خلاصه:
۱. عامل ترکننده و پخشکننده
۲. کف زدا
۳. غلیظکننده
۴. افزودنیهای تشکیلدهنده فیلم
۵. عامل ضد خوردگی، ضد کپک و ضد جلبک
۶. سایر افزودنیها
۱- عامل ترکننده و پخشکننده:
پوششهای پایه آب از آب به عنوان حلال یا محیط پراکندگی استفاده میکنند و آب ثابت دیالکتریک بزرگی دارد، بنابراین پوششهای پایه آب عمدتاً توسط دافعه الکترواستاتیک هنگام همپوشانی لایه دوگانه الکتریکی تثبیت میشوند. علاوه بر این، در سیستم پوشش پایه آب، اغلب پلیمرها و سورفکتانتهای غیر یونی وجود دارند که روی سطح پرکننده رنگدانه جذب میشوند و مانع فضایی تشکیل میدهند و پراکندگی را تثبیت میکنند. بنابراین، رنگها و امولسیونهای پایه آب از طریق عمل مشترک دافعه الکترواستاتیک و مانع فضایی به نتایج پایداری دست مییابند. عیب آن مقاومت الکترولیتی ضعیف، به ویژه برای الکترولیتهای گرانقیمت است.
۱.۱ عامل مرطوبکننده
عوامل مرطوب کننده برای پوششهای پایه آب به دو دسته آنیونی و غیر یونی تقسیم میشوند.
ترکیب عامل ترکننده و عامل پراکندهساز میتواند به نتایج ایدهآلی دست یابد. مقدار عامل ترکننده عموماً چند در هزار است. اثر منفی آن کف کردن و کاهش مقاومت در برابر آب فیلم پوشش است.
یکی از روندهای توسعه عوامل مرطوبکننده، جایگزینی تدریجی عوامل مرطوبکننده پلیاکسیاتیلن آلکیل (بنزن) فنل اتر (APEO یا APE) است، زیرا این مواد منجر به کاهش هورمونهای مردانه در موشها شده و با غدد درونریز تداخل دارند. پلیاکسیاتیلن آلکیل (بنزن) فنل اترها به طور گسترده به عنوان امولسیفایر در طول پلیمریزاسیون امولسیونی استفاده میشوند.
سورفکتانتهای دوقلو نیز از پیشرفتهای جدید هستند. این دو مولکول آمفیفیلیک هستند که توسط یک فاصلهدهنده به هم متصل شدهاند. قابل توجهترین ویژگی سورفکتانتهای سلولی دوقلو این است که غلظت بحرانی میسل (CMC) آنها بیش از یک مرتبه پایینتر از سورفکتانتهای "تک سلولی" آنهاست و به دنبال آن راندمان بالایی دارند. مانند TEGO Twin 4000، این یک سورفکتانت سیلوکسان سلولی دوقلو است و خواص کف ناپایدار و کفزدایی دارد.
شرکت Air Products سورفکتانتهای Gemini را توسعه داده است. سورفکتانتهای سنتی دارای یک دم آبگریز و یک سر آبدوست هستند، اما این سورفکتانت جدید دارای دو گروه آبدوست و دو یا سه گروه آبگریز است که یک سورفکتانت چند منظوره است که به عنوان استیلن گلیکولها شناخته میشود، محصولاتی مانند EnviroGem AD01.
۱.۲ پراکندهساز
پراکندهسازها برای رنگ لاتکس به چهار دسته تقسیم میشوند: پراکندهسازهای فسفات، پراکندهسازهای هموپلیمر پلیاسیدی، پراکندهسازهای کوپلیمر پلیاسیدی و سایر پراکندهسازها.
پرکاربردترین پراکندهکنندههای فسفات، پلیفسفاتها هستند، مانند سدیم هگزامتافسفات، سدیم پلیفسفات (کالگون ان، محصول شرکت شیمیایی بی کی جولینی در آلمان)، پتاسیم تریپلیفسفات (KTPP) و تتراپتاسیم پیروفسفات (TKPP). مکانیسم عمل آن تثبیت دافعه الکترواستاتیک از طریق پیوند هیدروژنی و جذب شیمیایی است. مزیت آن این است که دوز مصرفی آن کم است، حدود 0.1٪، و اثر پراکندگی خوبی روی رنگدانهها و پرکنندههای معدنی دارد. اما معایبی نیز وجود دارد: یکی اینکه، همراه با افزایش مقدار pH و دما، پلیفسفات به راحتی هیدرولیز میشود و باعث میشود پایداری ذخیرهسازی طولانیمدت آن کاهش یابد. انحلال ناقص در محیط، بر براقیت رنگ لاتکس براق تأثیر میگذارد.
پراکندهکنندههای فسفات استر مخلوطی از مونواسترها، دیاسترها، الکلهای باقیمانده و اسید فسفریک هستند.
پخشکنندههای فسفات استر، پراکندگی رنگدانهها، از جمله رنگدانههای واکنشپذیر مانند اکسید روی را تثبیت میکنند. در فرمولاسیون رنگهای براق، براقیت و قابلیت تمیزکنندگی را بهبود میبخشد. برخلاف سایر افزودنیهای ترکننده و پخشکننده، افزودن پخشکنندههای فسفات استر بر ویسکوزیته KU و ICI پوشش تأثیری ندارد.
دیسپرسانت هموپلیمر پلیاسیدی، مانند تامول ۱۲۵۴ و تامول ۸۵۰، تامول ۸۵۰ یک هموپلیمر از متاکریلیک اسید است. دیسپرسانت کوپلیمر پلیاسیدی، مانند اورتان ۷۳۱A، که یک کوپلیمر از دیایزوبوتیلن و مالئیک اسید است. ویژگیهای این دو نوع دیسپرسانت این است که جذب یا اتصال قوی روی سطح رنگدانهها و پرکنندهها ایجاد میکنند، زنجیرههای مولکولی طولانیتری برای تشکیل ممانعت فضایی دارند و در انتهای زنجیرهها حلالیت در آب دارند و برخی از آنها با دافعه الکترواستاتیک تکمیل میشوند تا به نتایج پایدار برسند. برای اینکه دیسپرسانت قابلیت پراکندگی خوبی داشته باشد، وزن مولکولی باید به شدت کنترل شود. اگر وزن مولکولی خیلی کوچک باشد، ممانعت فضایی کافی وجود نخواهد داشت. اگر وزن مولکولی خیلی بزرگ باشد، لختهسازی رخ میدهد. برای دیسپرسانتهای پلیاکریلات، اگر درجه پلیمریزاسیون ۱۲-۱۸ باشد، بهترین اثر پراکندگی را میتوان به دست آورد.
انواع دیگر پراکندهسازها، مانند AMP-95، نام شیمیایی 2-آمینو-2-متیل-1-پروپانول دارند. گروه آمینو روی سطح ذرات معدنی جذب میشود و گروه هیدروکسیل تا آب امتداد مییابد که از طریق ممانعت فضایی نقش تثبیتکننده را ایفا میکند. به دلیل اندازه کوچک، ممانعت فضایی محدود است. AMP-95 عمدتاً یک تنظیمکننده pH است.
در سالهای اخیر، تحقیقات روی پراکندهسازها بر مشکل لختهسازی ناشی از وزن مولکولی بالا غلبه کرده است و توسعهی پراکندهسازهای با وزن مولکولی بالا یکی از روندهای اصلی است. به عنوان مثال، پراکندهساز با وزن مولکولی بالا EFKA-4580 که با روش پلیمریزاسیون امولسیونی تولید میشود، به طور ویژه برای پوششهای صنعتی پایه آب توسعه یافته است، برای پراکندگی رنگدانههای آلی و معدنی مناسب است و مقاومت خوبی در برابر آب دارد.
گروههای آمینه از طریق پیوند اسید-باز یا هیدروژنی، میل ترکیبی خوبی با بسیاری از رنگدانهها دارند. پراکندهساز کوپلیمر بلوکی با آمینواکریلیک اسید به عنوان گروه نگهدارنده مورد توجه قرار گرفته است.
دیسپرس کننده با دی متیل آمینو اتیل متاکریلات به عنوان گروه نگهدارنده
افزودنی ترکننده و پخشکننده Tego Dispers 655 در رنگهای خودرو پایه آب نه تنها برای جهتدهی به رنگدانهها، بلکه برای جلوگیری از واکنش پودر آلومینیوم با آب نیز استفاده میشود.
با توجه به نگرانیهای زیستمحیطی، عوامل ترکننده و پخشکننده زیستتخریبپذیر توسعه یافتهاند، مانند عوامل ترکننده و پخشکننده دو سلولی سری EnviroGem AE که عوامل ترکننده و پخشکننده با کف کم هستند.
۲- کف زدا:
انواع مختلفی از ضدکفهای رنگ پایه آب سنتی وجود دارد که عموماً به سه دسته تقسیم میشوند: ضدکفهای روغن معدنی، ضدکفهای پلی سیلوکسان و سایر ضدکفها.
ضدکفهای روغن معدنی معمولاً، عمدتاً در رنگهای لاتکس مات و نیمه براق، استفاده میشوند.
ضدکفهای پلیسیلوکسان کشش سطحی پایینی دارند، قابلیت ضدکف و ضدکف قوی هستند و بر براقیت تأثیری ندارند، اما در صورت استفاده نادرست، باعث ایجاد عیوبی مانند انقباض فیلم پوشش و قابلیت پوشش مجدد ضعیف میشوند.
ضدکفهای رنگ پایه آب سنتی برای رسیدن به هدف ضدکف با فاز آب سازگار نیستند، بنابراین ایجاد نقصهای سطحی در فیلم پوشش به راحتی امکانپذیر است.
در سالهای اخیر، ضدکفهای سطح مولکولی توسعه یافتهاند.
این عامل ضد کف، پلیمری است که با پیوند مستقیم مواد فعال ضد کف روی ماده حامل تشکیل میشود. زنجیره مولکولی پلیمر دارای یک گروه هیدروکسیل مرطوب کننده است، ماده فعال ضد کف در اطراف مولکول توزیع شده است، ماده فعال به راحتی جمع نمیشود و سازگاری خوبی با سیستم پوشش دارد. چنین ضد کفهای سطح مولکولی شامل روغنهای معدنی - سری FoamStar A10، حاوی سیلیکون - سری FoamStar A30 و پلیمرهای غیر سیلیکونی و غیر روغنی - سری FoamStar MF هستند.
همچنین گزارش شده است که این ضدکف در سطح مولکولی از پلیمرهای ستارهای پیوندی فوقالعاده به عنوان سورفکتانتهای ناسازگار استفاده میکند و در کاربردهای پوشش پایه آب به نتایج خوبی دست یافته است. ضدکف درجه مولکولی Air Products که توسط استوت و همکارانش گزارش شده است، یک عامل کنترل کف بر پایه استیلن گلیکول و ضدکف با هر دو خاصیت ترشوندگی است، مانند Surfynol MD 20 و Surfynol DF 37.
علاوه بر این، به منظور پاسخگویی به نیازهای تولید پوششهای بدون VOC، ضدکفهای بدون VOC نیز وجود دارند، مانند Agitan 315، Agitan E 255 و غیره.
۳- غلیظکنندهها:
انواع مختلفی از غلیظکنندهها وجود دارد که در حال حاضر معمولاً مورد استفاده قرار میگیرند: غلیظکنندههای اتر سلولز و مشتقات آن، غلیظکنندههای متورمشونده با قلیا (HASE) و غلیظکنندههای پلییورتان (HEUR).
۳.۱ اتر سلولز و مشتقات آن
هیدروکسی اتیل سلولز (HEC) برای اولین بار در سال ۱۹۳۲ توسط شرکت Union Carbide به صورت صنعتی تولید شد و سابقهای بیش از ۷۰ سال دارد. در حال حاضر، غلیظکنندههای سلولز اتر و مشتقات آن عمدتاً شامل هیدروکسی اتیل سلولز (HEC)، متیل هیدروکسی اتیل سلولز (MHEC)، اتیل هیدروکسی اتیل سلولز (EHEC)، متیل هیدروکسی پروپیل سلولز پایه (MHPC)، متیل سلولز (MC) و صمغ زانتان و غیره هستند. اینها غلیظکنندههای غیر یونی هستند و همچنین به غلیظکنندههای فاز آبی غیر مرتبط تعلق دارند. در میان آنها، HEC رایجترین مورد استفاده در رنگ لاتکس است.
سلولز اصلاحشده با آبگریزی (HMHEC) مقدار کمی از گروههای آلکیل آبگریز با زنجیره بلند را روی اسکلت آبدوست سلولز قرار میدهد تا به یک غلیظکننده تجمعی تبدیل شود، مانند Natrosol Plus Grade 330, 331, Cellosize SG-100, Bermocoll EHM-100. اثر غلیظکنندگی آن با غلیظکنندههای اتر سلولزی با وزن مولکولی بسیار بزرگتر قابل مقایسه است. این ماده ویسکوزیته و ترازبندی ICI را بهبود میبخشد و کشش سطحی را کاهش میدهد، مانند کشش سطحی HEC حدود 67mN/m و کشش سطحی HMHEC 55-65mN/m است.
۳.۲ غلیظکننده متورمشونده با قلیا
غلیظکنندههای متورمشونده با قلیا به دو دسته تقسیم میشوند: غلیظکنندههای متورمشونده با قلیا غیر تجمعی (ASE) و غلیظکنندههای متورمشونده با قلیا تجمعی (HASE) که غلیظکنندههای آنیونی هستند. ASE غیر تجمعی یک امولسیون متورمشونده با قلیا پلیاکریلات است. HASE تجمعی یک امولسیون متورمشونده با قلیا پلیاکریلات اصلاحشده با آبگریز است.
۳.۳ غلیظکننده پلییورتان و غلیظکننده غیرپلییورتان اصلاحشده با آبگریز
غلیظکننده پلییورتان، که به اختصار HEUR نامیده میشود، یک پلیمر محلول در آب پلییورتان اتوکسیله شده با گروه آبگریز است که به غلیظکنندههای غیر یونی وابسته است. HEUR از سه بخش تشکیل شده است: گروه آبگریز، زنجیره آبدوست و گروه پلییورتان. گروه آبگریز نقش تجمعی را ایفا میکند و عامل تعیینکننده برای غلیظسازی است که معمولاً اولئیل، اکتادسیل، دودسیل فنیل، نونیل فنل و غیره است. زنجیره آبدوست میتواند پایداری شیمیایی و پایداری ویسکوزیته را فراهم کند که معمولاً پلیاترها مانند پلیاکسیاتیلن و مشتقات آن استفاده میشوند. زنجیره مولکولی HEUR توسط گروههای پلییورتان مانند IPDI، TDI و HMDI گسترش مییابد. ویژگی ساختاری غلیظکنندههای تجمعی این است که توسط گروههای آبگریز خاتمه مییابند. با این حال، درجه جایگزینی گروههای آبگریز در هر دو انتهای برخی از HEURهای تجاری موجود کمتر از 0.9 است و بهترین حالت فقط 1.7 است. شرایط واکنش باید به شدت کنترل شود تا غلیظکننده پلییورتان با توزیع وزن مولکولی باریک و عملکرد پایدار به دست آید. بیشتر HEURها با پلیمریزاسیون مرحلهای سنتز میشوند، بنابراین HEURهای موجود در بازار عموماً مخلوطی از وزنهای مولکولی گسترده هستند.
ریچی و همکارانش از غلظتدهندهی تجمعی پیرن ردیاب فلورسنت (PAT، وزن مولکولی متوسط عددی 30000، وزن مولکولی متوسط وزنی 60000) استفاده کردند و دریافتند که در غلظت 0.02٪ (وزنی)، درجه تجمع میسلهای Acrysol RM-825 و PAT حدود 6 بود. انرژی تجمعی بین غلظتدهنده و سطح ذرات لاتکس حدود 25 کیلوژول بر مول است؛ مساحت اشغال شده توسط هر مولکول غلظتدهنده PAT روی سطح ذرات لاتکس حدود 13 نانومتر مربع است که تقریباً 14 برابر مساحت اشغال شده توسط عامل مرطوبکنندهی Triton X-405 یعنی 0.9 نانومتر مربع است. غلظتدهندهی پلییورتان تجمعی مانند RM-2020NPR، DSX 1550 و غیره.
توسعهی غلظتدهندههای پلییورتان تجمعی سازگار با محیط زیست توجه گستردهای را به خود جلب کرده است. به عنوان مثال، BYK-425 یک غلظتدهندهی پلییورتان اصلاحشده با اوره بدون VOC و APEO است. Rheolate 210، Borchi Gel 0434، Tego ViscoPlus 3010، 3030 و 3060 یک غلظتدهندهی پلییورتان تجمعی بدون VOC و APEO هستند.
علاوه بر غلیظکنندههای پلییورتان تجمعی خطی که در بالا توضیح داده شد، غلیظکنندههای پلییورتان تجمعی شانهای نیز وجود دارند. غلیظکننده پلییورتان تجمعی شانهای به این معنی است که یک گروه آبگریز آویز در وسط هر مولکول غلیظکننده وجود دارد. غلیظکنندههایی مانند SCT-200 و SCT-275 و غیره.
غلیظکننده آمینوپلاست اصلاحشده با آبگریز (غلیظکننده آمینوپلاست اتوکسیلهشده با آبگریز اصلاحشده—HEAT) رزین آمینوی ویژه را به چهار گروه آبگریز پوششدار تبدیل میکند، اما واکنشپذیری این چهار محل واکنش متفاوت است. در افزودن عادی گروههای آبگریز، تنها دو گروه آبگریز مسدود شده وجود دارد، بنابراین غلیظکننده آمینوی اصلاحشده با آبگریز مصنوعی تفاوت چندانی با HEUR مانند Optiflo H 500 ندارد. اگر گروههای آبگریز بیشتری اضافه شوند، مثلاً تا 8٪، میتوان شرایط واکنش را طوری تنظیم کرد که غلیظکنندههای آمینو با چندین گروه آبگریز مسدود شده تولید شوند. البته، این غلیظکننده شانهای نیز هست. این غلیظکننده آمینوی اصلاحشده با آبگریز میتواند از افت ویسکوزیته رنگ به دلیل افزودن مقدار زیادی سورفکتانت و حلالهای گلیکول هنگام تطبیق رنگ جلوگیری کند. دلیل این امر این است که گروههای آبگریز قوی میتوانند از واجذب جلوگیری کنند و چندین گروه آبگریز ارتباط قوی دارند. غلیظکنندههایی مانند Optiflo TVS.
غلظتدهنده پلیاتر اصلاحشده با آبگریز (HMPE) عملکرد غلظتدهنده پلیاتر اصلاحشده با آبگریز مشابه HEUR است و محصولات آن شامل Aquaflow NLS200، NLS210 و NHS300 از شرکت Hercules میشود.
مکانیسم غلیظسازی آن، تأثیر پیوند هیدروژنی و تجمع گروههای انتهایی است. در مقایسه با غلیظکنندههای رایج، خواص ضد تهنشینی و ضد شره بهتری دارد. با توجه به قطبیتهای مختلف گروههای انتهایی، غلیظکنندههای پلیاوره اصلاحشده را میتوان به سه نوع تقسیم کرد: غلیظکنندههای پلیاوره با قطبیت کم، غلیظکنندههای پلیاوره با قطبیت متوسط و غلیظکنندههای پلیاوره با قطبیت بالا. دو نوع اول برای غلیظسازی پوششهای پایه حلال استفاده میشوند، در حالی که غلیظکنندههای پلیاوره با قطبیت بالا را میتوان هم برای پوششهای پایه حلال با قطبیت بالا و هم برای پوششهای پایه آب استفاده کرد. محصولات تجاری غلیظکنندههای پلیاوره با قطبیت کم، قطبیت متوسط و قطبیت بالا به ترتیب BYK-411، BYK-410 و BYK-420 هستند.
دوغاب موم پلی آمید اصلاح شده یک افزودنی رئولوژیکی است که با معرفی گروههای آبدوست مانند PEG به زنجیره مولکولی موم آمید سنتز میشود. در حال حاضر، برخی از مارکها وارداتی هستند و عمدتاً برای تنظیم تیکسوتروپی سیستم و بهبود عملکرد ضد تیکسوتروپی و ضد افتادگی استفاده میشوند.
زمان ارسال: ۲۲ نوامبر ۲۰۲۲