasutada nii kõrge polaarsusega lahustipõhiste kui ka veepõhiste katete jaoks. Madala, keskmise polaarsusega ja kõrge polaarsusega polüuurea paksendajate kaubanduslikud tooted on vastavalt BYK-411, BYK-410 ja BYK-420.
Modifitseeritud polüamiidvaha suspensioon on reoloogiline lisand, mis sünteesitakse hüdrofiilsete rühmade, näiteks PEG-i, lisamisega amiidvaha molekulaarsesse ahelasse. Praegu imporditakse mõningaid kaubamärke ja neid kasutatakse peamiselt süsteemi tiksotroopia reguleerimiseks ja tiksotroopiavastase toime parandamiseks.
Postituse aeg: 22. november 2022