Yhteenveto:
1. Kostutus- ja dispergointiaine
2. Vaahdonestoaine
3. Sakeuttamisaine
4. Kalvonmuodostavat lisäaineet
5. Korroosionesto-, homeenesto- ja levänestoaine
6. Muut lisäaineet
1 Kostutus- ja dispergointiaine:
Vesipohjaisissa pinnoitteissa käytetään vettä liuottimena tai dispersioväliaineena, ja vedellä on suuri dielektrisyysvakio, joten vesipohjaisia pinnoitteita stabiloi pääasiassa sähköstaattinen hylkiminen, kun sähköinen kaksoiskerros on päällekkäin. Lisäksi vesipohjaisessa pinnoitejärjestelmässä on usein polymeerejä ja ionittomia pinta-aktiivisia aineita, jotka adsorboituvat pigmenttitäyteaineen pintaan muodostaen steerisen esteen ja stabiloiden dispersiota. Siksi vesipohjaiset maalit ja emulsiot saavuttavat stabiileja tuloksia sähköstaattisen hylkimisen ja steerisen esteen yhteisvaikutuksen ansiosta. Sen haittapuolena on heikko elektrolyyttien kestävyys, erityisesti kalliiden elektrolyyttien tapauksessa.
1.1 Kostutusaine
Vesiohenteisten pinnoitteiden kostutusaineet jaetaan anionisiin ja ionittomiin.
Kostutusaineen ja dispergointiaineen yhdistelmällä voidaan saavuttaa ihanteelliset tulokset. Kostutusaineen määrä on yleensä muutama tuhannesosa. Sen negatiivinen vaikutus on vaahtoaminen ja pinnoitekalvon vedenkestävyyden heikkeneminen.
Yksi kostutusaineiden kehitystrendeistä on polyoksietyleenialkyyli(bentseeni)fenolieetteri(APEO tai APE) -kostutusaineiden asteittainen korvaaminen, koska se johtaa mieshormonien vähenemiseen rotilla ja häiritsee hormonitoimintaa. Polyoksietyleenialkyyli(bentseeni)fenolieettereitä käytetään laajalti emulgointiaineina emulsiopolymeroinnin aikana.
Kaksoispinta-aktiiviset aineet ovat myös uutta kehitystä. Ne koostuvat kahdesta amfifiilisestä molekyylistä, jotka on yhdistetty välikappaleella. Kaksoissolupinta-aktiivisten aineiden merkittävin ominaisuus on, että kriittinen misellipitoisuus (CMC) on yli kertaluokkaa pienempi kuin niiden "yksisoluisilla" pinta-aktiivisilla aineilla, minkä jälkeen niillä on korkea tehokkuus. Kuten TEGO Twin 4000, se on kaksoissoluinen siloksaanipinta-aktiivinen aine, jolla on epästabiilit vaahto- ja vaahdonesto-ominaisuudet.
Air Products on kehittänyt Gemini-tenssidejä. Perinteisillä tenssidillä on hydrofobinen häntä ja hydrofiilinen pää, mutta tässä uudessa tensidissä on kaksi hydrofiilistä ryhmää ja kaksi tai kolme hydrofobista ryhmää. Tämä monitoiminen tenssidi tunnetaan asetyleeniglykoleina, kuten EnviroGem AD01.
1.2 Dispergointiaine
Lateksimaalin dispergointiaineet jaetaan neljään luokkaan: fosfaattidispergointiaineet, polyhappohomopolymeeridispergointiaineet, polyhappokopolymeeridispergointiaineet ja muut dispergointiaineet.
Yleisimmin käytettyjä fosfaattidispergointiaineita ovat polyfosfaatit, kuten natriumheksametafosfaatti, natriumpolyfosfaatti (Calgon N, BK Giulini Chemical Companyn tuote Saksassa), kaliumtripolyfosfaatti (KTPP) ja tetrakaliumpyrofosfaatti (TKPP). Sen vaikutusmekanismi on stabiloida sähköstaattinen hylkiminen vetysidosten ja kemiallisen adsorption avulla. Sen etuna on, että annostus on pieni, noin 0,1 %, ja sillä on hyvä dispergointivaikutus epäorgaanisiin pigmentteihin ja täyteaineisiin. Mutta sillä on myös puutteita: ensinnäkin pH-arvon ja lämpötilan nousun myötä polyfosfaatti hydrolysoituu helposti, mikä heikentää pitkäaikaista varastointikestävyyttä; epätäydellinen liukeneminen väliaineeseen vaikuttaa kiiltävän lateksimaalin kiiltoon.
Fosfaattiesteridispergointiaineet ovat monoestereiden, diestereiden, jäännösalkoholien ja fosforihapon seoksia.
Fosfaattiesteridispersioaineet stabiloivat pigmenttidispersioita, mukaan lukien reaktiiviset pigmentit, kuten sinkkioksidi. Kiiltomaaleissa ne parantavat kiiltoa ja puhdistettavuutta. Toisin kuin muut kostutus- ja dispergointilisäaineet, fosfaattiesteridispersioaineiden lisääminen ei vaikuta pinnoitteen KU- ja ICI-viskositeettiin.
Polyhappohomopolymeeridispergointiaineet, kuten Tamol 1254 ja Tamol 850, Tamol 850 on metakryylihapon homopolymeeri. Polyhappokopolymeeridispergointiaineet, kuten Orotan 731A, ovat di-isobutyleenin ja maleiinihapon kopolymeeri. Näiden kahden dispergointiainetyypin ominaisuuksiin kuuluu voimakas adsorptio tai kiinnittyminen pigmenttien ja täyteaineiden pintaan, pidemmät molekyyliketjut steerisen esteen muodostamiseksi ja vesiliukoisuus ketjun päissä. Joissakin dispergointiaineissa on lisäksi sähköstaattinen hylkimiskyky stabiilien tulosten saavuttamiseksi. Jotta dispergointiaineella olisi hyvä dispergoituvuus, molekyylipainoa on valvottava tarkasti. Jos molekyylipaino on liian pieni, steerinen este on riittämätön; jos molekyylipaino on liian suuri, tapahtuu flokkulaatiota. Polyakrylaattidispergointiaineilla paras dispersiovaikutus saavutetaan, jos polymeroitumisaste on 12–18.
Muuntyyppisten dispergointiaineiden, kuten AMP-95:n, kemiallinen nimi on 2-amino-2-metyyli-1-propanoli. Aminoryhmä adsorboituu epäorgaanisten hiukkasten pintaan ja hydroksyyliryhmä ulottuu veteen, jolla on steerisen esteen kautta stabiloiva rooli. Pienen kokonsa vuoksi steerinen este on rajallinen. AMP-95 on pääasiassa pH-säätelijä.
Viime vuosina dispergointiaineiden tutkimus on ratkaissut suuren molekyylipainon aiheuttaman flokkulaatio-ongelman, ja suuren molekyylipainon kehittäminen on yksi trendeistä. Esimerkiksi emulsiopolymeroinnilla tuotettu suuren molekyylipainon dispergointiaine EFKA-4580 on kehitetty erityisesti vesipohjaisille teollisuuspinnoitteille, ja se soveltuu orgaanisten ja epäorgaanisten pigmenttien dispersioon ja sillä on hyvä vedenkestävyys.
Aminoryhmillä on hyvä affiniteetti moniin pigmentteihin happo-emäs- tai vetysidosten kautta. Huomiota on kiinnitetty lohkokopolymeeridispergointiaineeseen, jossa aminoakryylihappo toimii ankkurointiryhmänä.
Dispergointiaine, jossa on dimetyyliaminoetyylimetakrylaattia ankkurointiryhmänä
Tego Dispers 655 -kostutus- ja dispergointilisäainetta käytetään vesiohenteisissa automaaleissa paitsi pigmenttien suuntaamiseen myös estämään alumiinijauheen reagointi veden kanssa.
Ympäristösyistä on kehitetty biohajoavia kostutus- ja dispergointiaineita, kuten EnviroGem AE -sarjan kaksisoluisia kostutus- ja dispergointiaineita, jotka ovat vähän vaahtoavia kostutus- ja dispergointiaineita.
2 vaahdonestoainetta:
On olemassa monenlaisia perinteisiä vesipohjaisia maalien vaahdonestoaineita, jotka jaetaan yleensä kolmeen luokkaan: mineraaliöljypohjaiset vaahdonestoaineet, polysiloksaanipohjaiset vaahdonestoaineet ja muut vaahdonestoaineet.
Mineraaliöljypohjaisia vaahdonestoaineita käytetään yleisesti, pääasiassa himmeissä ja puolikiiltävissä lateksimaaleissa.
Polysiloksaanipohjaisilla vaahdonestoaineilla on alhainen pintajännitys, voimakkaat vaahdonesto- ja vaahdonesto-ominaisuudet, eivätkä ne vaikuta kiiltoon, mutta väärin käytettynä ne aiheuttavat vikoja, kuten pinnoitekalvon kutistumista ja huonoa uudelleenpinnoitusta.
Perinteiset vesipohjaiset vaahdonestoaineet eivät sovi yhteen vesifaasin kanssa vaahdonestotoimenpiteen saavuttamiseksi, joten pinnoitekalvoon on helppo aiheuttaa pintavaurioita.
Viime vuosina on kehitetty molekyylitason vaahdonestoaineita.
Tämä vaahdonestoaine on polymeeri, joka muodostetaan liittämällä vaahdonestoaineita suoraan kantaja-aineeseen. Polymeerin molekyyliketjussa on kostutushydroksyyliryhmä, vaahdonestoaine on jakautunut molekyylin ympärille, aktiivinen aine ei keräänny helposti ja yhteensopivuus pinnoitejärjestelmän kanssa on hyvä. Tällaisia molekyylitason vaahdonestoaineita ovat mineraaliöljyt – FoamStar A10 -sarja, piitä sisältävät – FoamStar A30 -sarja ja piitä ja öljyä sisältävät polymeerit – FoamStar MF -sarja.
On myös raportoitu, että tämä molekyylitason vaahdonestoaine käyttää superoksastettuja tähtipolymeerejä yhteensopimattomina pinta-aktiivisina aineina ja on saavuttanut hyviä tuloksia vesipohjaisissa pinnoitteissa. Stoutin ym. raportoima Air Productsin molekyylitason vaahdonestoaine on asetyleeniglykolipohjainen vaahdonestoaine ja vaahdonestoaine, jolla on sekä kostutusominaisuuksia, kuten Surfynol MD 20 ja Surfynol DF 37.
Lisäksi nolla-VOC-pinnoitteiden valmistuksen tarpeisiin on saatavilla myös VOC-vapaita vaahdonestoaineita, kuten Agitan 315, Agitan E 255 jne.
3 Sakeuttamisaineet:
Sakeuttamisaineita on monenlaisia, tällä hetkellä yleisesti käytettyjä ovat selluloosaeetteri ja sen johdannaissakeuttamisaineet, assosiatiiviset alkaliturpoavat sakeuttamisaineet (HASE) ja polyuretaanisakeuttamisaineet (HEUR).
3.1. Selluloosaeetteri ja sen johdannaiset
Hydroksietyyliselluloosaa (HEC) valmisti teollisesti ensimmäisen kerran Union Carbide Company vuonna 1932, ja sillä on yli 70 vuoden historia. Tällä hetkellä selluloosaeetterin ja sen johdannaisten sakeuttamisaineisiin kuuluvat pääasiassa hydroksietyyliselluloosa (HEC), metyylihydroksietyyliselluloosa (MHEC), etyylihydroksietyyliselluloosa (EHEC), metyylihydroksipropyyliselluloosa (MHPC), metyyliselluloosa (MC) ja ksantaanikumi. Nämä ovat ionittomia sakeuttamisaineita ja kuuluvat myös ei-ionisiin vesifaasisakeuttamisaineisiin. Näistä HEC on yleisimmin käytetty lateksimaaleissa.
Hydrofobisesti modifioitu selluloosa (HMHEC) lisää pienen määrän pitkäketjuisia hydrofobisia alkyyliryhmiä selluloosan hydrofiiliseen runkoon ja toimii assosiatiivisena sakeuttamisaineena, kuten Natrosol Plus Grade 330, 331, Cellosize SG-100 ja Bermocoll EHM-100. Sen sakeuttamisvaikutus on verrattavissa paljon suuremman molekyylipainon omaavien selluloosaeetterisakeuttamisaineiden vaikutukseen. Se parantaa ICI:n viskositeettia ja tasoittumista sekä vähentää pintajännitystä, jolloin HEC:n pintajännitys on noin 67 mN/m ja HMHEC:n pintajännitys 55–65 mN/m.
3.2 Emäksellä turpoava sakeuttamisaine
Emäksen vaikutuksesta turpoavat sakeuttamisaineet jaetaan kahteen luokkaan: ei-assosiatiiviset alkalin vaikutuksesta turpoavat sakeuttamisaineet (ASE) ja assosiatiiviset alkalin vaikutuksesta turpoavat sakeuttamisaineet (HASE), jotka ovat anionisia sakeuttamisaineita. Ei-assosioitunut ASE on polyakrylaatti-alkalin vaikutuksesta turpoava emulsio. Assosiatiivinen HASE on hydrofobisesti modifioitu polyakrylaatti-alkalin vaikutuksesta turpoava emulsio.
3.3. Polyuretaanisakeuttamisaine ja hydrofobisesti muunneltu ei-polyuretaanisakeuttamisaine
Polyuretaanisakeuttamisaine, jota kutsutaan nimellä HEUR, on hydrofobinen ryhmämodifioitu etoksyloitu polyuretaanivesiliukoinen polymeeri, joka kuuluu ionittomiin assosiatiivisiin sakeuttamisaineisiin. HEUR koostuu kolmesta osasta: hydrofobisesta ryhmästä, hydrofiilisestä ketjusta ja polyuretaaniryhmästä. Hydrofobisella ryhmällä on assosiaatiorooli ja se on ratkaiseva tekijä sakeuttamisessa, yleensä oleyyli, oktadekyyli, dodekyylifenyyli, nonyylifenoli jne. Hydrofiilinen ketju voi tarjota kemiallista stabiilisuutta ja viskositeetin vakautta, yleisesti käytettyjä ovat polyeetterit, kuten polyoksietyleeni ja sen johdannaiset. HEUR:n molekyyliketjua pidentävät polyuretaaniryhmät, kuten IPDI, TDI ja HMDI. Assosiatiivisten sakeuttamisaineiden rakenteellinen piirre on, että ne päättyvät hydrofobisiin ryhmiin. Joidenkin kaupallisesti saatavilla olevien HEUR:ien hydrofobisten ryhmien substituutioaste molemmissa päissä on kuitenkin alle 0,9, ja paras on vain 1,7. Reaktio-olosuhteita on valvottava tarkasti, jotta saadaan polyuretaanisakeuttamisaine, jolla on kapea molekyylipainojakauma ja vakaa suorituskyky. Useimmat HEUR:it syntetisoidaan vaiheittaisella polymeroinnilla, joten kaupallisesti saatavilla olevat HEUR:it ovat yleensä leveiden molekyylipainojen seoksia.
Richey ym. käyttivät fluoresoivaa merkkiainetta, pyreeni-assosiaatiosakeuttamisainetta (PAT, lukukeskimääräinen molekyylipaino 30000, painokeskimääräinen molekyylipaino 60000), ja havaitsivat, että 0,02 painoprosentin pitoisuudella Acrysol RM-825:n ja PAT:n misellien aggregaatioaste oli noin 6. Sakeuttamisaineen ja lateksihiukkasten pinnan välinen assosiaatioenergia on noin 25 kJ/mol; kunkin PAT-sakeuttamisainemolekyylin viemä pinta-ala lateksihiukkasten pinnalla on noin 13 nm2, mikä on noin 14 kertaa Triton X-405 -kostutusaineen viemä pinta-ala verrattuna 0,9 nm2:n pinta-alaan. Assosiatiiviset polyuretaanisakeuttamisaineet, kuten RM-2020NPR, DSX 1550 jne.
Ympäristöystävällisten assosiatiivisten polyuretaanisakeuttamisaineiden kehitys on saanut laajaa huomiota. Esimerkiksi BYK-425 on VOC- ja APEO-vapaa ureamodifioitu polyuretaanisakeuttamisaine. Rheolate 210, Borchi Gel 0434, Tego ViscoPlus 3010, 3030 ja 3060 ovat assosiatiivisia polyuretaanisakeuttamisaineita, jotka eivät sisällä VOC- eikä APEO-yhdisteitä.
Edellä kuvattujen lineaaristen assosiatiivisten polyuretaanisakeuttamisaineiden lisäksi on olemassa myös kampamaisia assosiatiivisia polyuretaanisakeuttamisaineita. Niin kutsuttu kampa-assosiaatiopolyuretaanisakeuttamisaine tarkoittaa, että jokaisen sakeuttamisainemolekyylin keskellä on riippuva hydrofobinen ryhmä. Tällaisia sakeuttamisaineita ovat esimerkiksi SCT-200 ja SCT-275.
Hydrofobisesti modifioitu aminoplastisakeuttamisaine (hydrofobisesti modifioitu etoksyloitu aminoplastisakeuttamisaine – HEAT) muuttaa erityisen aminohartsin neljäksi suljetuksi hydrofobiseksi ryhmäksi, mutta näiden neljän reaktiokohdan reaktiivisuus on erilainen. Normaalissa hydrofobisten ryhmien lisäyksessä on vain kaksi estettyä hydrofobista ryhmää, joten synteettinen hydrofobisesti modifioitu aminosakeuttamisaine ei ole juurikaan erilainen kuin HEUR, kuten Optiflo H 500. Jos lisätään enemmän hydrofobisia ryhmiä, kuten jopa 8 %, reaktio-olosuhteita voidaan säätää tuottamaan aminosakeuttamisaineita, joissa on useita estettyjä hydrofobisia ryhmiä. Tietenkin tämä on myös kampasakeuttamisaine. Tämä hydrofobisesti modifioitu aminosakeuttamisaine voi estää maalin viskositeetin laskun, joka johtuu suuren määrän pinta-aktiivisten aineiden ja glykoliliuottimien lisäämisestä värinsovitusta lisättäessä. Syynä on se, että vahvat hydrofobiset ryhmät voivat estää desorptiota, ja useilla hydrofobisilla ryhmillä on vahva yhteys. Tällaisia sakeuttamisaineita on esimerkiksi Optiflo TVS.
Hydrofobinen modifioitu polyeetterissäkeyttäjä (HMPE) Hydrofobisesti modifioidun polyeetterissäkeyttäjän ominaisuudet ovat samankaltaisia kuin HEUR:n, ja tuotteita ovat Herculesin Aquaflow NLS200, NLS210 ja NHS300.
Sen sakeuttamismekanismi perustuu sekä vetysidosten että pääteryhmien yhdistymisen vaikutukseen. Tavallisiin sakeuttamisaineisiin verrattuna sillä on paremmat laskeutumisen ja valumisen estot. Pääteryhmien eri polaarisuuksien mukaan modifioidut polyureasakeuttamisaineet voidaan jakaa kolmeen tyyppiin: matalapolaariset polyureasakeuttamisaineet, keskipolaariset polyureasakeuttamisaineet ja korkeapolaariset polyureasakeuttamisaineet. Kahta ensimmäistä käytetään liuotinpohjaisten pinnoitteiden sakeuttamiseen, kun taas korkeapolaarisia polyureasakeuttamisaineita voidaan käyttää sekä korkeapolaarisissa liuotinpohjaisissa että vesipohjaisissa pinnoitteissa. Kaupallisia matalapolaarisia, keskipolaarisia ja korkeapolaarisia polyureasakeuttamisaineita ovat BYK-411, BYK-410 ja BYK-420.
Modifioitu polyamidivahaliete on reologinen lisäaine, joka syntetisoidaan lisäämällä hydrofiilisiä ryhmiä, kuten PEG:tä, amidivahan molekyyliketjuun. Tällä hetkellä joitakin tuotemerkkejä tuodaan maahan, ja niitä käytetään pääasiassa järjestelmän tiksotropian säätämiseen ja tiksotropian eston parantamiseen.
Julkaisun aika: 22.11.2022