Rezumat:
1. Agent umectant și dispersant
2. Antispumant
3. Îngroșător
4. Aditivi peliculogeni
5. Agent anticoroziv, antimucegai și antialge
6. Alți aditivi
1 Agent umectant și dispersant:
Acoperirile pe bază de apă utilizează apa ca solvent sau mediu de dispersie, iar apa are o constantă dielectrică mare, astfel încât acoperirile pe bază de apă sunt stabilizate în principal prin repulsia electrostatică atunci când stratul dublu electric se suprapune. În plus, în sistemul de acoperire pe bază de apă, există adesea polimeri și surfactanți neionici, care sunt adsorbiți pe suprafața umpluturii de pigment, formând o piedică steric și stabilizând dispersia. Prin urmare, vopselele și emulsiile pe bază de apă obțin rezultate stabile prin acțiunea comună a repulsiei electrostatice și a piedicii sterice. Dezavantajul lor este rezistența slabă la electroliți, în special pentru electroliții cu preț ridicat.
1.1 Agent de umectare
Agenții de umectare pentru acoperirile pe bază de apă sunt împărțiți în anionici și neionici.
Combinația dintre agentul umectant și agentul de dispersare poate obține rezultate ideale. Cantitatea de agent umectant este, în general, de câteva ori la mie. Efectul său negativ este spumarea și reducerea rezistenței la apă a peliculei de acoperire.
Una dintre tendințele de dezvoltare a agenților de umectare este înlocuirea treptată a agenților de umectare cu polioxietilen alchil (benzen) fenol eteri (APEO sau APE), deoarece acesta duce la reducerea hormonilor masculini la șobolani și interferează cu sistemul endocrin. Eterii polioxietilen alchil (benzen) fenol sunt utilizați pe scară largă ca emulgatori în timpul polimerizării în emulsie.
Surfactanții gemeni sunt, de asemenea, dezvoltări noi. Este vorba de două molecule amfifilice legate printr-un distanțier. Cea mai notabilă caracteristică a surfactanților cu celule gemene este că concentrația critică de micele (CMC) este cu peste un ordin de mărime mai mică decât cea a surfactanților lor „cu o singură celulă”, urmată de o eficiență ridicată. Cum ar fi TEGO Twin 4000, este un surfactant siloxanic cu celule gemene și are proprietăți instabile de spumare și antispumare.
Air Products a dezvoltat surfactanții Gemini. Surfactanții tradiționali au o coadă hidrofobă și un cap hidrofil, dar acest nou surfactant are două grupări hidrofile și două sau trei grupări hidrofobe, fiind un surfactant multifuncțional, cunoscut sub numele de acetilen glicoli, produse precum EnviroGem AD01.
1.2 Dispersant
Dispersanții pentru vopseaua latex sunt împărțiți în patru categorii: dispersanți fosfat, dispersanți homopolimeri poliacidi, dispersanți copolimeri poliacidi și alți dispersanți.
Cei mai utilizați dispersanți de fosfați sunt polifosfații, cum ar fi hexametafosfatul de sodiu, polifosfatul de sodiu (Calgon N, produs al companiei chimice BK Giulini din Germania), tripolifosfatul de potasiu (KTPP) și pirofosfatul tetrapotasic (TKPP). Mecanismul de acțiune al acestora constă în stabilizarea repulsiei electrostatice prin legături de hidrogen și adsorbție chimică. Avantajul său este că dozajul este mic, de aproximativ 0,1%, și are un bun efect de dispersie asupra pigmenților și materialelor de umplutură anorganice. Există însă și deficiențe: una, odată cu creșterea valorii pH-ului și a temperaturii, polifosfatul este ușor hidrolizat, provocând o stabilitate proastă la depozitare pe termen lung; dizolvarea incompletă în mediu va afecta luciul vopselei latex lucioase.
Dispersanții esteri fosfatici sunt amestecuri de monoesteri, diesteri, alcooli reziduali și acid fosforic.
Dispersanții esteri de fosfat stabilizează dispersiile de pigmenți, inclusiv pigmenții reactivi precum oxidul de zinc. În formulările de vopsele lucioase, îmbunătățesc luciul și curățabilitatea. Spre deosebire de alți aditivi de umectare și dispersare, adăugarea de dispersanți esteri de fosfat nu afectează vâscozitatea KU și ICI a acoperirii.
Dispersantul homopolimer poliacid, cum ar fi Tamol 1254 și Tamol 850, este un homopolimer al acidului metacrilic. Dispersantul copolimer poliacid, cum ar fi Orotan 731A, este un copolimer de diizobutilenă și acid maleic. Caracteristicile acestor două tipuri de dispersanți sunt că produc o adsorbție sau ancorare puternică pe suprafața pigmenților și materialelor de umplutură, au lanțuri moleculare mai lungi pentru a forma o piedică steric și au solubilitate în apă la capetele lanțurilor, iar unele sunt suplimentate prin repulsie electrostatică pentru a obține rezultate stabile. Pentru ca dispersantul să aibă o bună dispersabilitate, greutatea moleculară trebuie controlată strict. Dacă greutatea moleculară este prea mică, va exista o piedică steric insuficientă; dacă greutatea moleculară este prea mare, va apărea floculare. Pentru dispersanții poliacrilat, cel mai bun efect de dispersie poate fi obținut dacă gradul de polimerizare este 12-18.
Alte tipuri de dispersanți, cum ar fi AMP-95, au denumirea chimică de 2-amino-2-metil-1-propanol. Gruparea amino este adsorbită pe suprafața particulelor anorganice, iar gruparea hidroxil se extinde până la apă, care joacă un rol stabilizator prin împiedicare sterică. Datorită dimensiunilor sale mici, împiedicarea sterică este limitată. AMP-95 este în principal un regulator de pH.
În ultimii ani, cercetările privind dispersanții au depășit problema floculării cauzate de greutatea moleculară mare, iar dezvoltarea unei greutăți moleculare mari este una dintre tendințe. De exemplu, dispersantul cu greutate moleculară mare EFKA-4580 produs prin polimerizare în emulsie este special dezvoltat pentru acoperiri industriale pe bază de apă, potrivit pentru dispersia pigmenților organici și anorganici și are o bună rezistență la apă.
Grupările amino au o afinitate bună pentru mulți pigmenți prin legături acido-bazice sau de hidrogen. S-a acordat atenție dispersantului copolimer bloc cu acid aminoacrilic ca grupare de ancorare.
Dispersant cu metacrilat de dimetilaminoetil ca grup de ancorare
Aditivul de umectare și dispersare Tego Dispers 655 este utilizat în vopselele auto pe bază de apă nu doar pentru a orienta pigmenții, ci și pentru a preveni reacția pulberii de aluminiu cu apa.
Din cauza preocupărilor legate de mediu, au fost dezvoltați agenți de umectare și dispersare biodegradabili, cum ar fi agenții de umectare și dispersare cu celule duble din seria EnviroGem AE, care sunt agenți de umectare și dispersare cu spumare redusă.
2 antispumanți:
Există multe tipuri de antispumanți tradiționali pentru vopsele pe bază de apă, care sunt în general împărțiți în trei categorii: antispumanți pe bază de ulei mineral, antispumanți pe bază de polisiloxan și alți antispumanți.
Antispumanții pe bază de ulei mineral sunt utilizați în mod obișnuit, în principal în vopselele latex mate și semilucioase.
Antispumanții polisiloxanici au tensiune superficială scăzută, proprietăți puternice de antispumare și antispumare și nu afectează luciul, dar atunci când sunt utilizați necorespunzător, vor provoca defecte precum contracția peliculei de acoperire și o reacoperibilitate slabă.
Antispumanții tradiționali pentru vopsele pe bază de apă sunt incompatibili cu faza apoasă pentru a atinge scopul antispumant, astfel încât este ușor să se producă defecte de suprafață în pelicula de acoperire.
În ultimii ani, au fost dezvoltați antispumanți la nivel molecular.
Acest agent antispumant este un polimer format prin grefarea directă a substanțelor active antispumante pe substanța purtătoare. Lanțul molecular al polimerului are o grupare hidroxil umectantă, substanța activă antispumantă este distribuită în jurul moleculei, substanța activă nu se agregă ușor, iar compatibilitatea cu sistemul de acoperire este bună. Astfel de antispumanți la nivel molecular includ uleiuri minerale - seria FoamStar A10, care conțin siliciu - seria FoamStar A30 și polimeri fără siliciu, fără ulei - seria FoamStar MF.
De asemenea, s-a raportat că acest antispumant la nivel molecular utilizează polimeri stelari supergrefați ca surfactanți incompatibili și a obținut rezultate bune în aplicațiile de acoperire pe bază de apă. Antispumantul de grad molecular Air Products raportat de Stout și colab. este un agent de control al spumei pe bază de acetilen glicol și un antispumant cu proprietăți de umectare, cum ar fi Surfynol MD 20 și Surfynol DF 37.
În plus, pentru a satisface nevoile de producere a acoperirilor cu zero COV, există și antispumanți fără COV, cum ar fi Agitan 315, Agitan E 255 etc.
3 agenți de îngroșare:
Există multe tipuri de agenți de îngroșare, printre care se numără eterul de celuloză și derivații săi, agenții de îngroșare asociativi umflabili la nivel alcalin (HASE) și agenții de îngroșare poliuretanici (HEUR).
3.1. Eter de celuloză și derivații săi
Hidroxietilceluloza (HEC) a fost produsă industrial pentru prima dată de Union Carbide Company în 1932 și are o istorie de peste 70 de ani. În prezent, agenții de îngroșare ai eterului de celuloză și ai derivaților săi includ în principal hidroxietilceluloza (HEC), metilhidroxietilceluloza (MHEC), etilhidroxietilceluloza (EHEC), metilhidroxipropilceluloza (MHPC), metilceluloza (MC) și guma xantan etc., aceștia fiind agenți de îngroșare neionici și aparținând, de asemenea, agenților de îngroșare în fază apoasă neasociată. Printre aceștia, HEC este cel mai frecvent utilizat în vopseaua cu latex.
Celuloza modificată hidrofob (HMHEC) introduce o cantitate mică de grupări alchil hidrofobe cu lanț lung pe catena hidrofilă a celulozei pentru a deveni un agent de îngroșare asociativ, cum ar fi Natrosol Plus Grade 330, 331, Cellosize SG-100, Bermocoll EHM-100. Efectul său de îngroșare este comparabil cu cel al agenților de îngroșare pe bază de eter de celuloză cu o greutate moleculară mult mai mare. Îmbunătățește vâscozitatea și nivelarea ICI și reduce tensiunea superficială, cum ar fi tensiunea superficială a HEC este de aproximativ 67mN/m, iar tensiunea superficială a HMHEC este de 55-65mN/m.
3.2 Îngroșător umflabil cu alcali
Agenții de îngroșare alcalini sunt împărțiți în două categorii: agenți de îngroșare alcalini neasociativi (ASE) și agenți de îngroșare alcalini asociativi (HASE), care sunt agenți de îngroșare anionici. ASE neasociat este o emulsie alcalină poliacrilată care se umflă. HASE asociativ este o emulsie alcalină poliacrilată modificată hidrofob.
3.3. Agent de îngroșare poliuretanic și agent de îngroșare non-poliuretanic modificat hidrofob
Agentul de îngroșare poliuretanic, denumit HEUR, este un polimer poliuretanic solubil în apă, etoxilat, modificat cu grupare hidrofobă, care aparține grupării de îngroșători asociativi neionici. HEUR este compus din trei părți: gruparea hidrofobă, lanțul hidrofil și gruparea poliuretanică. Gruparea hidrofobă joacă un rol de asociere și este factorul decisiv pentru îngroșare, de obicei oleil, octadecil, dodecilfenil, nonilfenol etc. Lanțul hidrofil poate asigura stabilitate chimică și stabilitate a vâscozității, fiind utilizați în mod obișnuit polieterii, cum ar fi polioxietilena și derivații acesteia. Lanțul molecular al HEUR este extins prin grupări poliuretanice, cum ar fi IPDI, TDI și HMDI. Caracteristica structurală a agenților de îngroșare asociativi este că aceștia sunt terminați cu grupări hidrofobe. Cu toate acestea, gradul de substituție a grupărilor hidrofobe la ambele capete ale unor HEUR-uri disponibile comercial este mai mic de 0,9, iar cel mai bun este de numai 1,7. Condițiile de reacție trebuie controlate strict pentru a obține un agent de îngroșare poliuretanic cu o distribuție moleculară îngustă și performanță stabilă. Majoritatea HEUR-urilor sunt sintetizate prin polimerizare treptată, astfel încât HEUR-urile disponibile comercial sunt în general amestecuri cu greutăți moleculare largi.
Richey și colab. au utilizat un agent de îngroșare asociativ cu piren fluorescent (PAT, greutate moleculară medie numerică 30000, greutate moleculară medie ponderată 60000) pentru a constata că, la o concentrație de 0,02% (greutate), gradul de agregare micelară al Acrysol RM-825 și PAT a fost de aproximativ 6. Energia de asociere dintre agentul de îngroșare și suprafața particulelor de latex este de aproximativ 25 KJ/mol; aria ocupată de fiecare moleculă de îngroșare PAT pe suprafața particulelor de latex este de aproximativ 13 nm2, ceea ce reprezintă aproximativ aria ocupată de agentul de umectare Triton X-405, de 14 ori mai mare decât cea de 0,9 nm2. Agent de îngroșare asociativ cu poliuretan, cum ar fi RM-2020NPR, DSX 1550 etc.
Dezvoltarea agenților de îngroșare poliuretanici asociativi, ecologici, a atras o atenție largă. De exemplu, BYK-425 este un agent de îngroșare poliuretanic modificat cu uree, fără COV și APEO. Rheolate 210, Borchi Gel 0434, Tego ViscoPlus 3010, 3030 și 3060 este un agent de îngroșare poliuretanic asociativ, fără COV și APEO.
Pe lângă agenții de îngroșare poliuretanici asociativi liniari descriși mai sus, există și agenți de îngroșare poliuretanici asociativi de tip pieptene. Așa-numitul agent de îngroșare poliuretanică de tip pieptene înseamnă că există un grup hidrofob pandantiv în mijlocul fiecărei molecule de agent de îngroșare. Agenți de îngroșare precum SCT-200 și SCT-275 etc.
Îngroșătorul aminoplastic modificat hidrofob (îngroșătorul aminoplastic etoxilat modificat hidrofob - HEAT) transformă rășina amino specială în patru grupări hidrofobe blocate, dar reactivitatea acestor patru situsuri de reacție este diferită. În adăugarea normală de grupări hidrofobe, există doar două grupări hidrofobe blocate, astfel încât îngroșătorul amino modificat hidrofob sintetic nu este mult diferit de HEUR, cum ar fi Optiflo H 500. Dacă se adaugă mai multe grupări hidrofobe, cum ar fi până la 8%, condițiile de reacție pot fi ajustate pentru a produce îngroșători amino cu grupări hidrofobe blocate multiple. Desigur, acesta este, de asemenea, un îngroșător tip pieptene. Acest îngroșător amino modificat hidrofob poate preveni scăderea vâscozității vopselei din cauza adăugării unei cantități mari de surfactanți și solvenți glicolici atunci când se adaugă potrivirea culorilor. Motivul este că grupările hidrofobe puternice pot preveni desorbția, iar grupările hidrofobe multiple au o asociere puternică. Agenți de îngroșare precum Optiflo TVS.
Îngroșător polieter modificat hidrofob (HMPE) Performanța îngroșătorului polieter modificat hidrofob este similară cu cea a HEUR, iar produsele includ Aquaflow NLS200, NLS210 și NHS300 de la Hercules.
Mecanismul său de îngroșare este efectul atât al legăturilor de hidrogen, cât și al asocierii grupurilor terminale. Comparativ cu agenții de îngroșare obișnuiți, are proprietăți anti-tasare și anti-curgere mai bune. În funcție de diferitele polarități ale grupurilor terminale, agenții de îngroșare din poliuree modificați pot fi împărțiți în trei tipuri: agenți de îngroșare din poliuree cu polaritate scăzută, agenți de îngroșare din poliuree cu polaritate medie și agenți de îngroșare din poliuree cu polaritate ridicată. Primele două sunt utilizate pentru îngroșarea acoperirilor pe bază de solvent, în timp ce agenții de îngroșare din poliuree cu polaritate ridicată pot fi utilizați atât pentru acoperiri pe bază de solvent cu polaritate ridicată, cât și pentru acoperiri pe bază de apă. Produsele comerciale cu agenți de îngroșare din poliuree cu polaritate scăzută, medie și mare sunt BYK-411, BYK-410 și, respectiv, BYK-420.
Suspensia de ceară poliamidică modificată este un aditiv reologic sintetizat prin introducerea unor grupări hidrofile precum PEG în lanțul molecular al cerii amidice. În prezent, unele mărci sunt importate și sunt utilizate în principal pentru a ajusta tixotropia sistemului și a îmbunătăți anti-tixotropia. Performanța anti-curbare.
Data publicării: 22 noiembrie 2022