Streszczenie:
1. Środek zwilżający i dyspergujący
2. Środek przeciwpieniący
3. Zagęszczacz
4. Dodatki filmotwórcze
5. Środek antykorozyjny, przeciwgrzybiczny i przeciwglonowy
6. Inne dodatki
1 Środek zwilżający i dyspergujący:
Powłoki wodne wykorzystują wodę jako rozpuszczalnik lub medium dyspersyjne, a woda ma dużą stałą dielektryczną, dlatego stabilizacja powłok wodnych odbywa się głównie poprzez odpychanie elektrostatyczne powstające podczas nakładania się podwójnej warstwy elektrostatycznej. Ponadto, w systemach powłok wodnych często występują polimery i niejonowe środki powierzchniowo czynne, które adsorbują się na powierzchni wypełniacza pigmentowego, tworząc zawadę przestrzenną i stabilizując dyspersję. Dlatego farby i emulsje wodne osiągają stabilne rezultaty dzięki skojarzonemu działaniu odpychania elektrostatycznego i zawad sterycznych. Wadą jest słaba odporność na elektrolity, zwłaszcza w przypadku drogich elektrolitów.
1.1 Środek zwilżający
Środki zwilżające do powłok wodorozcieńczalnych dzielą się na anionowe i niejonowe.
Połączenie środka zwilżającego i dyspergującego pozwala osiągnąć idealne rezultaty. Ilość środka zwilżającego wynosi zazwyczaj kilka na tysiąc. Jego negatywnym skutkiem jest pienienie i zmniejszenie wodoodporności powłoki.
Jednym z trendów rozwojowych w dziedzinie środków zwilżających jest stopniowe zastępowanie środków zwilżających w postaci eterów alkilo(benzeno)fenolowych (APEO lub APE), ponieważ prowadzi to do obniżenia poziomu hormonów męskich u szczurów i zaburza gospodarkę hormonalną. Etery alkilo(benzeno)fenolowe są szeroko stosowane jako emulgatory podczas polimeryzacji emulsyjnej.
Surfaktanty bliźniacze to również nowe odkrycia. Składają się z dwóch cząsteczek amfifilowych połączonych łącznikiem. Najbardziej charakterystyczną cechą surfaktantów bliźniaczych jest to, że krytyczne stężenie micelizacji (CMC) jest o ponad rząd wielkości niższe niż w przypadku surfaktantów „jednokomórkowych”, a co za tym idzie, wysoka wydajność. Surfaktanty te, takie jak TEGO Twin 4000, są surfaktantami siloksanowymi o podwójnej strukturze komórkowej i charakteryzują się niestabilnym pienieniem oraz właściwościami przeciwpieniącymi.
Firma Air Products opracowała surfaktanty Gemini. Tradycyjne surfaktanty mają hydrofobowy ogon i hydrofilową głowę, ale ten nowy surfaktant ma dwie grupy hydrofilowe i dwie lub trzy grupy hydrofobowe, co czyni go wielofunkcyjnym surfaktantem, znanym jako acetylenoglikole, produkty takie jak EnviroGem AD01.
1.2 Dyspergator
Dyspergatory do farb lateksowych dzielą się na cztery kategorie: dyspergatory fosforanowe, dyspergatory homopolimerów polikwasów, dyspergatory kopolimerów polikwasów i inne dyspergatory.
Najczęściej stosowanymi dyspergatorami fosforanów są polifosforany, takie jak heksametafosforan sodu, polifosforan sodu (Calgon N, produkt niemieckiej firmy BK Giulini Chemical Company), tripolifosforan potasu (KTPP) i pirofosforan tetrapotasu (TKPP). Mechanizm ich działania polega na stabilizacji odpychania elektrostatycznego poprzez wiązania wodorowe i adsorpcję chemiczną. Ich zaletą jest niskie dawkowanie, około 0,1%, oraz dobry efekt dyspergowania pigmentów nieorganicznych i wypełniaczy. Istnieją jednak również wady: polifosforan, wraz ze wzrostem wartości pH i temperatury, łatwo ulega hydrolizie, co pogarsza stabilność długotrwałego przechowywania; niepełne rozpuszczenie w środowisku wpływa na połysk błyszczącej farby lateksowej.
Dyspergatory estrów fosforanowych są mieszaninami monoestrów, diestrów, alkoholi resztkowych i kwasu fosforowego.
Dyspergatory na bazie estrów fosforanowych stabilizują dyspersje pigmentów, w tym pigmentów reaktywnych, takich jak tlenek cynku. W formulacjach farb połyskowych poprawiają połysk i ułatwiają czyszczenie. W przeciwieństwie do innych dodatków zwilżających i dyspergujących, dodatek dyspergatorów na bazie estrów fosforanowych nie wpływa na lepkość KU i ICI powłoki.
Dyspergatory homopolimerów polikwasowych, takie jak Tamol 1254 i Tamol 850, Tamol 850 jest homopolimerem kwasu metakrylowego. Dyspergatory kopolimerów polikwasowych, takie jak Orotan 731A, są kopolimerami diizobutylenu i kwasu maleinowego. Cechą charakterystyczną tych dwóch rodzajów dyspergatorów jest silna adsorpcja lub zakotwiczenie na powierzchni pigmentów i wypełniaczy, dłuższe łańcuchy cząsteczkowe tworzące zawadę przestrzenną oraz rozpuszczalność w wodzie na końcach łańcucha, a niektóre z nich są uzupełniane odpychaniem elektrostatycznym w celu uzyskania stabilnych rezultatów. Aby dyspergator miał dobrą dyspergowalność, należy ściśle kontrolować masę cząsteczkową. Zbyt mała masa cząsteczkowa będzie niewystarczająca, a zbyt duża – flokulacja. W przypadku dyspergatorów poliakrylanowych najlepszy efekt dyspersji można osiągnąć, gdy stopień polimeryzacji wynosi 12–18.
Inne rodzaje dyspergatorów, takie jak AMP-95, mają nazwę chemiczną 2-amino-2-metylo-1-propanol. Grupa aminowa jest adsorbowana na powierzchni cząstek nieorganicznych, a grupa hydroksylowa rozciąga się na wodę, która pełni rolę stabilizującą poprzez zawadę przestrzenną. Ze względu na swój niewielki rozmiar, zawadę przestrzenną można ograniczyć. AMP-95 działa głównie jako regulator pH.
W ostatnich latach badania nad dyspergatorami pozwoliły na pokonanie problemu flokulacji spowodowanej wysoką masą cząsteczkową, a rozwój dyspergatorów o wysokiej masie cząsteczkowej jest jednym z trendów. Na przykład, dyspergator o wysokiej masie cząsteczkowej EFKA-4580, wytwarzany metodą polimeryzacji emulsyjnej, został opracowany specjalnie do przemysłowych powłok wodorozcieńczalnych, nadaje się do dyspersji pigmentów organicznych i nieorganicznych i charakteryzuje się dobrą odpornością na wodę.
Grupy aminowe wykazują dobre powinowactwo do wielu pigmentów poprzez wiązania kwasowo-zasadowe lub wodorowe. Zwrócono uwagę na kopolimer blokowy, w którym grupą kotwiczącą jest kwas aminoakrylowy.
Dyspergator z metakrylanem dimetyloaminoetylu jako grupą kotwiczącą
Dodatek zwilżający i dyspergujący Tego Dispers 655 stosowany jest w wodorozcieńczalnych lakierach samochodowych nie tylko w celu zorientowania pigmentów, ale również w celu zapobiegania reakcji proszku aluminiowego z wodą.
Ze względu na kwestie ochrony środowiska opracowano biodegradowalne środki zwilżające i dyspergujące, takie jak dwukomórkowe środki zwilżające i dyspergujące EnviroGem serii AE, które są środkami zwilżającymi i dyspergującymi o niskim spienianiu.
2 środek przeciwpieniący:
Istnieje wiele rodzajów tradycyjnych środków przeciwpieniących do farb na bazie wody, które generalnie dzielą się na trzy kategorie: środki przeciwpieniące na bazie oleju mineralnego, środki przeciwpieniące na bazie polisiloksanu oraz inne środki przeciwpieniące.
Środki przeciwpieniące na bazie oleju mineralnego są powszechnie stosowane, głównie w matowych i półpołyskowych farbach lateksowych.
Środki przeciwpieniące na bazie polisiloksanu charakteryzują się niskim napięciem powierzchniowym, silnymi właściwościami przeciwpieniącymi i przeciwpieniącymi oraz nie wpływają na połysk, jednak w przypadku niewłaściwego zastosowania mogą powodować wady, takie jak kurczenie się powłoki i słabą możliwość ponownego nakładania powłok.
Tradycyjne środki przeciwpieniące do farb na bazie wody nie są kompatybilne z fazą wodną, co uniemożliwia osiągnięcie zamierzonego efektu przeciwpieniącego. W rezultacie łatwo może dojść do powstania wad powierzchniowych w powłoce.
W ostatnich latach opracowano środki przeciwpieniące na poziomie molekularnym.
Ten środek przeciwpieniący to polimer powstający w wyniku bezpośredniego szczepienia substancji czynnych o działaniu przeciwpieniącym na nośniku. Łańcuch cząsteczkowy polimeru zawiera zwilżającą grupę hydroksylową, substancja czynna o działaniu przeciwpieniącym jest rozproszona w obrębie cząsteczki, substancja czynna nie ulega łatwemu agregowaniu, a kompatybilność z systemem powłokowym jest dobra. Do takich środków przeciwpieniących na poziomie molekularnym należą oleje mineralne – seria FoamStar A10, zawierające krzem – seria FoamStar A30 oraz polimery niezawierające krzemu i oleju – seria FoamStar MF.
Donoszono również, że ten molekularny środek przeciwpieniący wykorzystuje superszczepione polimery gwiaździste jako niekompatybilne surfaktanty i osiągnął dobre rezultaty w zastosowaniach w powłokach wodnych. Molekularny środek przeciwpieniący firmy Air Products, opisany przez Stouta i in., to środek przeciwpieniący i przeciwpieniący na bazie glikolu acetylenowego, który posiada właściwości zwilżające, takie jak Surfynol MD 20 i Surfynol DF 37.
Ponadto, w celu spełnienia wymagań produkcji powłok zero-LZO, dostępne są również środki przeciwpieniące bez LZO, takie jak Agitan 315, Agitan E 255 itp.
3 Zagęszczacze:
Istnieje wiele rodzajów zagęszczaczy, obecnie powszechnie stosowane są zagęszczacze na bazie eteru celulozy i jego pochodnych, asocjacyjne zagęszczacze pęczniejące w środowisku alkalicznym (HASE) oraz zagęszczacze poliuretanowe (HEUR).
3.1. Eter celulozy i jego pochodne
Hydroksyetyloceluloza (HEC) została po raz pierwszy wyprodukowana przemysłowo przez Union Carbide Company w 1932 roku i ma ponad 70-letnią historię. Obecnie zagęszczacze eteru celulozy i jego pochodnych obejmują głównie hydroksyetylocelulozę (HEC), metylohydroksyetylocelulozę (MHEC), etylohydroksyetylocelulozę (EHEC), metylohydroksypropylocelulozę (MHPC), metylocelulozę (MC) i gumę ksantanową. Są to zagęszczacze niejonowe, należące również do zagęszczaczy niezwiązanych z fazą wodną. Spośród nich HEC jest najczęściej stosowany w farbach lateksowych.
Hydrofobowo modyfikowana celuloza (HMHEC) wprowadza niewielką ilość długołańcuchowych hydrofobowych grup alkilowych do hydrofilowego szkieletu celulozy, stając się zagęszczaczem asocjacyjnym, takim jak Natrosol Plus Grade 330, 331, Cellosize SG-100, Bermocoll EHM-100. Jej działanie zagęszczające jest porównywalne z działaniem zagęszczaczy eterowych celulozy o znacznie większej masie cząsteczkowej. Poprawia lepkość i wyrównywanie ICI oraz obniża napięcie powierzchniowe, np. napięcie powierzchniowe HEC wynosi około 67 mN/m, a napięcie powierzchniowe HMHEC wynosi 55-65 mN/m.
3.2 Zagęszczacz pęczniejący w środowisku alkalicznym
Zagęszczacze pęczniejące w środowisku alkalicznym dzielą się na dwie kategorie: nieasocjacyjne zagęszczacze pęczniejące w środowisku alkalicznym (ASE) i asocjacyjne zagęszczacze pęczniejące w środowisku alkalicznym (HASE), które są zagęszczaczami anionowymi. Nieasocjacyjny ASE to poliakrylanowa emulsja pęczniejąca w środowisku alkalicznym. Asocjacyjny HASE to hydrofobowo modyfikowana poliakrylanowa emulsja pęczniejąca w środowisku alkalicznym.
3.3. Zagęszczacz poliuretanowy i zagęszczacz niepoliuretanowy modyfikowany hydrofobowo
Zagęszczacz poliuretanowy, zwany HEUR, to modyfikowany grupą hydrofobową, etoksylowany, rozpuszczalny w wodzie polimer poliuretanowy, należący do niejonowych zagęszczaczy asocjacyjnych. HEUR składa się z trzech części: grupy hydrofobowej, łańcucha hydrofilowego i grupy poliuretanowej. Grupa hydrofobowa odgrywa rolę asocjacyjną i jest czynnikiem decydującym o zagęszczeniu, zazwyczaj oleilową, oktadecylową, dodecylofenylową, nonylofenolową itp. Łańcuch hydrofilowy może zapewnić stabilność chemiczną i lepkościową; powszechnie stosowane są polietery, takie jak polioksyetylen i jego pochodne. Łańcuch cząsteczkowy HEUR jest wydłużony o grupy poliuretanowe, takie jak IPDI, TDI i HMDI. Cechą strukturalną zagęszczaczy asocjacyjnych jest to, że są one zakończone grupami hydrofobowymi. Jednak stopień podstawienia grup hydrofobowych na obu końcach niektórych komercyjnie dostępnych HEUR jest niższy niż 0,9, a w najlepszym przypadku wynosi zaledwie 1,7. Warunki reakcji powinny być ściśle kontrolowane, aby uzyskać zagęszczacz poliuretanowy o wąskim rozkładzie mas cząsteczkowych i stabilnym działaniu. Większość HEUR-ów jest syntetyzowana metodą polimeryzacji etapowej, dlatego dostępne komercyjnie HEUR-y to zazwyczaj mieszaniny o szerokim zakresie mas cząsteczkowych.
Richey i in. zastosowali fluorescencyjny wskaźnik zagęszczający piren (PAT, średnia masa cząsteczkowa liczbowo 30000, średnia masa cząsteczkowa wagowo 60000), aby stwierdzić, że przy stężeniu 0,02% (wagowo) stopień agregacji miceli Acrysol RM-825 i PAT wynosił około 6. Energia asocjacji między zagęszczaczem a powierzchnią cząstek lateksu wynosi około 25 kJ/mol; powierzchnia zajmowana przez każdą cząsteczkę zagęszczacza PAT na powierzchni cząstek lateksu wynosi około 13 nm², co odpowiada w przybliżeniu powierzchni zajmowanej przez środek zwilżający Triton X-405, 14 razy większej niż 0,9 nm². Asocjacyjny zagęszczacz poliuretanowy, taki jak RM-2020NPR, DSX 1550 itp.
Rozwój przyjaznych dla środowiska asocjacyjnych zagęszczaczy poliuretanowych spotkał się z szerokim zainteresowaniem. Na przykład BYK-425 to zagęszczacz poliuretanowy modyfikowany mocznikiem, niezawierający lotnych związków organicznych (LZO) i APEO. Rheolate 210, Borchi Gel 0434, Tego ViscoPlus 3010, 3030 i 3060 to asocjacyjne zagęszczacze poliuretanowe niezawierające LZO i APEO.
Oprócz opisanych powyżej liniowych asocjacyjnych zagęszczaczy poliuretanowych, istnieją również grzebieniowe asocjacyjne zagęszczacze poliuretanowe. Tak zwany grzebieniowy asocjacyjny zagęszczacz poliuretanowy oznacza, że w środku każdej cząsteczki zagęszczacza znajduje się wisząca grupa hydrofobowa. Zagęszczacze takie jak SCT-200 i SCT-275 itp.
Hydrofobowo modyfikowany zagęszczacz aminoplastowy (hydrofobowo modyfikowany etoksylowany zagęszczacz aminoplastowy — HEAT) zmienia specjalną żywicę aminową w cztery zablokowane grupy hydrofobowe, ale reaktywność tych czterech miejsc reakcji jest różna. Podczas normalnego dodawania grup hydrofobowych występują tylko dwie zablokowane grupy hydrofobowe, więc syntetyczny hydrofobowo modyfikowany zagęszczacz aminowy niewiele różni się od HEUR, takiego jak Optiflo H 500. Jeśli doda się więcej grup hydrofobowych, np. do 8%, warunki reakcji można dostosować, aby uzyskać zagęszczacze aminowe z wieloma zablokowanymi grupami hydrofobowymi. Oczywiście jest to również zagęszczacz grzebieniowy. Ten hydrofobowo modyfikowany zagęszczacz aminowy może zapobiec spadkowi lepkości farby z powodu dodania dużej ilości środków powierzchniowo czynnych i rozpuszczalników glikolowych podczas dodawania dopasowania koloru. Powodem jest to, że silne grupy hydrofobowe mogą zapobiegać desorpcji, a wiele grup hydrofobowych ma silne powiązanie. Takie zagęszczacze jak Optiflo TVS.
Hydrofobowy modyfikowany zagęszczacz polieterowy (HMPE) Wydajność hydrofobowo modyfikowanego zagęszczacza polieterowego jest podobna do HEUR, a do produktów należą Aquaflow NLS200, NLS210 i NHS300 firmy Hercules.
Mechanizm zagęszczania polimocznika opiera się na wiązaniach wodorowych i asocjacji grup końcowych. W porównaniu ze zwykłymi zagęszczaczami, ma on lepsze właściwości zapobiegające osiadaniu i spływaniu. Ze względu na różną polarność grup końcowych, modyfikowane zagęszczacze polimocznikowe można podzielić na trzy typy: zagęszczacze polimocznikowe o niskiej polarności, zagęszczacze polimocznikowe o średniej polarności i zagęszczacze polimocznikowe o wysokiej polarności. Pierwsze dwa typy są stosowane do zagęszczania powłok rozpuszczalnikowych, natomiast zagęszczacze polimocznikowe o wysokiej polarności mogą być stosowane zarówno do powłok rozpuszczalnikowych o wysokiej polarności, jak i do powłok wodorozcieńczalnych. Komercyjne produkty o niskiej, średniej i wysokiej polarności to odpowiednio BYK-411, BYK-410 i BYK-420.
Modyfikowana zawiesina wosku poliamidowego to dodatek reologiczny syntetyzowany poprzez wprowadzenie grup hydrofilowych, takich jak PEG, do łańcucha cząsteczkowego wosku amidowego. Obecnie niektóre marki są importowane i stosowane głównie w celu regulacji tiksotropii układu i poprawy właściwości antytiksotropowych. Zapobiegają również spływaniu.
Czas publikacji: 22-11-2022