Segredos dos aditivos para revestimentos a base de auga

Resumo:

1. Axente humectante e dispersante

2. Antiespumante

3. Espesante

4. Aditivos formadores de película

5. Axente anticorrosión, antimofo e antialgas

6. Outros aditivos

1 Axente humectante e dispersante:

Os revestimentos a base de auga empregan auga como disolvente ou medio de dispersión, e a auga ten unha constante dieléctrica elevada, polo que os revestimentos a base de auga estabilízanse principalmente pola repulsión electrostática cando a dobre capa eléctrica se solapa. Ademais, no sistema de revestimento a base de auga, adoitan haber polímeros e surfactantes non iónicos, que se adsorben na superficie do recheo de pigmento, formando un impedimento estérico e estabilizando a dispersión. Polo tanto, as pinturas e emulsións a base de auga conseguen resultados estables mediante a acción conxunta da repulsión electrostática e o impedimento estérico. A súa desvantaxe é a baixa resistencia aos electrolitos, especialmente para electrolitos de alto prezo.

1.1 Axente humectante

Os axentes humectantes para revestimentos a base de auga divídense en aniónicos e non iónicos.

A combinación de axente humectante e axente dispersante pode acadar resultados ideais. A cantidade de axente humectante é xeralmente duns poucos por mil. O seu efecto negativo é a formación de escuma e a redución da resistencia á auga da película de revestimento.

Unha das tendencias de desenvolvemento dos axentes humectantes é a substitución gradual dos axentes humectantes de polioxietilen alquil (benceno) fenoléter (APEO ou APE), porque leva á redución das hormonas masculinas nas ratas e interfire co sistema endócrino. Os éteres de polioxietilen alquil (benceno) fenoléter úsanse amplamente como emulsionantes durante a polimerización en emulsión.

Os surfactantes xemelgos tamén son desenvolvementos novos. Trátase de dúas moléculas anfipáticas unidas por un espazador. A característica máis notable dos surfactantes de células xemelgas é que a concentración micelar crítica (CMC) é máis dunha orde de magnitude inferior á dos seus surfactantes "unicélula", seguida dunha alta eficiencia. Como o TEGO Twin 4000, é un surfactante de siloxano de células xemelgas e ten propiedades de escuma e antiespuma inestables.

Air Products desenvolveu os surfactantes Gemini. Os surfactantes tradicionais teñen unha cola hidrofóbica e unha cabeza hidrofílica, pero este novo surfactante ten dous grupos hidrofílicos e dous ou tres grupos hidrofóbicos, o que o converte nun surfactante multifuncional, coñecido como acetilenglicoles, produtos como o EnviroGem AD01.

1.2 Dispersante

Os dispersantes para pintura de látex divídense en catro categorías: dispersantes de fosfato, dispersantes de homopolímeros poliácidos, dispersantes de copolímeros poliácidos e outros dispersantes.

Os dispersantes de fosfato máis empregados son os polifosfatos, como o hexametafosfato de sodio, o polifosfato de sodio (Calgon N, produto da empresa química BK Giulini de Alemaña), o tripolifosfato de potasio (KTPP) e o pirofosfato tetrapotásico (TKPP). O mecanismo da súa acción é estabilizar a repulsión electrostática mediante pontes de hidróxeno e adsorción química. A súa vantaxe é que a dosificación é baixa, arredor do 0,1 %, e ten un bo efecto de dispersión sobre pigmentos e recheos inorgánicos. Pero tamén hai deficiencias: unha, xunto co aumento do valor do pH e da temperatura, que fai que o polifosfato se hidrolice facilmente, provoca unha mala estabilidade de almacenamento a longo prazo; unha disolución incompleta no medio afectará o brillo da pintura de látex brillante.

Os dispersantes de ésteres de fosfato son mesturas de monoésteres, diésteres, alcohois residuais e ácido fosfórico.

Os dispersantes de ésteres de fosfato estabilizan as dispersións de pigmentos, incluídos os pigmentos reactivos como o óxido de zinc. Nas formulacións de pintura brillante, melloran o brillo e a limpeza. A diferenza doutros aditivos humectantes e dispersantes, a adición de dispersantes de ésteres de fosfato non afecta á viscosidade KU e ICI do revestimento.

Dispersante homopolímero de poliácido, como o Tamol 1254 e o Tamol 850. O Tamol 850 é un homopolímero de ácido metacrílico. Dispersante copolímero de poliácido, como o Orotan 731A, que é un copolímero de diisobutileno e ácido maleico. As características destes dous tipos de dispersantes son que producen unha forte adsorción ou ancoraxe na superficie de pigmentos e recheos, teñen cadeas moleculares máis longas para formar impedimento estérico e teñen solubilidade en auga nos extremos da cadea, e algúns están suplementados por repulsión electrostática para lograr resultados estables. Para que o dispersante teña unha boa dispersabilidade, o peso molecular debe controlarse estritamente. Se o peso molecular é demasiado pequeno, non haberá suficiente impedimento estérico; se o peso molecular é demasiado grande, producirase floculación. Para os dispersantes de poliacrilato, o mellor efecto de dispersión pódese conseguir se o grao de polimerización é de 12-18.

Outros tipos de dispersantes, como o AMP-95, teñen o nome químico de 2-amino-2-metil-1-propanol. O grupo amino adsórbese na superficie das partículas inorgánicas e o grupo hidroxilo esténdese á auga, que desempeña un papel estabilizador mediante impedimento estérico. Debido ao seu pequeno tamaño, o impedimento estérico é limitado. O AMP-95 é principalmente un regulador do pH.

Nos últimos anos, a investigación sobre dispersantes superou o problema da floculación causada polo alto peso molecular, e o desenvolvemento de alto peso molecular é unha das tendencias. Por exemplo, o dispersante de alto peso molecular EFKA-4580 producido por polimerización en emulsión está especialmente desenvolvido para revestimentos industriais a base de auga, axeitado para a dispersión de pigmentos orgánicos e inorgánicos e ten boa resistencia á auga.

Os grupos amino teñen unha boa afinidade por moitos pigmentos a través de enlaces ácido-base ou de hidróxeno. Prestouse atención ao dispersante de copolímeros de bloque con ácido aminoacrílico como grupo de ancoraxe.

Dispersante con metacrilato de dimetilaminoetilo como grupo de ancoraxe

O aditivo humectante e dispersante Tego Dispers 655 úsase en pinturas de automóbiles de base acuosa non só para orientar os pigmentos, senón tamén para evitar que o po de aluminio reaccione coa auga.

Debido a preocupacións ambientais, desenvolvéronse axentes humectantes e dispersantes biodegradables, como os axentes humectantes e dispersantes de dúas células da serie EnviroGem AE, que son axentes humectantes e dispersantes de baixa espuma.

2 antiespumantes:

Existen moitos tipos de antiespumantes tradicionais para pinturas a base de auga, que xeralmente se dividen en tres categorías: antiespumantes de aceite mineral, antiespumantes de polisiloxano e outros antiespumantes.

Os antiespumantes de aceite mineral úsanse habitualmente, principalmente en pinturas de látex mates e semibrillantes.

Os antiespumantes de polisiloxano teñen baixa tensión superficial, fortes capacidades antiespumantes e antiespumantes e non afectan o brillo, pero cando se usan incorrectamente, causarán defectos como a contracción da película de revestimento e unha mala repintabilidade.

Os antiespumantes de pintura tradicionais a base de auga son incompatibles coa fase acuosa para lograr o propósito de antiespumante, polo que é fácil producir defectos superficiais na película de revestimento.

Nos últimos anos, desenvolvéronse antiespumantes a nivel molecular.

Este axente antiespumante é un polímero formado enxertando directamente substancias activas antiespumantes na substancia portadora. A cadea molecular do polímero ten un grupo hidroxilo humectante, a substancia activa antiespumante distribúese arredor da molécula, a substancia activa non é doada de agregar e a compatibilidade co sistema de revestimento é boa. Entre estes antiespumantes a nivel molecular inclúense aceites minerais (serie FoamStar A10), que conteñen silicio (serie FoamStar A30) e polímeros sen silicio nin aceite (serie FoamStar MF).

Tamén se informou de que este antiespumante a nivel molecular emprega polímeros de estrela superenxertados como surfactantes incompatibles e obtivo bos resultados en aplicacións de revestimentos a base de auga. O antiespumante de grao molecular de Air Products descrito por Stout et al. é un axente de control de escuma e antiespumante a base de acetilenglicol con propiedades humectantes, como o Surfynol MD 20 e o Surfynol DF 37.

Ademais, para satisfacer as necesidades de producir revestimentos sen COV, tamén existen antiespumantes libres de COV, como o Agitan 315, o Agitan E 255, etc.

3 Espesantes:

Existen moitos tipos de espesantes, entre os que se empregan habitualmente están o éter de celulosa e os seus derivados, os espesantes asociativos inchables por álcalis (HASE) e os espesantes de poliuretano (HEUR).

3.1. Éter de celulosa e os seus derivados

A hidroxietilcelulosa (HEC) foi producida industrialmente por primeira vez por Union Carbide Company en 1932 e ten unha historia de máis de 70 anos. Na actualidade, os espesantes do éter de celulosa e os seus derivados inclúen principalmente hidroxietilcelulosa (HEC), metilhidroxietilcelulosa (MHEC), etilhidroxietilcelulosa (EHEC), metilhidroxipropilcelulosa base (MHPC), metilcelulosa (MC) e goma xantana, etc., que son espesantes non iónicos e tamén pertencen aos espesantes en fase acuosa non asociada. Entre eles, a HEC é o máis utilizado na pintura de látex.

A celulosa modificada hidrofobicamente (HMHEC) introduce unha pequena cantidade de grupos alquilo hidrofóbicos de cadea longa na estrutura hidrofílica da celulosa para converterse nun espesante asociativo, como Natrosol Plus Grade 330, 331, Cellosize SG-100, Bermocoll EHM-100. O seu efecto espesante é comparable ao dos espesantes de éter de celulosa con peso molecular moito maior. Mellora a viscosidade e a nivelación do ICI e reduce a tensión superficial, como a tensión superficial do HEC que é duns 67 mN/m e a tensión superficial do HMHEC de 55-65 mN/m.

3.2 Espesante inchable con álcalis

Os espesantes inchables con álcalis divídense en dúas categorías: espesantes inchables con álcalis non asociativos (ASE) e espesantes inchables con álcalis asociativos (HASE), que son espesantes aniónicos. O ASE non asociado é unha emulsión inchable de álcalis de poliacrilato. O HASE asociativo é unha emulsión inchable de álcalis de poliacrilato modificada hidrofobicamente.

3.3. Espesante de poliuretano e espesante non poliuretano modificado hidrofobicamente

O espesante de poliuretano, denominado HEUR, é un polímero soluble en auga de poliuretano etoxilado modificado con grupos hidrófobos, que pertence aos espesantes asociativos non iónicos. O HEUR está composto por tres partes: grupo hidrófobo, cadea hidrófila e grupo poliuretano. O grupo hidrófobo desempeña un papel de asociación e é o factor decisivo para o espesamento, xeralmente oleílo, octadecilo, dodecilfenilo, nonilfenol, etc. A cadea hidrófila pode proporcionar estabilidade química e estabilidade de viscosidade, e os poliéteres de uso común, como o polioxietileno e os seus derivados, úsanse habitualmente. A cadea molecular do HEUR esténdese mediante grupos poliuretano, como IPDI, TDI e HMDI. A característica estrutural dos espesantes asociativos é que rematan con grupos hidrófobos. Non obstante, o grao de substitución de grupos hidrófobos en ambos os extremos dalgúns HEUR dispoñibles comercialmente é inferior a 0,9, e o mellor é só 1,7. As condicións de reacción deben controlarse estritamente para obter un espesante de poliuretano cunha distribución de peso molecular estreita e un rendemento estable. A maioría dos HEUR sintetízanse por polimerización gradual, polo que os HEUR dispoñibles comercialmente son xeralmente mesturas de pesos moleculares amplos.

Richey et al. empregaron un espesante de asociación de pireno trazador fluorescente (PAT, peso molecular medio numérico 30 000, peso molecular medio ponderado 60 000) para descubrir que, a unha concentración do 0,02 % (peso), o grao de agregación micelar do Acrysol RM-825 e o PAT era de aproximadamente 6. A enerxía de asociación entre o espesante e a superficie das partículas de látex é de aproximadamente 25 KJ/mol; a área ocupada por cada molécula de espesante PAT na superficie das partículas de látex é de aproximadamente 13 nm2, que é aproximadamente a área ocupada polo axente humectante Triton X-405, 14 veces maior que a de 0,9 nm2. Espesante de poliuretano asociativo como o RM-2020NPR, o DSX 1550, etc.

O desenvolvemento de espesantes de poliuretano asociativos respectuosos co medio ambiente recibiu ampla atención. Por exemplo, o BYK-425 é un espesante de poliuretano modificado con urea sen COV nin APEO. Rheolate 210, Borchi Gel 0434, Tego ViscoPlus 3010, 3030 e 3060 son espesantes de poliuretano asociativos sen COV nin APEO.

Ademais dos espesantes de poliuretano asociativos lineais descritos anteriormente, tamén existen espesantes de poliuretano asociativos en forma de peite. O chamado espesante de poliuretano de asociación de peite significa que hai un grupo hidrófobo colgante no medio de cada molécula de espesante. Espesantes como o SCT-200 e o SCT-275 etc.

O espesante de aminoplásticos modificados hidrofobicamente (espesante de aminoplásticos etoxilados modificados hidrofobicamente — HEAT) transforma a resina amino especial en catro grupos hidrofóbicos cubertos, pero a reactividade destes catro sitios de reacción é diferente. Na adición normal de grupos hidrofóbicos, só hai dous grupos hidrofóbicos bloqueados, polo que o espesante de amino modificado hidrofóbico sintético non é moi diferente do HEUR, como Optiflo H 500. Se se engaden máis grupos hidrofóbicos, como ata un 8 %, as condicións de reacción pódense axustar para producir espesantes de amino con múltiples grupos hidrofóbicos bloqueados. Por suposto, este tamén é un espesante de peite. Este espesante de amino modificado hidrofóbico pode evitar que a viscosidade da pintura diminúa debido á adición dunha gran cantidade de surfactantes e solventes de glicol cando se engade a correspondencia de cores. A razón é que os grupos hidrofóbicos fortes poden evitar a desorción, e os múltiples grupos hidrofóbicos teñen unha forte asociación. Espesantes como Optiflo TVS.

Espesante de poliéter modificado hidrofóbicamente (HMPE) O rendemento do espesante de poliéter modificado hidrofobicamente é similar ao HEUR, e os produtos inclúen Aquaflow NLS200, NLS210 e NHS300 de Hercules.

O seu mecanismo de espesamento é o efecto tanto das pontes de hidróxeno como da asociación de grupos terminais. En comparación cos espesantes comúns, ten mellores propiedades anti-sedamento e anti-escalope. Segundo as diferentes polaridades dos grupos terminais, os espesantes de poliurea modificados pódense dividir en tres tipos: espesantes de poliurea de baixa polaridade, espesantes de poliurea de polaridade media e espesantes de poliurea de alta polaridade. Os dous primeiros úsanse para espesar revestimentos a base de solventes, mentres que os espesantes de poliurea de alta polaridade pódense usar tanto para revestimentos a base de solventes de alta polaridade como para revestimentos a base de auga. Os produtos comerciais de espesantes de poliurea de baixa polaridade, polaridade media e alta polaridade son BYK-411, BYK-410 e BYK-420 respectivamente.

A pasta de cera de poliamida modificada é un aditivo reolóxico sintetizado mediante a introdución de grupos hidrófilos como o PEG na cadea molecular da cera de amida. Na actualidade, algunhas marcas son importadas e utilízanse principalmente para axustar a tixotropía do sistema e mellorar a antitixotropía. Rendemento anti-afundimento.