Povzetek:
1. Vlažilno in disperzijsko sredstvo
2. Odpenjevalec
3. Zgoščevalec
4. Filmotvorni dodatki
5. Sredstvo proti koroziji, plesni in algam
6. Drugi dodatki
1 Vlažilno in disperzijsko sredstvo:
Premazi na vodni osnovi uporabljajo vodo kot topilo ali disperzijski medij, voda pa ima veliko dielektrično konstanto, zato se premazi na vodni osnovi stabilizirajo predvsem z elektrostatičnim odbojem, ko se električni dvojni sloj prekriva. Poleg tega so v sistemu premazov na vodni osnovi pogosto prisotni polimeri in neionske površinsko aktivne snovi, ki se adsorbirajo na površino pigmentnega polnila in tvorijo sterično oviro ter stabilizirajo disperzijo. Zato barve in emulzije na vodni osnovi dosegajo stabilne rezultate s skupnim delovanjem elektrostatičnega odboja in sterične ovire. Njihova pomanjkljivost je slaba odpornost na elektrolite, zlasti pri dragih elektrolitih.
1.1 Vlažilno sredstvo
Vlažilna sredstva za vodne premaze delimo na anionske in neionske.
Kombinacija vlažilnega in disperzijskega sredstva lahko doseže idealne rezultate. Količina vlažilnega sredstva je običajno nekaj na tisoč. Njegov negativni učinek je penjenje in zmanjšanje vodoodpornosti premaznega filma.
Eden od razvojnih trendov omočilnih sredstev je postopna zamenjava omočilnih sredstev na osnovi polioksietilen alkil (benzen) fenol etra (APEO ali APE), ker ta vodi do zmanjšanja moških hormonov pri podganah in moti endokrini sistem. Polioksietilen alkil (benzen) fenol etri se pogosto uporabljajo kot emulgatorji med emulzijsko polimerizacijo.
Dvojne površinsko aktivne snovi so prav tako novost. Gre za dve amfifilni molekuli, povezani z distančnikom. Najpomembnejša značilnost dvoceličnih površinsko aktivnih snovi je, da je kritična micelna koncentracija (CMC) za več kot velikostni razred nižja kot pri njihovih "enoceličnih" površinsko aktivnih snoveh, sledi pa jim visoka učinkovitost. Kot je TEGO Twin 4000, je dvocelična siloksanska površinsko aktivna snov z nestabilnimi penilnimi in protipenilnimi lastnostmi.
Podjetje Air Products je razvilo površinsko aktivne snovi Gemini. Tradicionalne površinsko aktivne snovi imajo hidrofobni rep in hidrofilno glavo, ta nova površinsko aktivna snov pa ima dve hidrofilni skupini in dve ali tri hidrofobne skupine, kar je večnamenska površinsko aktivna snov, znana kot acetilen glikoli, izdelki, kot je EnviroGem AD01.
1.2 Dispergator
Disperzanti za lateks barve so razdeljeni v štiri kategorije: fosfatni disperzanti, disperzanti polikislinskih homopolimerov, disperzanti polikislinskih kopolimerov in drugi disperzanti.
Najpogosteje uporabljeni disperzanti fosfatov so polifosfati, kot so natrijev heksametafosfat, natrijev polifosfat (Calgon N, izdelek podjetja BK Giulini Chemical Company v Nemčiji), kalijev tripolifosfat (KTPP) in tetrakalijev pirofosfat (TKPP). Mehanizem njihovega delovanja je stabilizacija elektrostatičnega odbijanja z vodikovimi vezmi in kemično adsorpcijo. Njihova prednost je v nizkem odmerku, približno 0,1 %, in dobrem disperzijskem učinku na anorganske pigmente in polnila. Vendar pa obstajajo tudi pomanjkljivosti: poleg dviga pH vrednosti in temperature polifosfat zlahka hidrolizira, kar povzroča slabo dolgoročno stabilnost pri skladiščenju; nepopolno raztapljanje v mediju vpliva na sijaj sijajne lateks barve.
Disperzanti fosfatnih estrov so zmesi monoestrov, diestrov, preostalih alkoholov in fosforne kisline.
Disperzanti na osnovi fosfatnih estrov stabilizirajo disperzije pigmentov, vključno z reaktivnimi pigmenti, kot je cinkov oksid. V formulacijah sijajnih barv izboljšajo sijaj in čiščenje. Za razliko od drugih dodatkov za omočenje in dispergiranje dodatek disperzantov na osnovi fosfatnih estrov ne vpliva na viskoznost premaza KU in ICI.
Polikislinski homopolimerni dispergator, kot sta Tamol 1254 in Tamol 850, je Tamol 850 homopolimer metakrilne kisline. Polikislinski kopolimerni dispergator, kot je Orotan 731A, je kopolimer diizobutilena in maleinske kisline. Značilnosti teh dveh vrst dispergatorjev so, da močno adsorpcijsko vežejo ali sidrajo pigmente in polnila na površino, imajo daljše molekularne verige za tvorbo sterične ovire in so topni v vodi na koncih verige, nekateri pa so dopolnjeni z elektrostatičnim odbojem za doseganje stabilnih rezultatov. Da bi dispergator imel dobro disperzibilnost, je treba molekulsko maso strogo nadzorovati. Če je molekulska masa premajhna, sterične ovire ne bo dovolj; če je molekulska masa prevelika, bo prišlo do flokulacije. Pri poliakrilatnih dispergatorjih se najboljši disperzijski učinek doseže, če je stopnja polimerizacije 12-18.
Druge vrste disperzantov, kot je AMP-95, imajo kemijsko ime 2-amino-2-metil-1-propanol. Amino skupina se adsorbira na površini anorganskih delcev, hidroksilna skupina pa se razteza do vode, ki ima stabilizacijsko vlogo zaradi sterične ovire. Zaradi svoje majhnosti je sterična ovira omejena. AMP-95 je predvsem regulator pH.
V zadnjih letih so raziskave dispergatorjev premagale problem flokulacije, ki jo povzroča visoka molekulska masa, razvoj visokomolekularnih sredstev pa je eden od trendov. Na primer, visokomolekularno dispergator EFKA-4580, proizveden z emulzijsko polimerizacijo, je posebej razvit za industrijske premaze na vodni osnovi, primeren za disperzijo organskih in anorganskih pigmentov ter ima dobro vodoodpornost.
Amino skupine imajo dobro afiniteto za številne pigmente prek kislinsko-bazičnih ali vodikovih vezi. Pozornost je bila namenjena dispergatorju blok kopolimera z aminoakrilno kislino kot sidrno skupino.
Dispergator z dimetilaminoetil metakrilatom kot sidrno skupino
Tego Dispers 655, vlažilni in dispergirni dodatek, se uporablja v avtomobilskih barvah na vodni osnovi ne le za orientacijo pigmentov, temveč tudi za preprečevanje reakcije aluminijevega prahu z vodo.
Zaradi okoljskih pomislekov so bila razvita biorazgradljiva omočilna in dispergirajoča sredstva, kot so dvocelična omočilna in dispergirajoča sredstva serije EnviroGem AE, ki so omočilna in dispergirajoča sredstva z nizko stopnjo penjenja.
2 odpihovalca:
Obstaja veliko vrst tradicionalnih odpalnikov za barve na vodni osnovi, ki jih običajno delimo v tri kategorije: odpalnike na osnovi mineralnega olja, odpalnike na osnovi polisiloksana in druge odpalnike.
Odpihovalci na osnovi mineralnega olja se pogosto uporabljajo, predvsem v mat in polsijajnih lateks barvah.
Polisiloksanski odpalniki imajo nizko površinsko napetost, močne lastnosti odpiranja in protipenjenja ter ne vplivajo na sijaj, vendar bodo pri nepravilni uporabi povzročili napake, kot sta krčenje premaznega filma in slaba možnost ponovnega nanosa.
Tradicionalni odpihovalci barv na vodni osnovi niso združljivi z vodno fazo za doseganje namena odpihovanja, zato je enostavno povzročiti površinske napake v premaznem filmu.
V zadnjih letih so bili razviti odpihovalci na molekularni ravni.
To sredstvo proti penjenju je polimer, ki nastane z neposrednim cepljenjem aktivnih snovi proti penjenju na nosilno snov. Molekularna veriga polimera ima omočilno hidroksilno skupino, aktivna snov proti penjenju je porazdeljena po molekuli, aktivna snov se ne agregira zlahka in je dobro združljiva s premaznim sistemom. Takšni molekularni odpalniki vključujejo mineralna olja – serija FoamStar A10, polimere, ki vsebujejo silicij – serija FoamStar A30, in polimere, ki ne vsebujejo silicija in olja – serija FoamStar MF.
Poroča se tudi, da ta molekularna penilna snov uporablja supercepljene zvezdaste polimere kot nezdružljive površinsko aktivne snovi in je dosegla dobre rezultate pri nanašanju premazov na vodni osnovi. Molekularna penilna snov podjetja Air Products, o kateri poročajo Stout in sodelavci, je sredstvo za nadzor penjenja in penilna snov na osnovi acetilen glikola z omočilnimi lastnostmi, kot sta Surfynol MD 20 in Surfynol DF 37.
Poleg tega so za potrebe izdelave premazov z ničelno vsebnostjo HOS na voljo tudi odpalniki brez HOS, kot so Agitan 315, Agitan E 255 itd.
3 zgoščevalci:
Obstaja veliko vrst zgoščevalcev, trenutno se najpogosteje uporabljajo zgoščevalci na osnovi celuloznega etra in njegovih derivatov, asociativni zgoščevalci, ki nabrekajo v alkalijih (HASE), in poliuretanski zgoščevalci (HEUR).
3.1. Celulozni eter in njegovi derivati
Hidroksietil celulozo (HEC) je leta 1932 prvič industrijsko proizvajalo podjetje Union Carbide Company in ima več kot 70-letno zgodovino. Trenutno zgoščevalci celuloznega etra in njegovih derivatov vključujejo predvsem hidroksietil celulozo (HEC), metil hidroksietil celulozo (MHEC), etil hidroksietil celulozo (EHEC), metil hidroksipropil celulozo (MHPC), metil celulozo (MC) in ksantan gumi itd. To so neionska zgoščevalca in spadajo tudi med nevezana zgoščevalca v vodni fazi. Med njimi se HEC najpogosteje uporablja v lateks barvah.
Hidrofobno modificirana celuloza (HMHEC) uvaja majhno količino dolgoverižnih hidrofobnih alkilnih skupin na hidrofilno ogrodje celuloze, da postane asociativno zgoščevalec, kot so Natrosol Plus Grade 330, 331, Cellosize SG-100, Bermocoll EHM-100. Njegov zgoščevalni učinek je primerljiv z zgoščevalci celuloznih etrov z veliko večjo molekulsko maso. Izboljša viskoznost in izravnavo ICI ter zmanjša površinsko napetost, tako da je površinska napetost HEC približno 67 mN/m, površinska napetost HMHEC pa 55-65 mN/m.
3.2 Zgoščevalec, ki nabreka v alkalijih
Zgoščevalci, ki nabrekajo v alkalijih, so razdeljeni v dve kategoriji: neasociativni zgoščevalci, ki nabrekajo v alkalijih (ASE), in asociativni zgoščevalci, ki nabrekajo v alkalijih (HASE), ki so anionski zgoščevalci. Neasociirani ASE je poliakrilatna alkalno nabrekajoča emulzija. Asociativni HASE je hidrofobno modificirana poliakrilatna alkalno nabrekajoča emulzija.
3.3. Poliuretansko zgoščevalec in hidrofobno modificiran nepoliuretanski zgoščevalec
Poliuretansko zgoščevalec, imenovan HEUR, je s hidrofobnimi skupinami modificiran etoksiliran poliuretanski vodotopni polimer, ki spada med neionska asociativna zgoščevalca. HEUR je sestavljen iz treh delov: hidrofobne skupine, hidrofilne verige in poliuretanske skupine. Hidrofobna skupina igra asociacijsko vlogo in je odločilni dejavnik za zgoščevanje, običajno gre za oleil, oktadecil, dodecilfenil, nonilfenol itd. Hidrofilna veriga lahko zagotavlja kemijsko stabilnost in stabilnost viskoznosti, pogosto se uporabljajo polietri, kot so polioksietilen in njegovi derivati. Molekularna veriga HEUR je podaljšana s poliuretanskimi skupinami, kot so IPDI, TDI in HMDI. Strukturna značilnost asociativnih zgoščevalcev je, da so zaključene s hidrofobnimi skupinami. Vendar pa je stopnja substitucije hidrofobnih skupin na obeh koncih nekaterih komercialno dostopnih HEUR nižja od 0,9, najboljša pa je le 1,7. Reakcijske pogoje je treba strogo nadzorovati, da dobimo poliuretansko zgoščevalec z ozko porazdelitvijo molekulske mase in stabilnim delovanjem. Večina HEUR-ov se sintetizira s postopno polimerizacijo, zato so komercialno dostopni HEUR-i običajno mešanice širokih molekulskih mas.
Richey in sodelavci so uporabili fluorescenčni sledilnik, zgoščevalec asociacije pirena (PAT, številčno povprečna molekulska masa 30000, masno povprečna molekulska masa 60000), da bi ugotovili, da je bila pri koncentraciji 0,02 % (masa) stopnja agregacije micelov Acrysol RM-825 in PAT približno 6. Energija asociacije med zgoščevalcem in površino delcev lateksa je približno 25 KJ/mol; površina, ki jo zaseda vsaka molekula zgoščevalca PAT na površini delcev lateksa, je približno 13 nm2, kar je približno 14-krat večja površina, kot jo zaseda omočilno sredstvo Triton X-405, kot je 0,9 nm2. Asociativni poliuretanski zgoščevalec, kot so RM-2020NPR, DSX 1550 itd.
Razvoj okolju prijaznih asociativnih poliuretanskih zgoščevalcev je bil deležen široke pozornosti. BYK-425 je na primer s sečnino modificiran poliuretanski zgoščevalec brez HOS in APEO. Rheolate 210, Borchi Gel 0434, Tego ViscoPlus 3010, 3030 in 3060 so asociativni poliuretanski zgoščevalec brez HOS in APEO.
Poleg zgoraj opisanih linearnih asociativnih poliuretanskih zgoščevalcev obstajajo tudi glavnikasti asociativni poliuretanski zgoščevalci. Tako imenovani glavnikasti asociativni poliuretanski zgoščevalec pomeni, da je na sredini vsake molekule zgoščevalca viseča hidrofobna skupina. Takšni zgoščevalci, kot sta SCT-200 in SCT-275 itd.
Hidrofobno modificirano aminoplastno zgoščevalo (hidrofobno modificirano etoksilirano aminoplastno zgoščevalo – HEAT) spremeni posebno amino smolo v štiri zaprte hidrofobne skupine, vendar je reaktivnost teh štirih reakcijskih mest drugačna. Pri običajnem dodajanju hidrofobnih skupin sta blokirani le dve hidrofobni skupini, zato se sintetično hidrofobno modificirano amino zgoščevalo ne razlikuje veliko od HEUR, kot je Optiflo H 500. Če dodamo več hidrofobnih skupin, na primer do 8 %, lahko reakcijske pogoje prilagodimo tako, da nastanejo amino zgoščevala z več blokiranimi hidrofobnimi skupinami. Seveda je to tudi glavnik zgoščevalo. To hidrofobno modificirano amino zgoščevalo lahko prepreči padec viskoznosti barve zaradi dodatka velike količine površinsko aktivnih snovi in glikolnih topil pri dodajanju ujemanja barv. Razlog za to je, da močne hidrofobne skupine lahko preprečijo desorpcijo, več hidrofobnih skupin pa je močno povezano. Takšna zgoščevala so Optiflo TVS.
Hidrofobno modificirano polietersko zgoščevalo (HMPE) Učinkovitost hidrofobno modificiranega polieterskega zgoščevala je podobna kot pri HEUR, izdelki pa vključujejo Aquaflow NLS200, NLS210 in NHS300 podjetja Hercules.
Njegov mehanizem zgoščevanja je učinek vodikovih vezi in asociacije končnih skupin. V primerjavi z običajnimi zgoščevalci ima boljše lastnosti proti posedanju in posedanju. Glede na različne polarnosti končnih skupin lahko modificirane poliuretinske zgoščevalce razdelimo na tri vrste: nizkopolarne poliuretinske zgoščevalce, srednjepolarne poliuretinske zgoščevalce in visokopolarne poliuretinske zgoščevalce. Prvi dve se uporabljata za zgoščevanje premazov na osnovi topil, medtem ko se visokopolarni poliuretični zgoščevalci lahko uporabljajo tako za visokopolarne premaze na osnovi topil kot za premaze na vodni osnovi. Komercialni izdelki nizkopolarnih, srednjepolarnih in visokopolarnih poliuretinskih zgoščevalcev so BYK-411, BYK-410 oziroma BYK-420.
Modificirana poliamidna voskasta suspenzija je reološki dodatek, sintetiziran z vnosom hidrofilnih skupin, kot je PEG, v molekularno verigo amidnega voska. Trenutno se nekatere blagovne znamke uvažajo in se uporabljajo predvsem za uravnavanje tiksotropnosti sistema in izboljšanje antitiksotropnosti. Proti povešanju.
Čas objave: 22. november 2022