Zhrnutie:
1. Zmáčacie a disperzné činidlo
2. Odpeňovač
3. Zahusťovadlo
4. Filmotvorné prísady
5. Protikorózny, protiplesňový a protiriasový prostriedok
6. Ďalšie prísady
1 Zmáčadlo a dispergačné činidlo:
Nátery na vodnej báze používajú vodu ako rozpúšťadlo alebo disperzné médium a voda má veľkú dielektrickú konštantu, takže nátery na vodnej báze sú stabilizované hlavne elektrostatickým odpudzovaním, keď sa elektrická dvojitá vrstva prekrýva. Okrem toho v systéme náterov na vodnej báze sa často nachádzajú polyméry a neiónové povrchovo aktívne látky, ktoré sa adsorbujú na povrchu pigmentového plniva, čím vytvárajú sterickú bariéru a stabilizujú disperziu. Preto farby a emulzie na vodnej báze dosahujú stabilné výsledky spoločným pôsobením elektrostatického odpudzovania a sterickej bariéry. Nevýhodou je nízka odolnosť voči elektrolytom, najmä pri drahých elektrolytoch.
1.1 Zmáčadlo
Zmáčadlá pre vodou riediteľné nátery sa delia na aniónové a neiónové.
Kombinácia zmáčadla a dispergačného činidla môže dosiahnuť ideálne výsledky. Množstvo zmáčadla je zvyčajne niekoľko promile. Jeho negatívnym účinkom je penenie a zníženie odolnosti náterového filmu voči vode.
Jedným z trendov vývoja zmáčadiel je postupné nahrádzanie zmáčadiel polyoxyetylénalkyl(benzén)fenolétermi (APEO alebo APE), pretože to vedie k zníženiu samčích hormónov u potkanov a interferuje s endokrinným systémom. Polyoxyetylénalkyl(benzén)fenolétery sa široko používajú ako emulgátory počas emulznej polymerizácie.
Dvojité povrchovo aktívne látky sú tiež novým vývojom. Ide o dve amfifilné molekuly spojené medzerou. Najpozoruhodnejšou vlastnosťou dvojbunkových povrchovo aktívnych látok je, že kritická micelárna koncentrácia (CMC) je o viac ako rád nižšia ako u ich „jednobunkových“ povrchovo aktívnych látok, po ktorej nasleduje vysoká účinnosť. Napríklad TEGO Twin 4000 je dvojbunková siloxánová povrchovo aktívna látka s nestabilnými penovými a odpeňovacími vlastnosťami.
Spoločnosť Air Products vyvinula povrchovo aktívne látky Gemini. Tradičné povrchovo aktívne látky majú hydrofóbny koniec a hydrofilnú hlavu, ale táto nová povrchovo aktívna látka má dve hydrofilné skupiny a dve alebo tri hydrofóbne skupiny, čo je multifunkčná povrchovo aktívna látka známa ako acetylénglykoly, produkty ako EnviroGem AD01.
1.2 Dispergačné činidlo
Dispergačné činidlá pre latexové farby sa delia do štyroch kategórií: fosfátové dispergačné činidlá, dispergačné činidlá na báze homopolymérov polykyselín, dispergačné činidlá na báze kopolymérov polykyselín a iné dispergačné činidlá.
Najpoužívanejšie dispergačné činidlá na dispergáciu fosfátov sú polyfosfáty, ako je hexametafosforečnan sodný, polyfosforečnan sodný (Calgon N, produkt spoločnosti BK Giulini Chemical Company v Nemecku), tripolyfosforečnan draselný (KTPP) a pyrofosforečnan tetradraselný (TKPP). Mechanizmus ich účinku spočíva v stabilizácii elektrostatického odpudzovania prostredníctvom vodíkových väzieb a chemickej adsorpcie. Jeho výhodou je nízke dávkovanie, približne 0,1 %, a dobrý disperzný účinok na anorganické pigmenty a plnivá. Existujú však aj nedostatky: popri zvýšení hodnoty pH a teploty sa polyfosfát ľahko hydrolyzuje, čo spôsobuje zlú dlhodobú skladovateľnosť; neúplné rozpustenie v médiu ovplyvňuje lesk lesklej latexovej farby.
Dispergačné činidlá na báze fosfátových esterov sú zmesi monoesterov, diesterov, zvyškových alkoholov a kyseliny fosforečnej.
Dispergačné činidlá na báze fosfátových esterov stabilizujú disperzie pigmentov vrátane reaktívnych pigmentov, ako je oxid zinočnatý. V lesklých receptúrach farieb zlepšujú lesk a čistiteľnosť. Na rozdiel od iných zmáčacích a disperzných prísad pridanie dispergačných činidiel na báze fosfátových esterov neovplyvňuje viskozitu KU a ICI náteru.
Polykyselinový homopolymérny dispergátor, ako napríklad Tamol 1254 a Tamol 850, Tamol 850 je homopolymér kyseliny metakrylovej. Polykyselinový kopolymérny dispergátor, ako napríklad Orotan 731A, je kopolymér diizobutylénu a kyseliny maleínovej. Charakteristickými znakmi týchto dvoch typov dispergátorov je, že vytvárajú silnú adsorpciu alebo ukotvenie na povrchu pigmentov a plnív, majú dlhšie molekulárne reťazce na vytvorenie sterickej bariéry a majú rozpustnosť vo vode na koncoch reťazca a niektoré sú doplnené elektrostatickým odpudzovaním na dosiahnutie stabilných výsledkov. Aby mal dispergátor dobrú disperziu, musí sa prísne kontrolovať molekulová hmotnosť. Ak je molekulová hmotnosť príliš malá, sterická bariéra nebude dostatočná; ak je molekulová hmotnosť príliš veľká, dôjde k flokulácii. Pri polyakrylátových dispergátoroch sa najlepší disperzný účinok môže dosiahnuť, ak je stupeň polymerizácie 12-18.
Iné typy dispergačných činidiel, ako napríklad AMP-95, majú chemický názov 2-amino-2-metyl-1-propanol. Aminoskupina je adsorbovaná na povrchu anorganických častíc a hydroxylová skupina sa rozširuje do vody, ktorá hrá stabilizačnú úlohu prostredníctvom sterickej zábrany. Vzhľadom na svoju malú veľkosť je sterická zábrana obmedzená. AMP-95 je hlavne regulátor pH.
V posledných rokoch výskum disperzných činidiel prekonal problém flokulácie spôsobenej vysokou molekulovou hmotnosťou a vývoj vysokomolekulárnych činidiel je jedným z trendov. Napríklad vysokomolekulárny disperzný prostriedok EFKA-4580 vyrobený emulznou polymerizáciou je špeciálne vyvinutý pre priemyselné nátery na vodnej báze, vhodný na disperziu organických a anorganických pigmentov a má dobrú odolnosť voči vode.
Aminoskupiny majú dobrú afinitu k mnohým pigmentom prostredníctvom acidobázických alebo vodíkových väzieb. Pozornosť sa venovala blokovému kopolymérnemu dispergačnému činidlu s aminoakrylovou kyselinou ako kotviacou skupinou.
Dispergačné činidlo s dimetylaminoetylmetakrylátom ako kotviacou skupinou
Zmáčacia a disperzná prísada Tego Dispers 655 sa používa vo vodou riediteľných automobilových farbách nielen na orientáciu pigmentov, ale aj na zabránenie reakcie hliníkového prášku s vodou.
Vzhľadom na environmentálne obavy boli vyvinuté biologicky odbúrateľné zmáčadlá a dispergačné činidlá, ako napríklad dvojbunkové zmáčadlá a dispergačné činidlá EnviroGem AE série, ktoré sú zmáčadlá a dispergačné činidlá s nízkou penivosťou.
2 odpeňovače:
Existuje mnoho druhov tradičných odpeňovačov na vodnej báze pre farby, ktoré sa všeobecne delia do troch kategórií: odpeňovače na báze minerálnych olejov, odpeňovače na báze polysiloxánu a iné odpeňovače.
Odpeňovače na báze minerálnych olejov sa bežne používajú, najmä v matných a polomatných latexových farbách.
Polysiloxánové odpeňovače majú nízke povrchové napätie, silné odpeňovacie a protipenivé schopnosti a neovplyvňujú lesk, ale pri nesprávnom použití spôsobujú chyby, ako je zmršťovanie náterového filmu a zlá pretierateľnosť.
Tradičné odpeňovače farieb na vodnej báze nie sú kompatibilné s vodnou fázou, aby sa dosiahol účel odpeňovania, takže je ľahké vytvoriť povrchové chyby v náterovom filme.
V posledných rokoch boli vyvinuté odpeňovače na molekulárnej úrovni.
Toto odpeňovacie činidlo je polymér vytvorený priamym naštepením protipeniacich účinných látok na nosičovú látku. Molekulárny reťazec polyméru má zmáčaciu hydroxylovú skupinu, odpeňovacia účinná látka je rozptýlená po celej molekule, účinná látka sa ľahko neagreguje a kompatibilita s náterovým systémom je dobrá. Medzi takéto odpeňovacie činidlá na molekulárnej úrovni patria minerálne oleje – séria FoamStar A10, polyméry obsahujúce kremík – séria FoamStar A30 a polyméry bez kremíka a oleja – séria FoamStar MF.
Taktiež sa uvádza, že tento odpeňovač na molekulárnej úrovni používa super-vrúbľované hviezdicové polyméry ako nekompatibilné povrchovo aktívne látky a dosiahol dobré výsledky v aplikáciách náterov na vodnej báze. Odpeňovač molekulárnej kvality od spoločnosti Air Products, o ktorom informovali Stout a kol., je činidlo na reguláciu peny a odpeňovač na báze acetylénglykolu s oboma zmáčacími vlastnosťami, ako napríklad Surfynol MD 20 a Surfynol DF 37.
Okrem toho, aby sa splnili potreby výroby náterov s nulovým obsahom prchavých organických zlúčenín (VOC), existujú aj odpeňovače bez obsahu VOC, ako napríklad Agitan 315, Agitan E 255 atď.
3 zahusťovadlá:
Existuje mnoho druhov zahusťovadiel, v súčasnosti sa bežne používajú zahusťovadlá na báze éterov celulózy a ich derivátov, asociatívne alkalicky napučiavajúce zahusťovadlá (HASE) a polyuretánové zahusťovadlá (HEUR).
3.1. Éter celulózy a jeho deriváty
Hydroxyetylcelulóza (HEC) bola prvýkrát priemyselne vyrobená spoločnosťou Union Carbide Company v roku 1932 a má viac ako 70-ročnú históriu. V súčasnosti zahusťovadlá éteru celulózy a jeho derivátov zahŕňajú najmä hydroxyetylcelulózu (HEC), metylhydroxyetylcelulózu (MHEC), etylhydroxyetylcelulózu (EHEC), metylhydroxypropylcelulózu (MHPC), metylcelulózu (MC) a xantánovú gumu atď. Ide o neiónové zahusťovadlá a patria aj medzi zahusťovadlá neasociované s vodnou fázou. Spomedzi nich je HEC najčastejšie používaná v latexových farbách.
Hydrofóbne modifikovaná celulóza (HMHEC) zavádza malé množstvo hydrofóbnych alkylových skupín s dlhým reťazcom na hydrofilný reťazec celulózy, čím sa stáva asociatívnym zahusťovadlom, ako napríklad Natrosol Plus Grade 330, 331, Cellosize SG-100, Bermocoll EHM-100. Jeho zahusťovací účinok je porovnateľný so zahusťovadlami na báze éterov celulózy s oveľa väčšou molekulovou hmotnosťou. Zlepšuje viskozitu a vyrovnávanie ICI a znižuje povrchové napätie, napríklad povrchové napätie HEC je približne 67 mN/m a povrchové napätie HMHEC je 55 – 65 mN/m.
3.2 Zahusťovadlo napučiavajúce alkáliami
Alkalicky napučiavajúce zahusťovadlá sa delia do dvoch kategórií: neasociatívne alkalicky napučiavajúce zahusťovadlá (ASE) a asociatívne alkalicky napučiavajúce zahusťovadlá (HASE), čo sú aniónové zahusťovadlá. Neasociované ASE je polyakrylátová alkalicky napučiavajúca emulzia. Asociatívne HASE je hydrofóbne modifikovaná polyakrylátová alkalicky napučiavajúca emulzia.
3.3. Polyuretánové zahusťovadlo a hydrofóbne modifikované nepolyuretánové zahusťovadlo
Polyuretánové zahusťovadlo, označované ako HEUR, je hydrofóbnymi skupinami modifikovaný etoxylovaný polyuretánový vo vode rozpustný polymér, ktorý patrí medzi neiónové asociatívne zahusťovadlá. HEUR sa skladá z troch častí: hydrofóbnej skupiny, hydrofilného reťazca a polyuretánovej skupiny. Hydrofóbna skupina hrá asociačnú úlohu a je rozhodujúcim faktorom zahusťovania, zvyčajne ide o oleyl, oktadecyl, dodecylfenyl, nonylfenol atď. Hydrofilný reťazec môže zabezpečiť chemickú stabilitu a stabilitu viskozity, bežne sa používajú polyétery, ako je polyoxyetylén a jeho deriváty. Molekulárny reťazec HEUR je rozšírený o polyuretánové skupiny, ako sú IPDI, TDI a HMDI. Štrukturálnym znakom asociatívnych zahusťovadiel je, že sú zakončené hydrofóbnymi skupinami. Stupeň substitúcie hydrofóbnych skupín na oboch koncoch niektorých komerčne dostupných HEUR je však nižší ako 0,9 a najlepší je iba 1,7. Reakčné podmienky by mali byť prísne kontrolované, aby sa získalo polyuretánové zahusťovadlo s úzkym rozdelením molekulových hmotností a stabilným výkonom. Väčšina HEUR sa syntetizuje postupnou polymerizáciou, takže komerčne dostupné HEUR sú vo všeobecnosti zmesi so širokými molekulovými hmotnosťami.
Richey a kol. použili fluorescenčný stopovač pyrénu ako asociačné zahusťovadlo (PAT, číselná priemerná molekulová hmotnosť 30 000, hmotnostná priemerná molekulová hmotnosť 60 000) na zistenie, že pri koncentrácii 0,02 % (hmotnostných) bol stupeň agregácie micel Acrysolu RM-825 a PAT približne 6. Asociačná energia medzi zahusťovadlom a povrchom latexových častíc je približne 25 KJ/mol; plocha, ktorú zaberá každá molekula zahusťovadla PAT na povrchu latexových častíc, je približne 13 nm2, čo je približne 14-krát väčšia plocha, ako zaberá zmáčadlo Triton X-405, ako je plocha 0,9 nm2. Asociatívne polyuretánové zahusťovadlo, ako napríklad RM-2020NPR, DSX 1550 atď.
Vývoj ekologických asociatívnych polyuretánových zahusťovadiel si získal širokú pozornosť. Napríklad BYK-425 je polyuretánové zahusťovadlo modifikované močovinou bez VOC a APEO. Rheolate 210, Borchi Gel 0434, Tego ViscoPlus 3010, 3030 a 3060 sú asociatívne polyuretánové zahusťovadlá bez VOC a APEO.
Okrem vyššie opísaných lineárnych asociatívnych polyuretánových zahusťovadiel existujú aj hrebeňovité asociatívne polyuretánové zahusťovadlá. Takzvané hrebeňové asociačné polyuretánové zahusťovadlo znamená, že v strede každej molekuly zahusťovadla sa nachádza prívesná hydrofóbna skupina. Medzi takéto zahusťovadlá patria SCT-200 a SCT-275 atď.
Hydrofóbne modifikované aminoplastové zahusťovadlo (hydrofóbne modifikované etoxylované aminoplastové zahusťovadlo – HEAT) mení špeciálnu aminoplastovú živicu na štyri uzavreté hydrofóbne skupiny, ale reaktivita týchto štyroch reakčných miest je odlišná. Pri bežnom pridávaní hydrofóbnych skupín existujú iba dve blokované hydrofóbne skupiny, takže syntetické hydrofóbne modifikované aminoplastové zahusťovadlo sa veľmi nelíši od HEUR, ako je Optiflo H 500. Ak sa pridá viac hydrofóbnych skupín, napríklad až do 8 %, reakčné podmienky sa dajú upraviť tak, aby sa vytvorili aminoplastické zahusťovadlá s viacerými blokovanými hydrofóbnymi skupinami. Samozrejme, ide tiež o hrebeňové zahusťovadlo. Toto hydrofóbne modifikované aminoplastové zahusťovadlo môže zabrániť poklesu viskozity farby v dôsledku pridania veľkého množstva povrchovo aktívnych látok a glykolových rozpúšťadiel pri pridávaní látok na porovnávanie farieb. Dôvodom je, že silné hydrofóbne skupiny môžu zabrániť desorpcii a viaceré hydrofóbne skupiny majú silnú asociáciu. Medzi takéto zahusťovadlá patrí Optiflo TVS.
Hydrofóbne modifikované polyéterové zahusťovadlo (HMPE) Výkon hydrofóbne modifikovaného polyéterového zahusťovadla je podobný ako u HEUR a medzi produkty patria Aquaflow NLS200, NLS210 a NHS300 od spoločnosti Hercules.
Jeho mechanizmus zahusťovania je výsledkom vodíkových väzieb a asociácie koncových skupín. V porovnaní s bežnými zahusťovadlami má lepšie vlastnosti proti usadzovaniu a stekaniu. Podľa rôznych polarít koncových skupín možno modifikované polymočovinové zahusťovadlá rozdeliť na tri typy: nízkopolaritické polymočovinové zahusťovadlá, stredne polarity polymočovinové zahusťovadlá a vysoko polarity polymočovinové zahusťovadlá. Prvé dva sa používajú na zahusťovanie náterov na báze rozpúšťadiel, zatiaľ čo vysoko polarity polymočovinové zahusťovadlá sa môžu použiť na vysoko polarity náterov na báze rozpúšťadiel aj na nátery na báze vody. Komerčné produkty polymočovinových zahusťovadiel s nízkou, strednou a vysokou polaritou sú BYK-411, BYK-410 a BYK-420.
Modifikovaná polyamidová vosková suspenzia je reologická prísada syntetizovaná zavedením hydrofilných skupín, ako je PEG, do molekulárneho reťazca amidového vosku. V súčasnosti sa niektoré značky dovážajú a používajú sa hlavne na úpravu tixotropie systému a zlepšenie anti-tixotropie a protistekavosti.
Čas uverejnenia: 22. novembra 2022