Résumé:
1. Agent mouillant et dispersant
2. Antimousse
3. Épaississant
4. Additifs filmogènes
5. Agent anticorrosion, antimildiou et anti-algues
6. Autres additifs
1 Agent mouillant et dispersant :
Les revêtements à base d'eau utilisent l'eau comme solvant ou milieu de dispersion. L'eau possédant une constante diélectrique élevée, ces revêtements sont principalement stabilisés par la répulsion électrostatique lors du chevauchement des doubles couches électriques. De plus, les systèmes de revêtement à base d'eau contiennent souvent des polymères et des tensioactifs non ioniques qui s'adsorbent à la surface des charges pigmentaires, créant un encombrement stérique et stabilisant ainsi la dispersion. Par conséquent, les peintures et émulsions à base d'eau offrent une grande stabilité grâce à l'action combinée de la répulsion électrostatique et de l'encombrement stérique. Leur principal inconvénient réside dans leur faible résistance aux électrolytes, notamment aux électrolytes onéreux.
1.1 Agent mouillant
Les agents mouillants pour revêtements à base d'eau sont divisés en anioniques et non ioniques.
L'association d'un agent mouillant et d'un agent dispersant permet d'obtenir des résultats optimaux. La quantité d'agent mouillant est généralement de quelques pour cent. Son principal inconvénient est la formation de mousse et la réduction de la résistance à l'eau du film de revêtement.
L'une des tendances actuelles en matière d'agents mouillants consiste à remplacer progressivement les agents mouillants de type éther alkylique de polyoxyéthylène (benzène) (APEO ou APE), car ces derniers entraînent une diminution des hormones mâles chez le rat et perturbent le système endocrinien. Les éthers alkyliques de polyoxyéthylène (benzène) sont largement utilisés comme émulsifiants lors de la polymérisation en émulsion.
Les tensioactifs à double cellule représentent également une avancée récente. Il s'agit de deux molécules amphiphiles liées par un espaceur. Leur caractéristique la plus remarquable est leur concentration micellaire critique (CMC), plus d'un ordre de grandeur inférieure à celle des tensioactifs monocellulaires, associée à une efficacité élevée. Le TEGO Twin 4000, par exemple, est un tensioactif siloxane à double cellule, doté de propriétés antimousse et anti-mousse instables.
Air Products a développé des tensioactifs Gemini. Les tensioactifs traditionnels possèdent une queue hydrophobe et une tête hydrophile, mais ce nouveau tensioactif possède deux groupes hydrophiles et deux ou trois groupes hydrophobes, ce qui en fait un tensioactif multifonctionnel, connu sous le nom d'acétylène glycols, et présent dans des produits tels que EnviroGem AD01.
1.2 Dispersant
Les dispersants pour peinture au latex sont divisés en quatre catégories : les dispersants à base de phosphate, les dispersants homopolymères polyacides, les dispersants copolymères polyacides et les autres dispersants.
Les dispersants phosphatés les plus couramment utilisés sont les polyphosphates, tels que l'hexamétaphosphate de sodium, le polyphosphate de sodium (Calgon N, produit par la société allemande BK Giulini Chemical Company), le tripolyphosphate de potassium (KTPP) et le pyrophosphate de tétrapotassium (TKPP). Leur mécanisme d'action repose sur la stabilisation des répulsions électrostatiques par liaisons hydrogène et adsorption chimique. Leur principal avantage réside dans leur faible dosage (environ 0,1 %) et leur bon pouvoir dispersant sur les pigments et charges inorganiques. Ils présentent toutefois des inconvénients : d'une part, l'hydrolyse des polyphosphates est rapide avec l'augmentation du pH et de la température, ce qui nuit à leur stabilité lors d'un stockage prolongé ; d'autre part, une dissolution incomplète dans le milieu peut altérer la brillance des peintures latex brillantes.
Les dispersants à base d'esters de phosphate sont des mélanges de monoesters, de diesters, d'alcools résiduels et d'acide phosphorique.
Les dispersants à base d'esters de phosphate stabilisent les dispersions de pigments, notamment les pigments réactifs comme l'oxyde de zinc. Dans les peintures brillantes, ils améliorent la brillance et la facilité de nettoyage. Contrairement à d'autres agents mouillants et dispersants, l'ajout de dispersants à base d'esters de phosphate n'affecte pas la viscosité KU et ICI du revêtement.
Les dispersants homopolymères polyacides, tels que le Tamol 1254 et le Tamol 850 (ce dernier étant un homopolymère d'acide méthacrylique), et les dispersants copolymères polyacides, tels que l'Orotan 731A (copolymère de diisobutylène et d'acide maléique), se caractérisent par une forte adsorption ou un ancrage à la surface des pigments et des charges. Leurs longues chaînes moléculaires créent un encombrement stérique important, et leurs extrémités de chaîne sont solubles dans l'eau. Certains bénéficient également d'une répulsion électrostatique pour une meilleure stabilité. Pour une bonne dispersibilité, la masse moléculaire doit être rigoureusement contrôlée : trop faible, elle induit un encombrement stérique insuffisant ; trop élevée, elle provoque une floculation. Pour les dispersants polyacrylates, un degré de polymérisation de 12 à 18 offre une dispersion optimale.
D'autres types de dispersants, comme l'AMP-95, ont pour nom chimique le 2-amino-2-méthyl-1-propanol. Le groupe amino est adsorbé à la surface des particules inorganiques, et le groupe hydroxyle se déplace vers l'eau, ce qui assure la stabilisation par encombrement stérique. Du fait de sa petite taille, cet encombrement stérique est limité. L'AMP-95 agit principalement comme régulateur de pH.
Ces dernières années, la recherche sur les dispersants a permis de surmonter le problème de floculation lié à leur masse moléculaire élevée, et le développement de ces dispersants constitue une tendance majeure. Par exemple, le dispersant EFKA-4580, produit par polymérisation en émulsion, est spécialement conçu pour les revêtements industriels à base d'eau ; il convient à la dispersion de pigments organiques et inorganiques et présente une bonne résistance à l'eau.
Les groupements amino présentent une forte affinité pour de nombreux pigments grâce à des interactions acide-base ou des liaisons hydrogène. Les dispersants à base de copolymères séquencés utilisant l'acide aminoacrylique comme groupe d'ancrage ont fait l'objet d'une attention particulière.
Dispersant avec du méthacrylate de diméthylaminoéthyle comme groupe d'ancrage
L'additif mouillant et dispersant Tego Dispers 655 est utilisé dans les peintures automobiles à base d'eau non seulement pour orienter les pigments mais aussi pour empêcher la poudre d'aluminium de réagir avec l'eau.
En raison des préoccupations environnementales, des agents mouillants et dispersants biodégradables ont été développés, tels que les agents mouillants et dispersants à double cellule de la série EnviroGem AE, qui sont des agents mouillants et dispersants à faible mousse.
2 antimousses :
Il existe de nombreux types d'antimousses traditionnels pour peintures à base d'eau, que l'on divise généralement en trois catégories : les antimousses à base d'huile minérale, les antimousses à base de polysiloxane et les autres antimousses.
Les antimousses à base d'huile minérale sont couramment utilisés, principalement dans les peintures latex mates et semi-brillantes.
Les antimousses polysiloxanes ont une faible tension superficielle, de fortes propriétés antimousses et n'affectent pas la brillance, mais lorsqu'ils sont utilisés de manière inappropriée, ils provoquent des défauts tels que le rétrécissement du film de revêtement et une mauvaise capacité de recouvrement.
Les antimousses traditionnels pour peintures à base d'eau sont incompatibles avec la phase aqueuse pour atteindre leur objectif d'élimination de la mousse, ce qui facilite l'apparition de défauts de surface dans le film de revêtement.
Ces dernières années, des antimousses au niveau moléculaire ont été mis au point.
Cet agent antimousse est un polymère obtenu par greffage direct de substances actives antimousse sur un support. La chaîne moléculaire du polymère possède un groupe hydroxyle mouillant, la substance active antimousse est répartie autour de la molécule, ce qui limite son agrégation et assure une bonne compatibilité avec le système de revêtement. Parmi ces antimousses à l'échelle moléculaire, on trouve des huiles minérales (série FoamStar A10), des polymères à base de silicone (série FoamStar A30) et des polymères sans silicone ni huile (série FoamStar MF).
Il est également rapporté que cet antimousse de niveau moléculaire utilise des polymères en étoile super-greffés comme tensioactifs incompatibles et a donné de bons résultats dans les applications de revêtements à base d'eau. L'antimousse de qualité moléculaire d'Air Products décrit par Stout et al. est un agent antimousse et de contrôle de la mousse à base d'acétylène glycol, possédant à la fois des propriétés mouillantes, comme le Surfynol MD 20 et le Surfynol DF 37.
De plus, afin de répondre aux besoins de production de revêtements sans COV, il existe également des antimousses sans COV, tels que Agitan 315, Agitan E 255, etc.
3 épaississants :
Il existe de nombreux types d'épaississants, les plus couramment utilisés actuellement étant les épaississants à base d'éther de cellulose et ses dérivés, les épaississants associatifs gonflables aux alcalis (HASE) et les épaississants polyuréthanes (HEUR).
3.1. L'éther de cellulose et ses dérivés
L'hydroxyéthylcellulose (HEC) a été produite industriellement pour la première fois par la société Union Carbide en 1932 et son utilisation remonte à plus de 70 ans. Actuellement, les épaississants à base d'éther de cellulose et de ses dérivés comprennent principalement l'hydroxyéthylcellulose (HEC), la méthylhydroxyéthylcellulose (MHEC), l'éthylhydroxyéthylcellulose (EHEC), la méthylhydroxypropylcellulose (MHPC), la méthylcellulose (MC) et la gomme xanthane. Ce sont des épaississants non ioniques, appartenant à la catégorie des épaississants en phase aqueuse non associés. Parmi eux, l'HEC est le plus couramment utilisé dans les peintures latex.
La cellulose modifiée hydrophobiquement (HMHEC) introduit une petite quantité de groupes alkyles hydrophobes à longue chaîne sur le squelette hydrophile de la cellulose, ce qui lui confère un pouvoir épaississant associatif, comme dans les exemples Natrosol Plus Grade 330 et 331, Cellosize SG-100 et Bermocoll EHM-100. Son pouvoir épaississant est comparable à celui des éthers de cellulose de masse moléculaire bien supérieure. Elle améliore la viscosité et l'homogénéité des ICI et réduit leur tension superficielle ; par exemple, la tension superficielle de la HEC est d'environ 67 mN/m, tandis que celle de la HMHEC se situe entre 55 et 65 mN/m.
3.2 Épaississant gonflable aux alcalis
Les épaississants gonflables aux alcalis se divisent en deux catégories : les épaississants gonflables aux alcalis non associatifs (ASE) et les épaississants gonflables aux alcalis associatifs (HASE), qui sont des épaississants anioniques. Un ASE non associé est une émulsion de polyacrylate gonflable aux alcalis. Un HASE associatif est une émulsion de polyacrylate gonflable aux alcalis modifiée hydrophobiquement.
3.3. Épaississant polyuréthane et épaississant non polyuréthane modifié hydrophobiquement
L'épaississant polyuréthane, ou HEUR, est un polymère hydrosoluble de polyuréthane éthoxylé modifié par un groupe hydrophobe. Il appartient à la famille des épaississants associatifs non ioniques. L'HEUR est composé de trois parties : un groupe hydrophobe, une chaîne hydrophile et un groupe polyuréthane. Le groupe hydrophobe, généralement de type oléyle, octadécyle, dodécylphényle ou nonylphénol, assure l'association et détermine l'épaississement. La chaîne hydrophile confère stabilité chimique et viscosité ; on utilise couramment des polyéthers, comme le polyoxyéthylène et ses dérivés. La chaîne moléculaire de l'HEUR est allongée par des groupes polyuréthane, tels que l'IPDI, le TDI et l'HMDI. La caractéristique structurale des épaississants associatifs est leur terminaison par des groupes hydrophobes. Cependant, le degré de substitution de ces groupes hydrophobes aux extrémités de certains HEUR disponibles dans le commerce est inférieur à 0,9, et le meilleur atteint 1,7. Les conditions de réaction doivent être rigoureusement contrôlées afin d'obtenir un épaississant polyuréthane présentant une distribution des masses moléculaires étroite et des performances stables. La plupart des HEUR sont synthétisés par polymérisation par étapes, de sorte que les HEUR disponibles dans le commerce sont généralement des mélanges de masses moléculaires variées.
Richey et al. ont utilisé un épaississant associatif fluorescent à base de pyrène (PAT, masse moléculaire moyenne en nombre 30 000, masse moléculaire moyenne en poids 60 000) pour déterminer qu'à une concentration de 0,02 % (en poids), le degré d'agrégation micellaire de l'Acrysol RM-825 et du PAT était d'environ 6. L'énergie d'association entre l'épaississant et la surface des particules de latex est d'environ 25 kJ/mol ; la surface occupée par chaque molécule d'épaississant PAT à la surface des particules de latex est d'environ 13 nm², soit environ 14 fois la surface occupée par l'agent mouillant Triton X-405 (0,9 nm²). Des épaississants polyuréthanes associatifs tels que le RM-2020NPR et le DSX 1550 sont également utilisés.
Le développement d'épaississants polyuréthanes associatifs respectueux de l'environnement a suscité un vif intérêt. Par exemple, le BYK-425 est un épaississant polyuréthane modifié à l'urée, sans COV ni APEO. Le Rheolate 210, le Borchi Gel 0434, ainsi que les Tego ViscoPlus 3010, 3030 et 3060 sont des épaississants polyuréthanes associatifs sans COV ni APEO.
Outre les épaississants polyuréthanes associatifs linéaires décrits précédemment, il existe également des épaississants polyuréthanes associatifs en peigne. Ces derniers se caractérisent par la présence d'un groupe hydrophobe pendant au centre de chaque molécule d'épaississant. On peut citer comme exemples les épaississants SCT-200 et SCT-275.
L'épaississant aminoplaste modifié hydrophobiquement (épaississant aminoplaste éthoxylé modifié hydrophobiquement – HEAT) transforme la résine aminée spéciale en quatre groupes hydrophobes protégés, mais la réactivité de ces quatre sites réactionnels diffère. Lors de l'ajout classique de groupes hydrophobes, seuls deux groupes sont bloqués ; l'épaississant aminoplaste modifié hydrophobiquement de synthèse est donc très similaire à l'HEUR, comme Optiflo H 500. En ajoutant davantage de groupes hydrophobes, jusqu'à 8 %, et en ajustant les conditions de réaction, on obtient des épaississants aminoplastes comportant plusieurs groupes hydrophobes bloqués. Il s'agit alors d'un épaississant à base de peigne. Cet épaississant aminoplaste modifié hydrophobiquement permet de prévenir la chute de viscosité de la peinture due à l'ajout d'une grande quantité de tensioactifs et de solvants glycoliques lors de l'harmonisation des couleurs. Ceci s'explique par le fait que les groupes hydrophobes forts empêchent la désorption et que plusieurs groupes hydrophobes présentent une forte affinité. On peut citer comme exemple d'épaississant Optiflo TVS.
Épaississant polyéther modifié hydrophobe (HMPE) Les performances de l'épaississant polyéther modifié hydrophobe sont similaires à celles de l'HEUR, et les produits comprennent Aquaflow NLS200, NLS210 et NHS300 d'Hercules.
Son mécanisme d'épaississement repose sur l'effet combiné des liaisons hydrogène et de l'association des groupements terminaux. Comparé aux épaississants classiques, il présente de meilleures propriétés anti-sédimentation et anti-affaissement. Selon la polarité des groupements terminaux, les épaississants polyurée modifiés se divisent en trois catégories : les épaississants polyurée de faible polarité, de polarité moyenne et de forte polarité. Les deux premières sont utilisées pour épaissir les revêtements à base de solvants, tandis que les épaississants polyurée de forte polarité conviennent aussi bien aux revêtements à base de solvants de forte polarité qu'aux revêtements à base d'eau. Les produits commerciaux correspondant aux épaississants polyurée de faible, moyenne et forte polarité sont respectivement BYK-411, BYK-410 et BYK-420.
La suspension de cire de polyamide modifiée est un additif rhéologique synthétisé par l'introduction de groupes hydrophiles tels que le PEG dans la chaîne moléculaire de la cire d'amide. Actuellement, certaines marques sont importées et sont principalement utilisées pour ajuster la thixotropie du système et améliorer ses propriétés anti-thixotropie et anti-affaissement.
Date de publication : 22 novembre 2022