Riepilogo:
1. Agente bagnante e disperdente
2. Antischiuma
3. Addensante
4. Additivi filmogeni
5. Agente anticorrosivo, antimuffa e antialghe.
6. Altri additivi
1 Agente bagnante e disperdente:
Le vernici a base d'acqua utilizzano l'acqua come solvente o mezzo disperdente, e poiché l'acqua ha un'elevata costante dielettrica, la loro stabilizzazione è principalmente dovuta alla repulsione elettrostatica che si verifica quando il doppio strato elettrico si sovrappone. Inoltre, nei sistemi di verniciatura a base d'acqua sono spesso presenti polimeri e tensioattivi non ionici, che si adsorbono sulla superficie del pigmento, creando ingombro sterico e stabilizzando la dispersione. Pertanto, le vernici e le emulsioni a base d'acqua raggiungono risultati stabili grazie all'azione combinata della repulsione elettrostatica e dell'ingombro sterico. Il loro svantaggio è la scarsa resistenza agli elettroliti, soprattutto a quelli più costosi.
1.1 Agente bagnante
Gli agenti bagnanti per rivestimenti a base d'acqua si dividono in anionici e non ionici.
La combinazione di agente bagnante e agente disperdente può dare risultati ideali. La quantità di agente bagnante è generalmente di poche parti per mille. Il suo effetto negativo è la formazione di schiuma e la riduzione della resistenza all'acqua del film di rivestimento.
Una delle tendenze di sviluppo degli agenti bagnanti è la graduale sostituzione degli agenti bagnanti a base di poliossietilene alchil (benzene) fenolo etere (APEO o APE), poiché questi causano una riduzione degli ormoni maschili nei ratti e interferiscono con il sistema endocrino. I poliossietilene alchil (benzene) fenolo etere sono ampiamente utilizzati come emulsionanti durante la polimerizzazione in emulsione.
Anche i tensioattivi gemelli rappresentano una novità. Si tratta di due molecole anfifiliche collegate da un distanziatore. La caratteristica più notevole dei tensioattivi gemelli è che la concentrazione micellare critica (CMC) è inferiore di oltre un ordine di grandezza rispetto a quella dei tensioattivi "a cella singola", con conseguente elevata efficienza. Ad esempio, TEGO Twin 4000 è un tensioattivo silossanico a doppia cella, che presenta proprietà antischiuma e antischiuma instabili.
Air Products ha sviluppato i tensioattivi Gemini. I tensioattivi tradizionali hanno una coda idrofobica e una testa idrofila, ma questo nuovo tensioattivo ha due gruppi idrofili e due o tre gruppi idrofobici, ed è quindi un tensioattivo multifunzionale, noto come glicole acetilenico, utilizzato in prodotti come EnviroGem AD01.
1.2 Disperdente
I disperdenti per vernici al lattice si dividono in quattro categorie: disperdenti fosfatici, disperdenti omopolimerici di acidi policiclici, disperdenti copolimerici di acidi policiclici e altri disperdenti.
I disperdenti fosfatici più utilizzati sono i polifosfati, come l'esametofosfato di sodio, il polifosfato di sodio (Calgon N, prodotto della BK Giulini Chemical Company in Germania), il tripolifosfato di potassio (KTPP) e il pirofosfato tetrapotassico (TKPP). Il loro meccanismo d'azione consiste nello stabilizzare la repulsione elettrostatica attraverso legami a idrogeno e adsorbimento chimico. Il loro vantaggio è che il dosaggio è basso, circa lo 0,1%, e hanno un buon effetto disperdente su pigmenti e cariche inorganiche. Tuttavia, presentano anche degli svantaggi: innanzitutto, con l'aumento del pH e della temperatura, i polifosfati si idrolizzano facilmente, compromettendo la stabilità a lungo termine; inoltre, una dissoluzione incompleta nel mezzo influisce sulla brillantezza delle vernici al lattice lucide.
I disperdenti a base di esteri fosfatici sono miscele di monoesteri, diesteri, alcoli residui e acido fosforico.
I disperdenti a base di esteri fosfatici stabilizzano le dispersioni di pigmenti, inclusi i pigmenti reattivi come l'ossido di zinco. Nelle formulazioni di vernici lucide, migliorano la brillantezza e la pulibilità. A differenza di altri additivi bagnanti e disperdenti, l'aggiunta di disperdenti a base di esteri fosfatici non influisce sulla viscosità KU e ICI del rivestimento.
Disperdenti a base di omopolimeri di poliacrilato, come Tamol 1254 e Tamol 850 (quest'ultimo è un omopolimero di acido metacrilico), e disperdenti a base di copolimeri di poliacrilato, come Orotan 731A (un copolimero di diisobutilene e acido maleico), presentano una forte capacità di adsorbimento o ancoraggio sulla superficie di pigmenti e cariche, catene molecolari più lunghe che creano ingombro sterico e solubilità in acqua alle estremità delle catene. Alcuni di questi disperdenti sono ulteriormente stabilizzati dalla repulsione elettrostatica. Per ottenere una buona disperdibilità, è fondamentale controllare rigorosamente il peso molecolare. Un peso molecolare troppo basso, invece, provoca un insufficiente ingombro sterico; un peso molecolare troppo alto, invece, causa flocculazione. Per i disperdenti a base di poliacrilato, il miglior effetto di dispersione si ottiene con un grado di polimerizzazione compreso tra 12 e 18.
Altri tipi di disperdenti, come l'AMP-95, hanno il nome chimico di 2-ammino-2-metil-1-propanolo. Il gruppo amminico si adsorbe sulla superficie delle particelle inorganiche, mentre il gruppo ossidrilico si estende verso l'acqua, svolgendo un ruolo stabilizzante attraverso l'ingombro sterico. Grazie alle sue piccole dimensioni, l'ingombro sterico è limitato. L'AMP-95 è principalmente un regolatore di pH.
Negli ultimi anni, la ricerca sui disperdenti ha superato il problema della flocculazione causata dall'elevato peso molecolare, e lo sviluppo di disperdenti ad alto peso molecolare rappresenta una delle tendenze principali. Ad esempio, il disperdente ad alto peso molecolare EFKA-4580, prodotto mediante polimerizzazione in emulsione, è stato sviluppato specificamente per rivestimenti industriali a base acquosa, è adatto alla dispersione di pigmenti organici e inorganici e presenta una buona resistenza all'acqua.
I gruppi amminici presentano una buona affinità per molti pigmenti tramite legami acido-base o legami a idrogeno. Particolare attenzione è stata dedicata al disperdente a base di copolimeri a blocchi con acido amminoacrilico come gruppo di ancoraggio.
Disperdente con metacrilato di dimetilamminoetile come gruppo di ancoraggio
L'additivo bagnante e disperdente Tego Dispers 655 viene utilizzato nelle vernici per autoveicoli a base d'acqua non solo per orientare i pigmenti, ma anche per impedire che la polvere di alluminio reagisca con l'acqua.
A causa di problematiche ambientali, sono stati sviluppati agenti bagnanti e disperdenti biodegradabili, come gli agenti bagnanti e disperdenti a doppia cella della serie EnviroGem AE, che sono agenti bagnanti e disperdenti a bassa schiumosità.
2 antischiuma:
Esistono molti tipi di antischiuma tradizionali per vernici a base d'acqua, che generalmente si dividono in tre categorie: antischiuma a base di olio minerale, antischiuma a base di polisilossano e altri antischiuma.
Gli antischiuma a base di olio minerale sono comunemente utilizzati, soprattutto nelle vernici al lattice opache e semilucide.
Gli antischiuma a base di polisilossano hanno una bassa tensione superficiale, forti capacità antischiuma e antischiuma e non influiscono sulla brillantezza, ma se usati in modo improprio possono causare difetti come il restringimento del film di rivestimento e una scarsa riverniciabilità.
I tradizionali antischiuma per vernici a base d'acqua sono incompatibili con la fase acquosa e quindi inefficaci nell'azione antischiuma, rischiando di causare difetti superficiali nel film di vernice.
Negli ultimi anni sono stati sviluppati antischiuma a livello molecolare.
Questo agente antischiuma è un polimero formato dall'innesto diretto di sostanze attive antischiuma su un supporto. La catena molecolare del polimero presenta un gruppo idrossilico bagnante, la sostanza attiva antischiuma è distribuita attorno alla molecola, non tende ad aggregarsi e presenta una buona compatibilità con il sistema di rivestimento. Tra questi antischiuma a livello molecolare si annoverano oli minerali (serie FoamStar A10), composti a base di silicone (serie FoamStar A30) e polimeri non siliconici e non oleosi (serie FoamStar MF).
È stato inoltre riportato che questo antischiuma a livello molecolare utilizza polimeri a stella super-innestati come tensioattivi incompatibili e ha ottenuto buoni risultati nelle applicazioni di rivestimento a base d'acqua. L'antischiuma di grado molecolare di Air Products, riportato da Stout et al., è un agente di controllo della schiuma e antischiuma a base di glicole acetilenico con entrambe le proprietà bagnanti, come Surfynol MD 20 e Surfynol DF 37.
Inoltre, per soddisfare le esigenze di produzione di rivestimenti a zero VOC, esistono anche antischiuma privi di VOC, come Agitan 315, Agitan E 255, ecc.
3 addensanti:
Esistono molti tipi di addensanti; attualmente, i più comunemente utilizzati sono gli addensanti a base di etere di cellulosa e suoi derivati, gli addensanti associativi alcali-rigonfiabili (HASE) e gli addensanti poliuretanici (HEUR).
3.1. Etere di cellulosa e suoi derivati
L'idrossietilcellulosa (HEC) è stata prodotta industrialmente per la prima volta dalla Union Carbide Company nel 1932 e vanta una storia di oltre 70 anni. Attualmente, gli addensanti a base di etere di cellulosa e dei suoi derivati includono principalmente idrossietilcellulosa (HEC), metilidrossietilcellulosa (MHEC), etilidrossietilcellulosa (EHEC), metilidrossipropilcellulosa (MHPC), metilcellulosa (MC) e gomma xantana, ecc. Si tratta di addensanti non ionici, appartenenti alla categoria degli addensanti in fase acquosa non associati. Tra questi, l'HEC è il più comunemente utilizzato nelle vernici al lattice.
La cellulosa modificata idrofobicamente (HMHEC) introduce una piccola quantità di gruppi alchilici idrofobici a catena lunga sullo scheletro idrofilo della cellulosa, diventando un addensante associativo, come ad esempio Natrosol Plus Grado 330, 331, Cellosize SG-100, Bermocoll EHM-100. Il suo effetto addensante è paragonabile a quello degli addensanti a base di etere di cellulosa con peso molecolare molto maggiore. Migliora la viscosità e la livellabilità dell'ICI e riduce la tensione superficiale; ad esempio, la tensione superficiale dell'HEC è di circa 67 mN/m, mentre quella dell'HMHEC è di 55-65 mN/m.
3.2 Addensante rigonfiabile in ambiente alcalino
Gli addensanti alcali-rigonfiabili si dividono in due categorie: addensanti alcali-rigonfiabili non associativi (ASE) e addensanti alcali-rigonfiabili associativi (HASE), che sono addensanti anionici. Gli ASE non associativi sono emulsioni di poliacrilato alcali-rigonfiabili. Gli HASE associativi sono emulsioni di poliacrilato idrofobicamente modificate alcali-rigonfiabili.
3.3. Addensante poliuretanico e addensante non poliuretanico modificato idrofobicamente
L'addensante poliuretanico, noto come HEUR, è un polimero poliuretanico etossilato idrosolubile modificato con gruppi idrofobici, appartenente alla classe degli addensanti associativi non ionici. L'HEUR è composto da tre parti: un gruppo idrofobico, una catena idrofila e un gruppo poliuretanico. Il gruppo idrofobico svolge un ruolo associativo ed è il fattore determinante per l'addensamento; solitamente si tratta di gruppi oleilici, ottadecilici, dodecilfenilici, nonilfenilici, ecc. La catena idrofila conferisce stabilità chimica e viscosità; comunemente si utilizzano polieteri, come il poliossietilene e i suoi derivati. La catena molecolare dell'HEUR è estesa da gruppi poliuretanici, come IPDI, TDI e HMDI. La caratteristica strutturale degli addensanti associativi è la presenza di gruppi idrofobici terminali. Tuttavia, il grado di sostituzione dei gruppi idrofobici alle estremità di alcuni HEUR disponibili in commercio è inferiore a 0,9, e il valore massimo è solo di 1,7. Le condizioni di reazione devono essere rigorosamente controllate per ottenere un addensante poliuretanico con una distribuzione di peso molecolare ristretta e prestazioni stabili. La maggior parte degli HEUR (addensanti poliuretanici ad alto peso molecolare) viene sintetizzata mediante polimerizzazione a stadi, pertanto gli HEUR disponibili in commercio sono generalmente miscele di pesi molecolari ampi.
Richey et al. hanno utilizzato un tracciante fluorescente, un addensante associativo a base di pirene (PAT, peso molecolare medio numerico 30000, peso molecolare medio ponderale 60000), per scoprire che a una concentrazione dello 0,02% (in peso), il grado di aggregazione micellare di Acrysol RM-825 e PAT era circa 6. L'energia di associazione tra l'addensante e la superficie delle particelle di lattice è di circa 25 kJ/mol; l'area occupata da ciascuna molecola di addensante PAT sulla superficie delle particelle di lattice è di circa 13 nm2, che è circa 14 volte l'area occupata dall'agente bagnante Triton X-405, pari a 0,9 nm2. Addensanti associativi poliuretanici come RM-2020NPR, DSX 1550, ecc.
Lo sviluppo di addensanti poliuretanici associativi ecocompatibili ha riscosso un'ampia attenzione. Ad esempio, BYK-425 è un addensante poliuretanico modificato con urea privo di VOC e APEO. Rheolate 210, Borchi Gel 0434, Tego ViscoPlus 3010, 3030 e 3060 sono addensanti poliuretanici associativi privi di VOC e APEO.
Oltre agli addensanti poliuretanici associativi lineari descritti in precedenza, esistono anche addensanti poliuretanici associativi a pettine. Il cosiddetto addensante poliuretanico associativo a pettine si caratterizza per la presenza di un gruppo idrofobico pendente al centro di ciascuna molecola di addensante. Esempi di addensanti di questo tipo sono SCT-200 e SCT-275.
L'addensante aminoplastico modificato idrofobicamente (addensante aminoplastico etossilato modificato idrofobicamente - HEAT) trasforma la speciale resina amminica in quattro gruppi idrofobici bloccati, ma la reattività di questi quattro siti di reazione è diversa. Nella normale aggiunta di gruppi idrofobici, ci sono solo due gruppi idrofobici bloccati, quindi l'addensante aminoplastico modificato idrofobicamente sintetico non è molto diverso da HEUR, come Optiflo H 500. Se vengono aggiunti più gruppi idrofobici, ad esempio fino all'8%, le condizioni di reazione possono essere regolate per produrre addensanti aminoplastici con più gruppi idrofobici bloccati. Naturalmente, anche questo è un addensante a pettine. Questo addensante aminoplastico modificato idrofobicamente può impedire che la viscosità della vernice diminuisca a causa dell'aggiunta di una grande quantità di tensioattivi e solventi glicolici quando si aggiunge un colorante. Il motivo è che i forti gruppi idrofobici possono prevenire il desorbimento e più gruppi idrofobici hanno una forte associazione. Un esempio di addensante di questo tipo è Optiflo TVS.
Addensante polieterico modificato idrofobicamente (HMPE) Le prestazioni dell'addensante polieterico modificato idrofobicamente sono simili a quelle dell'HEUR e i prodotti includono Aquaflow NLS200, NLS210 e NHS300 di Hercules.
Il suo meccanismo di addensamento è dovuto sia al legame idrogeno che all'associazione dei gruppi terminali. Rispetto agli addensanti comuni, presenta migliori proprietà anti-sedimentazione e anti-cedimento. In base alla diversa polarità dei gruppi terminali, gli addensanti a base di poliurea modificata possono essere suddivisi in tre tipologie: addensanti a base di poliurea a bassa polarità, addensanti a base di poliurea a media polarità e addensanti a base di poliurea ad alta polarità. I primi due sono utilizzati per addensare rivestimenti a base solvente, mentre gli addensanti a base di poliurea ad alta polarità possono essere utilizzati sia per rivestimenti a base solvente ad alta polarità che per rivestimenti a base acquosa. I prodotti commerciali di addensanti a base di poliurea a bassa, media e alta polarità sono rispettivamente BYK-411, BYK-410 e BYK-420.
La sospensione di cera poliammidica modificata è un additivo reologico sintetizzato introducendo gruppi idrofili come il PEG nella catena molecolare della cera ammidica. Attualmente, alcune marche sono importate e vengono utilizzate principalmente per regolare la tissotropia del sistema e migliorare le prestazioni anti-tissotropia e anti-cedimento.
Data di pubblicazione: 22 novembre 2022