Секрети добавок для водоемульсійних покриттів

Короткий зміст:

1. Змочувальний та диспергувальний агент

2. Піногасник

3. Загусник

4. Плівкоутворювальні добавки

5. Антикорозійний, проти цвілі та противодоростей

6. Інші добавки

1 Зволожувальний та диспергувальний агент:

У водорозчинних покриттях вода використовується як розчинник або дисперсійне середовище, а вода має велику діелектричну проникність, тому водорозчинні покриття стабілізуються переважно електростатичним відштовхуванням при перекритті подвійного електричного шару. Крім того, у водорозчинній системі покриттів часто присутні полімери та неіоногенні поверхнево-активні речовини, які адсорбуються на поверхні пігментного наповнювача, утворюючи стеричні перешкоди та стабілізуючи дисперсію. Таким чином, водорозчинні фарби та емульсії досягають стабільних результатів завдяки спільній дії електростатичного відштовхування та стеричних перешкод. Їх недоліком є ​​низька стійкість до електролітів, особливо для дорогих електролітів.

1.1 Зволожувальний агент

Змочувальні агенти для водорозчинних покриттів поділяються на аніонні та неіонні.

Поєднання змочувального агента та диспергуючого агента може досягти ідеальних результатів. Кількість змочувального агента зазвичай становить кілька на тисячу. Його негативним впливом є піноутворення та зниження водостійкості покривної плівки.

Однією з тенденцій розвитку змочувальних агентів є поступова заміна змочувальних агентів поліоксиетилен алкіл (бензол) фенол ефірами (APEO або APE), оскільки це призводить до зниження рівня чоловічих гормонів у щурів та впливає на ендокринну систему. Поліоксиетилен алкіл (бензол) фенол ефіри широко використовуються як емульгатори під час емульсійної полімеризації.

Подвійні поверхнево-активні речовини також є новими розробками. Це дві амфіфільні молекули, з'єднані спейсером. Найпомітнішою особливістю двоклітинних поверхнево-активних речовин є те, що критична концентрація міцел (КМК) більш ніж на порядок нижча, ніж у їхніх «одноклітинних» поверхнево-активних речовин, а також висока ефективність. Такі, як TEGO Twin 4000, є двоклітинною силоксановою поверхнево-активною речовиною, яка має нестабільні піно- та піногасні властивості.

Компанія Air Products розробила поверхнево-активні речовини Gemini. Традиційні поверхнево-активні речовини мають гідрофобний хвіст і гідрофільну головку, але ця нова поверхнево-активна речовина має дві гідрофільні групи та дві або три гідрофобні групи, що робить її багатофункціональною поверхнево-активною речовиною, відомою як ацетиленгліколі, такі продукти, як EnviroGem AD01.

1.2 Диспергатор

Диспергатори для латексної фарби поділяються на чотири категорії: фосфатні диспергатори, диспергатори полікислотних гомополімерів, диспергатори полікислотних кополімерів та інші диспергатори.

Найбільш широко використовуваними фосфатними диспергаторами є поліфосфати, такі як гексаметафосфат натрію, поліфосфат натрію (Calgon N, продукт хімічної компанії BK Giulini у Німеччині), триполіфосфат калію (KTPP) та пірофосфат тетракалію (TKPP). Механізм його дії полягає у стабілізації електростатичного відштовхування шляхом утворення водневих зв'язків та хімічної адсорбції. Його перевагою є низьке дозування, близько 0,1%, і він має хороший диспергуючий ефект на неорганічні пігменти та наповнювачі. Але є й недоліки: по-перше, поряд із підвищенням значення pH та температури, поліфосфат легко гідролізується, що призводить до поганої стабільності при тривалому зберіганні; неповне розчинення в середовищі вплине на блиск глянсової латексної фарби.

Диспергатори фосфатних естерів являють собою суміші моноестерів, діестерів, залишкових спиртів та фосфорної кислоти.

Диспергатори на основі фосфатних ефірів стабілізують дисперсії пігментів, включаючи реакційноздатні пігменти, такі як оксид цинку. У рецептурах глянцевих фарб вони покращують блиск та здатність до очищення. На відміну від інших змочувальних та диспергувальних добавок, додавання диспергаторів на основі фосфатних ефірів не впливає на в'язкість покриття за шкалою KU та ICI.

Полікислотний гомополімерний диспергатор, такий як Tamol 1254 та Tamol 850, Tamol 850 є гомополімером метакрилової кислоти. Полікислотний кополімерний диспергатор, такий як Orotan 731A, є кополімером диізобутилену та малеїнової кислоти. Характеристики цих двох типів диспергаторів полягають у тому, що вони забезпечують сильну адсорбцію або закріплення на поверхні пігментів та наповнювачів, мають довші молекулярні ланцюги для утворення стеричного бар'єру та розчинність у воді на кінцях ланцюга, а деякі доповнені електростатичним відштовхуванням для досягнення стабільних результатів. Щоб диспергатор мав добру диспергованість, молекулярну масу необхідно суворо контролювати. Якщо молекулярна маса занадто мала, стеричного бар'єру буде недостатньо; якщо молекулярна маса занадто велика, відбуватиметься флокуляція. Для поліакрилатних диспергаторів найкращий ефект диспергування може бути досягнутий, якщо ступінь полімеризації становить 12-18.

Інші типи диспергаторів, такі як AMP-95, мають хімічну назву 2-аміно-2-метил-1-пропанол. Аміногрупа адсорбується на поверхні неорганічних частинок, а гідроксильна група поширюється на воду, яка відіграє стабілізуючу роль через стеричні перешкоди. Через свій малий розмір стеричні перешкоди обмежені. AMP-95 є головним чином регулятором pH.

В останні роки дослідження диспергаторів дозволили подолати проблему флокуляції, спричиненої високою молекулярною масою, і розробка диспергаторів з високою молекулярною масою є однією з тенденцій. Наприклад, диспергатор з високою молекулярною масою EFKA-4580, отриманий методом емульсійної полімеризації, спеціально розроблений для промислових покриттів на водній основі, підходить для диспергування органічних та неорганічних пігментів і має добру водостійкість.

Аміногрупи мають добру спорідненість з багатьма пігментами через кислотно-основні або водневі зв'язки. Було звернуто увагу на блок-сополімерний диспергатор з аміноакриловою кислотою як якірною групою.

Диспергатор з диметиламіноетилметакрилатом як зв'язуючою групою

Змочувальна та диспергуюча добавка Tego Dispers 655 використовується у водорозчинних автомобільних фарбах не лише для орієнтації пігментів, але й для запобігання реакції алюмінієвого порошку з водою.

Через екологічні проблеми були розроблені біорозкладні змочувальні та диспергуючі агенти, такі як двокомпонентні змочувальні та диспергуючі агенти серії EnviroGem AE, які є змочувальними та диспергувальними агентами з низьким піноутворенням.

2 піногасник:

Існує багато видів традиційних піногасників для фарб на водній основі, які зазвичай поділяються на три категорії: піногасники на основі мінеральних масел, піногасники на основі полісилоксану та інші піногасники.

Піногасники на основі мінеральних масел зазвичай використовуються, головним чином у матових та напівглянцевих латексних фарбах.

Полісилоксанові піногасники мають низький поверхневий натяг, сильні піногасні та протипінні властивості, і не впливають на блиск, але при неправильному використанні вони можуть спричинити такі дефекти, як усадка покривної плівки та погана здатність до повторного покриття.

Традиційні піногасники для фарб на водній основі несумісні з водною фазою для досягнення мети піногасіння, тому легко утворити поверхневі дефекти в плівці покриття.

В останні роки були розроблені піногасники молекулярного рівня.

Цей піногасник являє собою полімер, утворений шляхом безпосереднього щеплення активних піногасників до речовини-носія. Молекулярний ланцюг полімеру має змочувальну гідроксильну групу, активна піногасник розподілена по молекулі, активна речовина нелегко агрегується, а сумісність із системою покриття є хорошою. До таких піногасників молекулярного рівня належать мінеральні олії — серія FoamStar A10, кремнійвмісні — серія FoamStar A30, та некремнієві, немасляні полімери — серія FoamStar MF.

Також повідомляється, що цей піногасник молекулярного рівня використовує суперщеплені зіркоподібні полімери як несумісні поверхнево-активні речовини та досяг хороших результатів у застосуваннях покриттів на водній основі. Піногасник молекулярного класу Air Products, про який повідомляли Стаут та ін., є піногасником на основі ацетиленгліколю та піногасником з як змочувальними властивостями, такими як Surfynol MD 20 та Surfynol DF 37.

Крім того, для задоволення потреб виробництва покриттів з нульовим вмістом летких органічних сполук (ЛОС) також існують піногасники без ЛОС, такі як Agitan 315, Agitan E 255 тощо.

3 загусники:

Існує багато видів загусників, наразі найчастіше використовуються загусники на основі ефірів целюлози та їх похідних, асоціативні загусники, що набухають лугами (HASE), та поліуретанові загусники (HEUR).

3.1. Целюлозний ефір та його похідні

Гідроксиетилцелюлоза (ГЕК) вперше була промислово вироблена компанією Union Carbide у 1932 році та має понад 70-річну історію. Наразі загусники целюлозного ефіру та його похідних включають переважно гідроксиетилцелюлозу (ГЕК), метилгідроксиетилцелюлозу (МГЕК), етилгідроксиетилцелюлозу (ЕГЕК), метилгідроксипропілцелюлозу (МГПК), метилцелюлозу (МЦ) та ксантанову камедь тощо. Це неіонні загусники, а також неасоційовані воднофазні загусники. Серед них ГЕК найчастіше використовується в латексних фарбах.

Гідрофобно модифікована целюлоза (ГМЦ) вводить невелику кількість довголанцюгових гідрофобних алкільних груп у гідрофільний каркас целюлози, перетворюючись на асоціативний загусник, такий як Natrosol Plus Grade 330, 331, Cellosize SG-100, Bermocoll EHM-100. Його загусник порівнянний з ефектом загусників на основі ефірів целюлози з набагато більшою молекулярною масою. Він покращує в'язкість та вирівнювання ICI, а також знижує поверхневий натяг, наприклад, поверхневий натяг ГЦ становить близько 67 мН/м, а поверхневий натяг ГМЦ – 55-65 мН/м.

3.2 Загусник, що набухає під дією лугів

Загусники, що набухають лугами, поділяються на дві категорії: неасоціативні загусники, що набухають лугами (ASE), та асоціативні загусники, що набухають лугами (HASE), які є аніонними загусниками. Неасоційований ASE - це поліакрилатна емульсія, що набухає лугами. Асоціативний HASE - це гідрофобно модифікована поліакрилатна емульсія, що набухає лугами.

3.3. Поліуретановий загусник та гідрофобно модифікований неполіуретановий загусник

Поліуретановий загусник, який називають HEUR, являє собою етоксильований поліуретановий водорозчинний полімер, модифікований гідрофобними групами, який належить до неіонних асоціативних загусників. HEUR складається з трьох частин: гідрофобної групи, гідрофільного ланцюга та поліуретанової групи. Гідрофобна група відіграє асоціативну роль і є вирішальним фактором загущення, зазвичай це олеїл, октадецил, додецилфеніл, нонілфенол тощо. Гідрофільний ланцюг може забезпечити хімічну стабільність та стабільність в'язкості, зазвичай використовуються поліефіри, такі як поліоксиетилен та його похідні. Молекулярний ланцюг HEUR подовжується поліуретановими групами, такими як IPDI, TDI та HMDI. Структурною особливістю асоціативних загусників є те, що вони завершуються гідрофобними групами. Однак ступінь заміщення гідрофобних груп на обох кінцях деяких комерційно доступних HEUR нижчий за 0,9, а найкращий - лише 1,7. Умови реакції повинні суворо контролюватися для отримання поліуретанового загусника з вузьким розподілом молекулярної маси та стабільною продуктивністю. Більшість HEUR синтезуються шляхом поетапної полімеризації, тому комерційно доступні HEUR зазвичай є сумішами широких молекулярних мас.

Річі та ін. використовували флуоресцентний індикатор загусника на основі пірену (PAT, середньочислова молекулярна маса 30000, середньовагова молекулярна маса 60000), щоб виявити, що при концентрації 0,02% (мас.) ступінь агрегації міцел Acrysol RM-825 та PAT становив близько 6. Енергія асоціації між загусником та поверхнею латексних частинок становить близько 25 кДж/моль; площа, яку займає кожна молекула загусника PAT на поверхні латексних частинок, становить близько 13 нм2, що приблизно в 14 разів перевищує площу, яку займає змочувальний агент Triton X-405, порівняно з 0,9 нм2. Асоціативний поліуретановий загусник, такий як RM-2020NPR, DSX 1550 тощо.

Розробка екологічно чистих асоціативних поліуретанових загусників отримала широку увагу. Наприклад, BYK-425 – це поліуретановий загусник, модифікований сечовиною, без ЛОС та АПЕО. Rheolate 210, Borchi Gel 0434, Tego ViscoPlus 3010, 3030 та 3060 – це асоціативний поліуретановий загусник без ЛОС та АПЕО.

Окрім лінійних асоціативних поліуретанових загусників, описаних вище, існують також гребінчасті асоціативні поліуретанові загусники. Так званий гребінчасто-асоціативний поліуретановий загусник означає, що в середині кожної молекули загусника є підвісна гідрофобна група. Такі загусники, як SCT-200 та SCT-275 тощо.

Гідрофобно модифікований амінопластний загусник (гідрофобно модифікований етоксильований амінопластний загусник — HEAT) перетворює спеціальну аміносмолу на чотири закриті гідрофобні групи, але реакційна здатність цих чотирьох центрів реакції відрізняється. При звичайному додаванні гідрофобних груп є лише дві блоковані гідрофобні групи, тому синтетичний гідрофобно модифікований амінопластний загусник не сильно відрізняється від HEUR, такого як Optiflo H 500. Якщо додати більше гідрофобних груп, наприклад, до 8%, умови реакції можна скоригувати для отримання амінозагусників з кількома блокованими гідрофобними групами. Звичайно, це також гребінчастий загусник. Цей гідрофобно модифікований амінозагусник може запобігти зниженню в'язкості фарби через додавання великої кількості поверхнево-активних речовин та глікольних розчинників при підборі кольору. Причина полягає в тому, що сильні гідрофобні групи можуть запобігти десорбції, а кілька гідрофобних груп мають сильну асоціацію. Такі загусники, як Optiflo TVS.

Гідрофобний модифікований поліефірний загусник (HMPE). Характеристики гідрофобно модифікованого поліефірного загусника подібні до HEUR, а продукти включають Aquaflow NLS200, NLS210 та NHS300 від Hercules.

Його механізм загущення є ефектом як водневих зв'язків, так і асоціації кінцевих груп. Порівняно зі звичайними загусниками, він має кращі властивості проти утворення осадів та провисання. Залежно від різної полярності кінцевих груп, модифіковані полісечовинні загусники можна розділити на три типи: низькополярні полісечовинні загусники, середньополярні полісечовинні загусники та високополярні полісечовинні загусники. Перші два використовуються для загущення покриттів на основі розчинників, тоді як високополярні полісечовинні загусники можуть використовуватися як для високополярних покриттів на основі розчинників, так і для покриттів на водній основі. Комерційними продуктами полісечовинніх загусників низької, середньої та високої полярності є BYK-411, BYK-410 та BYK-420 відповідно.

Модифікована суспензія поліамідного воску - це реологічна добавка, синтезована шляхом введення гідрофільних груп, таких як ПЕГ, у молекулярний ланцюг амідного воску. Наразі деякі марки імпортуються та в основному використовуються для регулювання тиксотропії системи та покращення антитиксотропних властивостей. Протипровісні властивості.