Bản tóm tắt:
1. Chất làm ướt và phân tán
2. Chất khử 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:
Sơn gốc nước sử dụng nước làm dung môi hoặc môi trường phân tán, và nước có hằng số điện môi lớn, do đó sơn gốc nước chủ yếu được ổn định nhờ lực đẩy tĩnh điện khi lớp điện kép chồng lên nhau. Ngoài ra, trong hệ sơn gốc nước, thường có các polyme và chất hoạt động bề mặt không ion, được hấp phụ trên bề mặt chất độn sắc tố, tạo thành lực cản không gian và ổn định sự phân tán. Vì vậy, sơn và nhũ tương gốc nước đạt được kết quả ổn định nhờ tác động kết hợp của lực đẩy tĩnh điện và lực cản không gian. Nhược điểm của nó là khả năng kháng điện phân kém, đặc biệt là đối với các chất điện phân đắt tiền.
1.1 Chất làm ướt
Các chất làm ướt dùng cho sơn gốc nước được chia thành chất làm ướt anion và chất làm ướt 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 chỉ vài phần nghìn. Nhược điểm 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 dần thay thế chất làm ướt polyoxyethylene alkyl (benzene) phenol ether (APEO hoặc APE), vì chất này dẫn đến giảm hormone nam ở chuột và gây rối loạn nội tiết. Polyoxyethylene alkyl (benzene) phenol ether được sử dụng rộng rãi làm chất nhũ hóa trong quá trình trùng hợp nhũ tương.
Các chất hoạt động bề mặt kép cũng là những phát triển mới. Chúng là hai phân tử lưỡng tính được liên kết với nhau bằng một chất nối. Đặc điểm đáng chú ý nhất của các chất hoạt động bề mặt kép là nồng độ micelle tới hạn (CMC) thấp hơn hơn một bậc so với các chất hoạt động bề mặt "đơn bào", kèm theo hiệu quả cao. Ví dụ như TEGO Twin 4000, là một chất hoạt động bề mặt siloxan kép, có đặc tính tạo bọt và khử bọt không ổn định.
Công ty Air Products đã phát triển chất hoạt động bề mặt Gemini. Các 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 một chất hoạt động bề mặt đa chức năng, được gọi là glycol axetylen, sản phẩm như EnviroGem AD01.
1.2 Chất phân tán
Các chất phân tán cho sơn latex được chia thành bốn loại: chất phân tán phosphat, chất phân tán polyme đồng trùng hợp polyacid, chất phân tán polyme đồng trùng hợp polyacid và các chất phân tán khác.
Các chất phân tán phosphat được sử dụng rộng rãi nhất là các polyphosphat, chẳng hạn như natri hexametaphosphat, natri polyphosphat (Calgon N, sản phẩm của Công ty Hóa chất BK Giulini ở Đức), kali tripolyphosphat (KTPP) và kali tetrapyrophosphat (TKPP). Cơ chế hoạt động của chúng là ổn định lực đẩy tĩnh điện thông qua liên kết hydro và hấp phụ hóa học. Ưu điểm là liều lượng sử dụng thấp, khoảng 0,1%, và có tác dụng phân tán tốt đối với các chất màu và chất độn vô cơ. Tuy nhiên, cũng có những nhược điểm: thứ nhất, cùng với sự tăng giá trị pH và nhiệt độ, polyphosphat dễ bị thủy phân, làm giảm độ ổn định khi bảo quản lâu dài; sự hòa tan không hoàn toàn trong môi trường sẽ ảnh hưởng đến độ bóng của sơn latex bóng.
Các chất phân tán este photphat là hỗn hợp của monoeste, dieste, rượu dư và axit photphoric.
Chất phân tán este photphat ổn định các chất phân tán sắc tố, bao gồm cả các sắc tố phản ứng như oxit kẽm. Trong 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 thêm chất phân tán este photphat không ảnh hưởng đến độ nhớt KU và ICI của lớp phủ.
Chất phân tán đồng trùng hợp polyacid, ví dụ như Tamol 1254 và Tamol 850, trong đó Tamol 850 là đồng trùng hợp của axit metacrylic. Chất phân tán đồng trùng hợp polyacid, ví dụ 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 sự hấp phụ hoặc neo giữ mạnh mẽ trên bề mặt của chất màu và chất độn, có chuỗi phân tử dài hơn để tạo ra sự cản trở không gian, và có khả năng hòa tan trong nước ở đầu chuỗi, một số còn được bổ sung thêm 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 đủ sự cản trở không gian; nếu trọng lượng phân tử quá lớn, sẽ xảy ra hiện tượng kết tụ. Đối với chất phân tán polyacrylate, hiệu quả phân tán tốt nhất có thể đạt được nếu 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 mở rộng ra nước, đóng vai trò ổn định thông qua cản trở không gian. Do kích thước nhỏ, cản trở không gian 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 tụ do trọng lượng phân tử cao gây ra, và việc phát triển chất phân tán có trọng lượng phân tử cao là một trong những xu hướng. Ví dụ, chất phân tán có trọng lượng phân tử cao EFKA-4580 được sản xuất bằng phương pháp trùng hợp nhũ tương được phát triển đặc biệt cho các loại sơn công nghiệp gốc nước, phù hợp cho việc phân tán sắc tố hữu cơ và vô cơ, và có khả năng chống nước tốt.
Các nhóm amino có ái lực tốt với nhiều loại sắc tố thông qua liên kết axit-bazơ hoặc liên kết hydro. Chất phân tán copolyme khối với axit aminoacrylic làm nhóm neo đã được chú ý đến.
Chất phân tán với nhóm neo là dimethylaminoethyl methacrylate
Chất 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 hạt sắc tố mà còn để ngăn bột nhôm phản ứng với nước.
Do những lo ngại về môi trường, các chất làm ướt và phân tán có khả năng phân hủy sinh học đã được phát triển, chẳng hạn như các chất làm ướt và phân tán hai ngăn dòng EnviroGem AE, là các chất làm ướt và phân tán ít tạo bọt.
2 chất khử bọt:
Có nhiều loại chất khử bọt sơn gốc nước truyền thống, thường được chia thành ba loại: chất khử bọt gốc dầu khoáng, chất khử bọt polysiloxane và các chất khử bọt khác.
Các chất khử bọt gốc dầu khoáng thường được sử dụng, chủ yếu trong các loại sơn latex mờ và bán bóng.
Các chất khử bọt polysiloxane có sức căng bề mặt thấp, khả năng khử bọt và chống tạo bọt mạnh, và không ảnh hưởng đến độ bóng, nhưng khi sử dụng không đúng cách, chúng sẽ gây ra các khuyết tật như co rút màng sơn và khả năng sơn lại kém.
Các chất khử bọt sơn gốc nước truyền thống không tương thích với pha nước để đạt được mục đích khử bọt, do đó dễ gây ra các khuyết tật bề mặt trên màng sơn.
Trong những năm gần đây, các chất khử bọt ở cấp độ phân tử đã được phát triển.
Chất chống tạo bọt này là một polyme được hình thành bằng cách ghép trực tiếp các chất hoạt tính chống tạo bọt lên chất mang. Chuỗi phân tử của polyme có nhóm hydroxyl làm ướt, chất hoạt tính chống tạo bọt được phân bố xung quanh phân tử, chất hoạt tính không dễ bị vón cục và có khả năng tương thích tốt với hệ thống sơn phủ. Các chất chống tạo bọt ở cấp độ phân tử như vậy bao gồm dầu khoáng — dòng FoamStar A10, chứa silicon — dòng FoamStar A30 và các polyme không chứa silicon, không chứa dầu — dòng FoamStar MF.
Người ta cũng báo cáo rằng chất khử bọt ở cấp độ phân tử này sử dụng các polyme hình sao siêu ghép làm chất hoạt động bề mặt không tương thích, và đã đạt được kết quả tốt trong các ứng dụng sơn phủ gốc nước. Chất khử bọt cấp độ phân tử của Air Products được Stout et al. báo cáo là một chất kiểm soát bọt và khử bọt gốc axetylen glycol với 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 khử bọt không chứa VOC, chẳng hạn 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 xenluloza 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) được sản xuất công nghiệp lần đầu tiên bởi Công ty Union Carbide vào năm 1932 và có lịch sử hơn 70 năm. Hiện nay, các chất làm đặc ete cellulose 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 các chất làm đặc không ion, và cũng thuộc nhóm chất làm đặc pha nước không liên kết. Trong số đó, HEC được sử dụng phổ biến nhất trong sơn latex.
Cellulose biến tính kỵ nước (HMHEC) đưa một lượng nhỏ nhóm alkyl kỵ nước mạch dài vào khung xương ưa nước của cellulose để trở thành chất làm đặc liên kết, ví dụ như Natrosol Plus Grade 330, 331, Cellosize SG-100, Bermocoll EHM-100. Hiệu quả làm đặc của nó tương đương với các chất làm đặc ete cellulose có trọng lượng phân tử lớn hơn nhiều. Nó cải thiện độ nhớt và độ phẳng của ICI, đồng thời giảm sức căng bề mặt, ví dụ như sức căng bề mặt của HEC khoảng 67mN/m, và sức căng bề mặt của HMHEC là 55-65mN/m.
3.2 Chất làm đặc trương nở trong kiềm
Chất làm đặc trương nở trong kiềm được chia thành hai loại: chất làm đặc trương nở trong kiềm không liên kết (ASE) và chất làm đặc trương nở trong kiềm liên kết (HASE), là các chất làm đặc anion. ASE không liên kết là nhũ tương trương nở trong kiềm polyacrylate. HASE liên kết là nhũ tương trương nở trong kiềm polyacrylate được biến tính kỵ nước.
3.3. Chất làm đặc polyurethane và chất làm đặc phi polyurethane được biến tính kỵ nước
Chất làm đặc polyurethane, thường được gọi là HEUR, là một polyme hòa tan trong nước được biến tính bằng nhóm kỵ nước và được ethoxyl hóa, thuộc loại 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 đến khả năng làm đặc, thường là oleyl, octadecyl, dodecylphenyl, nonylphenol, v.v. Chuỗi ưa nước có thể cung cấp độ ổn định hóa học và độ nhớt, thường được sử dụng là các polyete, chẳng hạn như polyoxyetylen 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 của các nhóm kỵ nước ở cả hai đầu của một số HEUR thương mại hiện có thấp hơn 0,9, và tốt nhất chỉ là 1,7. Điều kiện phản ứng cần được kiểm soát chặt chẽ để thu được chất làm đặc polyurethane có phân bố khối 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 bán trên thị trường thường là hỗn hợp các phân tử có khối lượng phân tử rất lớn.
Richey và cộng sự đã sử dụng chất làm đặc liên kết pyrene huỳnh quang (PAT, trọng lượng phân tử trung bình theo số lượng là 30000, trọng lượng phân tử trung bình theo khối lượng là 60000) để tìm ra rằng ở nồng độ 0,02% (theo khối lượng), mức độ kết tụ micelle của Acrysol RM-825 và PAT là khoảng 6. Năng lượng liên kết giữa chất làm đặc và bề mặt các hạt latex là khoảng 25 KJ/mol; diện tích mà mỗi phân tử chất làm đặc PAT chiếm trên bề mặt các hạt latex là khoảng 13 nm2, gấp khoảng 14 lần diện tích mà chất làm ướt Triton X-405 chiếm (0,9 nm2). Các chất làm đặc polyurethane liên kết như RM-2020NPR, DSX 1550, v.v.
Việc phát triển các 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 các chất làm đặc polyurethane liên kết không chứa VOC và APEO.
Ngoài các chất làm đặc polyurethane liên kết tuyến tính đã mô tả ở trên, còn có các chất làm đặc polyurethane liên kết dạng lược. 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 tính kỵ nước (chất làm đặc aminoplast ethoxyl hóa biến tính kỵ nước – HEAT) biến đổi nhựa amino đặc biệt thành bốn nhóm kỵ nước được bịt kín, nhưng khả năng phản ứng của bốn vị trí phản ứng này là khác nhau. Trong quá trình thêm nhóm kỵ nước thông thường, chỉ có hai nhóm kỵ nước bị bịt kín, vì vậy chất làm đặc amino biến tính 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 bịt kín. Tất nhiên, đây cũng là một chất làm đặc dạng lược. Chất làm đặc amino biến tính 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 tạo màu. Lý do là các nhóm kỵ nước mạnh có thể ngăn ngừa sự tách rời, và nhiều nhóm kỵ nước có liên kết mạnh. Các chất làm đặc như Optiflo TVS.
Chất làm đặc polyete biến tính kỵ nước (HMPE): Hiệu suất của chất làm đặc polyete 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 do tác động của cả liên kết hydro và sự liên kết của các nhóm cuối. So với các chất làm đặc thông thường, nó có đặc tính chống lắng và chống chảy xệ tốt hơn. Theo độ phân cực khác nhau của các nhóm cuối, chất làm đặc polyurea biến tính có thể được chia thành ba loại: chất làm đặc polyurea độ phân cực thấp, chất làm đặc polyurea độ phân cực trung bình và chất làm đặc polyurea độ phân cực cao. Hai loại đầu tiên được sử dụng để làm đặc các lớp phủ gốc dung môi, trong khi chất làm đặc polyurea độ phân cực cao có thể được sử dụng cho cả lớp phủ gốc dung môi độ phân cực cao và lớp phủ gốc nước. Các sản phẩm thương mại của chất làm đặc polyurea độ phân cực thấp, độ phân cực trung bình và độ phân cực cao lần lượt là BYK-411, BYK-410 và BYK-420.
Hỗn hợp sáp polyamit biến tính là một chất phụ gia điều chỉnh độ nhớt được tổng hợp bằng cách đưa các nhóm ưa nước như PEG vào chuỗi phân tử của sáp amit. Hiện nay, một số nhãn hiệu được nhập khẩu và chủ yếu được sử dụng để điều chỉnh độ nhớt của hệ thống và cải thiện khả năng chống chảy xệ.
Thời gian đăng bài: 22/11/2022