Bí mật của phụ gia cho sơn gốc nước

Bản tóm tắt:

1. Chất làm ướt và phân tán

2. Chất phá bọt

3. Chất làm đặc

4. Phụ gia tạo màng

5. Chất chống ăn mòn, chống nấm mốc và chống tảo

6. Các chất phụ gia khác

1 Chất làm ướt và phân tán:

Lớp phủ gốc nước sử dụng nước làm dung môi hoặc môi trường phân tán, và nước có hằng số điện môi lớn, vì vậy lớp phủ gốc nước chủ yếu được ổn định bằng lực đẩy tĩnh điện khi lớp kép điện chồng lên nhau. Ngoài ra, trong hệ thống lớp phủ gốc nước, thường có các polyme và chất hoạt động bề mặt không ion, được hấp phụ trên bề mặt của chất độn sắc tố, tạo thành lực cản không gian và ổn định sự phân tán. Do đó, sơn và nhũ tương gốc nước đạt được kết quả ổn định thông qua tác động chung của lực đẩy tĩnh điện và lực cản không gian. Nhược điểm của nó là khả năng chống điện phân kém, đặc biệt là đối với các chất điện phân có giá cao.

1.1 Chất làm ướt

Chất làm ướt cho lớp phủ gốc nước được chia thành chất anion và chất không ion.

Sự kết hợp giữa chất làm ướt và chất phân tán có thể đạt được kết quả lý tưởng. Lượng chất làm ướt thường là vài phần nghìn. Tác dụng tiêu cực của nó là tạo bọt và làm giảm khả năng chống nước của màng phủ.

Một trong những xu hướng phát triển của chất làm ướt là dần thay thế chất làm ướt polyoxyethylene alkyl (benzen) phenol ether (APEO hoặc APE), vì nó dẫn đến việc giảm hormone nam ở chuột và can thiệp vào nội tiết. Polyoxyethylene alkyl (benzen) phenol ether được sử dụng rộng rãi làm chất nhũ hóa trong quá trình trùng hợp nhũ tương.

Chất hoạt động bề mặt kép cũng là những phát triển mới. Đó là hai phân tử lưỡng tính được liên kết bởi một chất giãn cách. Đặc điểm đáng chú ý nhất của chất hoạt động bề mặt tế bào kép là nồng độ micelle tới hạn (CMC) thấp hơn một bậc độ lớn so với chất hoạt động bề mặt "tế bào đơn" của chúng, tiếp theo là hiệu quả cao. Chẳng hạn như TEGO Twin 4000, đó là chất hoạt động bề mặt siloxane tế bào kép và có đặc tính tạo bọt và chống tạo bọt không ổn định.

Air Products đã phát triển chất hoạt động bề mặt Gemini. Chất hoạt động bề mặt truyền thống có đuôi kỵ nước và đầu ưa nước, nhưng chất hoạt động bề mặt mới này có hai nhóm ưa nước và hai hoặc ba nhóm kỵ nước, là chất hoạt động bề mặt đa chức năng, được gọi là acetylene glycol, các sản phẩm như EnviroGem AD01.

1.2 Chất phân tán

Chất phân tán cho sơn latex được chia thành bốn loại: chất phân tán phosphate, chất phân tán polyacid homopolymer, chất phân tán polyacid copolymer và các chất phân tán khác.

Các chất phân tán phosphate được sử dụng rộng rãi nhất là polyphosphate, chẳng hạn như natri hexametaphosphate, natri polyphosphate (Calgon N, sản phẩm của Công ty Hóa chất BK Giulini tại Đức), kali tripolyphosphate (KTPP) và tetrapotassium pyrophosphate (TKPP). Cơ chế hoạt động của nó là ổn định lực đẩy tĩnh điện thông qua liên kết hydro và hấp phụ hóa học. Ưu điểm của nó là liều lượng thấp, khoảng 0,1% và có hiệu ứng phân tán tốt đối với các chất màu và chất độn vô cơ. Nhưng cũng có những thiếu sót: một là, cùng với việc tăng giá trị pH và nhiệt độ, polyphosphate dễ bị thủy phân, làm giảm độ ổn định lưu trữ lâu dài; Hòa tan không hoàn toàn trong môi trường sẽ ảnh hưởng đến độ bóng của sơn latex bóng.

Chất phân tán este phosphat là hỗn hợp của monoeste, dieste, rượu còn lại và axit photphoric.

Chất phân tán este phosphat ổn định các chất phân tán sắc tố, bao gồm các sắc tố phản ứng như kẽm oxit. Trong các công thức sơn bóng, nó cải thiện độ bóng và khả năng làm sạch. Không giống như các chất phụ gia làm ướt và phân tán khác, việc bổ sung chất phân tán este phosphat không ảnh hưởng đến độ nhớt KU và ICI của lớp phủ.

Chất phân tán đồng trùng hợp polyacid, chẳng hạn như Tamol 1254 và Tamol 850, Tamol 850 là đồng trùng hợp của axit methacrylic. Chất phân tán đồng trùng hợp polyacid, chẳng hạn như Orotan 731A, là đồng trùng hợp của diisobutylene và axit maleic. Đặc điểm của hai loại chất phân tán này là chúng tạo ra khả năng hấp phụ hoặc neo mạnh trên bề mặt của chất màu và chất độn, có chuỗi phân tử dài hơn để tạo thành lực cản lập thể và có khả năng hòa tan trong nước ở các đầu chuỗi, và một số được bổ sung lực đẩy tĩnh điện để đạt được kết quả ổn định. Để chất phân tán có khả năng phân tán tốt, trọng lượng phân tử phải được kiểm soát chặt chẽ. Nếu trọng lượng phân tử quá nhỏ, sẽ không có đủ lực cản lập thể; nếu trọng lượng phân tử quá lớn, sẽ xảy ra hiện tượng keo tụ. Đối với chất phân tán polyacrylate, hiệu quả phân tán tốt nhất có thể đạt được nếu mức độ trùng hợp là 12-18.

Các loại chất phân tán khác, chẳng hạn như AMP-95, có tên hóa học là 2-amino-2-methyl-1-propanol. Nhóm amino được hấp phụ trên bề mặt của các hạt vô cơ và nhóm hydroxyl kéo dài đến nước, đóng vai trò ổn định thông qua sự cản trở lập thể. Do kích thước nhỏ, sự cản trở lập thể bị hạn chế. AMP-95 chủ yếu là chất điều chỉnh pH.

Trong những năm gần đây, nghiên cứu về chất phân tán đã khắc phục được vấn đề kết bông do trọng lượng phân tử cao gây ra, và sự phát triển của trọng lượng phân tử cao là một trong những xu hướng. Ví dụ, chất phân tán trọng lượng phân tử cao EFKA-4580 được sản xuất bằng phương pháp trùng hợp nhũ tương được phát triển chuyên biệt cho lớp phủ công nghiệp gốc nước, thích hợp để phân tán sắc tố hữu cơ và vô cơ, và có khả năng chống nước tốt.

Nhóm amino có ái lực tốt với nhiều sắc tố thông qua liên kết axit-bazơ hoặc liên kết hydro. Chất phân tán đồng trùng hợp khối với axit aminoacrylic làm nhóm neo đã được chú ý.

Chất phân tán với dimethylaminoethyl methacrylate làm nhóm neo

Phụ gia làm ướt và phân tán Tego Dispers 655 được sử dụng trong sơn ô tô gốc nước không chỉ để định hướng các sắc tố mà còn ngăn bột nhôm phản ứng với nước.

Do lo ngại về môi trường, các tác nhân làm ướt và phân tán có thể phân hủy sinh học đã được phát triển, chẳng hạn như tác nhân làm ướt và phân tán tế bào đôi EnviroGem AE series, là tác nhân làm ướt và phân tán ít bọt.

2 chất phá bọt:

Có nhiều loại chất chống tạo bọt sơn gốc nước truyền thống, thường được chia thành ba loại: chất chống tạo bọt dầu khoáng, chất chống tạo bọt polysiloxane và các chất chống tạo bọt khác.

Chất phá bọt dầu khoáng thường được sử dụng, chủ yếu trong sơn latex phẳng và bán bóng.

Chất chống tạo bọt polysiloxane có sức căng bề mặt thấp, khả năng chống tạo bọt và phá bọt mạnh, không ảnh hưởng đến độ bóng, nhưng khi sử dụng không đúng cách sẽ gây ra các khuyết tật như màng sơn co lại và khả năng sơn phủ lại kém.

Chất chống tạo bọt sơn gốc nước truyền thống không tương thích với pha nước để đạt được mục đích chống tạo bọt, do đó dễ tạo ra các khuyết tật bề mặt trên màng sơn.

Trong những năm gần đây, chất phá bọt ở cấp độ phân tử đã được phát triển.

Chất chống tạo bọt này là một loại polyme được hình thành bằng cách ghép trực tiếp các hoạt chất chống tạo bọt lên chất mang. Chuỗi phân tử của polyme có nhóm hydroxyl làm ướt, hoạt chất chống tạo bọt được phân bố xung quanh phân tử, hoạt chất không dễ kết tụ và khả năng tương thích với hệ thống phủ tốt. Các chất chống tạo bọt ở cấp độ phân tử như vậy bao gồm dầu khoáng — loại FoamStar A10, loại có chứa silicon — loại FoamStar A30 và polyme không chứa silicon, không chứa dầu — loại FoamStar MF.

Người ta cũng báo cáo rằng chất chống tạo bọt ở cấp độ phân tử này sử dụng các polyme sao ghép siêu nhỏ làm chất hoạt động bề mặt không tương thích và đã đạt được kết quả tốt trong các ứng dụng phủ gốc nước. Chất chống tạo bọt cấp độ phân tử của Air Products do Stout và cộng sự báo cáo là chất kiểm soát bọt gốc acetylene glycol và chất chống tạo bọt có cả hai đặc tính làm ướt, chẳng hạn như Surfynol MD 20 và Surfynol DF 37.

Ngoài ra, để đáp ứng nhu cầu sản xuất lớp phủ không chứa VOC, còn có các chất phá bọt không chứa VOC như Agitan 315, Agitan E 255, v.v.

3 Chất làm đặc:

Có nhiều loại chất làm đặc, hiện nay thường dùng là chất làm đặc ete cellulose và các dẫn xuất của nó, chất làm đặc trương nở kiềm liên kết (HASE) và chất làm đặc polyurethane (HEUR).

3.1. Ete xenluloza và các dẫn xuất của nó

Hydroxyethyl cellulose (HEC) lần đầu tiên được sản xuất công nghiệp bởi Union Carbide Company vào năm 1932, và có lịch sử hơn 70 năm. Hiện nay, chất làm đặc của cellulose ether và các dẫn xuất của nó chủ yếu bao gồm hydroxyethyl cellulose (HEC), methyl hydroxyethyl cellulose (MHEC), ethyl hydroxyethyl cellulose (EHEC), methyl hydroxypropyl Base cellulose (MHPC), methyl cellulose (MC) và xanthan gum, v.v., đây là chất làm đặc không ion và cũng thuộc về chất làm đặc pha nước không liên kết. Trong số đó, HEC là chất được sử dụng phổ biến nhất trong sơn latex.

Cellulose biến đổi kỵ nước (HMHEC) đưa một lượng nhỏ nhóm alkyl kỵ nước chuỗi dài vào xương sống ưa nước của cellulose để trở thành chất làm đặc liên kết, chẳng hạn như Natrosol Plus Grade 330, 331, Cellosize SG-100, Bermocoll EHM-100. Hiệu ứng làm đặc của nó tương đương với hiệu ứng của chất làm đặc ether cellulose có trọng lượng phân tử lớn hơn nhiều. Nó cải thiện độ nhớt và độ phẳng của ICI, đồng thời làm giảm sức căng bề mặt, chẳng hạn như sức căng bề mặt của HEC là khoảng 67mN/m, và sức căng bề mặt của HMHEC là 55-65mN/m.

3.2 Chất làm đặc trương nở kiềm

Chất làm đặc trương nở kiềm được chia thành hai loại: chất làm đặc trương nở kiềm không liên kết (ASE) và chất làm đặc trương nở kiềm liên kết (HASE), là chất làm đặc anion. ASE không liên kết là nhũ tương trương nở kiềm polyacrylate. HASE liên kết là nhũ tương trương nở kiềm polyacrylate được biến đổi kỵ nước.

3.3. Chất làm đặc polyurethane và chất làm đặc không phải polyurethane được biến tính kỵ nước

Chất làm đặc polyurethane, được gọi là HEUR, là một loại polyme hòa tan trong nước polyurethane ethoxylat hóa được biến đổi theo nhóm kỵ nước, thuộc về chất làm đặc liên kết không ion. HEUR bao gồm ba phần: nhóm kỵ nước, chuỗi ưa nước và nhóm polyurethane. Nhóm kỵ nước đóng vai trò liên kết và là yếu tố quyết định để làm đặc, thường là oleyl, octadecyl, dodecylphenyl, nonylphenol, v.v. Chuỗi ưa nước có thể cung cấp độ ổn định hóa học và độ ổn định độ nhớt, thường được sử dụng là polyete, chẳng hạn như polyoxyethylene và các dẫn xuất của nó. Chuỗi phân tử của HEUR được kéo dài bởi các nhóm polyurethane, chẳng hạn như IPDI, TDI và HMDI. Đặc điểm cấu trúc của chất làm đặc liên kết là chúng được kết thúc bằng các nhóm kỵ nước. Tuy nhiên, mức độ thay thế các nhóm kỵ nước ở cả hai đầu của một số HEUR có bán trên thị trường thấp hơn 0,9 và tốt nhất chỉ là 1,7. Các điều kiện phản ứng phải được kiểm soát chặt chẽ để thu được chất làm đặc polyurethane có phân bố trọng lượng phân tử hẹp và hiệu suất ổn định. Hầu hết các HEUR được tổng hợp bằng phương pháp trùng hợp từng bước, do đó các HEUR có sẵn trên thị trường thường là hỗn hợp có khối lượng phân tử rộng.

Richey và cộng sự đã sử dụng chất làm đặc liên kết pyrene đánh dấu huỳnh quang (PAT, trọng lượng phân tử trung bình số 30000, trọng lượng phân tử trung bình 60000) để thấy rằng ở nồng độ 0,02% (trọng lượng), độ kết tụ micelle của Acrysol RM-825 và PAT là khoảng 6. Năng lượng liên kết giữa chất làm đặc và bề mặt của các hạt latex là khoảng 25 KJ/mol; diện tích chiếm giữ bởi mỗi phân tử chất làm đặc PAT trên bề mặt của các hạt latex là khoảng 13 nm2, gần bằng diện tích chiếm giữ bởi chất làm ướt Triton X-405 gấp 14 lần so với 0,9 nm2. Chất làm đặc polyurethane liên kết như RM-2020NPR, DSX 1550, v.v.

Sự phát triển của chất làm đặc polyurethane liên kết thân thiện với môi trường đã nhận được sự quan tâm rộng rãi. Ví dụ, BYK-425 là chất làm đặc polyurethane biến tính urê không chứa VOC và APEO. Rheolate 210, Borchi Gel 0434, Tego ViscoPlus 3010, 3030 và 3060 là chất làm đặc polyurethane liên kết không chứa VOC và APEO.

Ngoài các chất làm đặc polyurethane liên kết tuyến tính được mô tả ở trên, còn có các chất làm đặc polyurethane liên kết dạng lược. Cái gọi là chất làm đặc polyurethane liên kết dạng lược có nghĩa là có một nhóm kỵ nước treo ở giữa mỗi phân tử chất làm đặc. Các chất làm đặc như SCT-200 và SCT-275, v.v.

Chất làm đặc aminoplast biến đổi kỵ nước (chất làm đặc aminoplast ethoxylated biến đổi kỵ nước—HEAT) biến đổi nhựa amino đặc biệt thành bốn nhóm kỵ nước bị chặn, nhưng khả năng phản ứng của bốn vị trí phản ứng này là khác nhau. Trong quá trình bổ sung nhóm kỵ nước thông thường, chỉ có hai nhóm kỵ nước bị chặn, vì vậy chất làm đặc amino biến đổi kỵ nước tổng hợp không khác nhiều so với HEUR, chẳng hạn như Optiflo H 500. Nếu thêm nhiều nhóm kỵ nước hơn, chẳng hạn như lên đến 8%, các điều kiện phản ứng có thể được điều chỉnh để tạo ra chất làm đặc amino với nhiều nhóm kỵ nước bị chặn. Tất nhiên, đây cũng là chất làm đặc dạng lược. Chất làm đặc amino biến đổi kỵ nước này có thể ngăn độ nhớt của sơn giảm do thêm một lượng lớn chất hoạt động bề mặt và dung môi glycol khi thêm chất làm đặc màu. Lý do là các nhóm kỵ nước mạnh có thể ngăn chặn sự giải hấp và nhiều nhóm kỵ nước có liên kết mạnh. Các chất làm đặc như Optiflo TVS.

Chất làm đặc polyether biến tính kỵ nước (HMPE) Hiệu suất của chất làm đặc polyether biến tính kỵ nước tương tự như HEUR và các sản phẩm bao gồm Aquaflow NLS200, NLS210 và NHS300 của Hercules.

Cơ chế làm đặc của nó là tác động của cả liên kết hydro và liên kết các nhóm đầu. So với các chất làm đặc thông thường, nó có đặc tính chống lắng và chống chảy xệ tốt hơn. Theo các cực khác nhau của các nhóm đầu, chất làm đặc polyurea biến tính có thể được chia thành ba loại: chất làm đặc polyurea phân cực thấp, chất làm đặc polyurea phân cực trung bình và chất làm đặc polyurea phân cực cao. Hai loại đầu tiên được sử dụng để làm đặc lớp phủ gốc dung môi, trong khi chất làm đặc polyurea phân cực cao có thể được sử dụng cho cả lớp phủ gốc dung môi phân cực cao và lớp phủ gốc nước. Các sản phẩm thương mại có độ phân cực thấp, độ phân cực trung bình và độ phân cực cao lần lượt là BYK-411, BYK-410 và BYK-420.

Bùn sáp polyamide biến tính là phụ gia lưu biến được tổng hợp bằng cách đưa các nhóm ưa nước như PEG vào chuỗi phân tử của sáp amide. Hiện nay, một số thương hiệu được nhập khẩu và chủ yếu được sử dụng để điều chỉnh tính lưu biến của hệ thống và cải thiện tính chống lưu biến. Hiệu suất chống chảy xệ.