Zusammenfassung:
1. Netz- und Dispergiermittel
2. Entschäumer
3. Verdickungsmittel
4. Filmbildende Additive
5. Mittel gegen Korrosion, Schimmel und Algen
6. Sonstige Zusatzstoffe
1 Netz- und Dispergiermittel:
Wasserbasierte Beschichtungen verwenden Wasser als Lösungs- oder Dispersionsmedium. Da Wasser eine hohe Dielektrizitätskonstante aufweist, werden wasserbasierte Beschichtungen hauptsächlich durch die elektrostatische Abstoßung stabilisiert, wenn sich die elektrische Doppelschicht überlappt. Darüber hinaus enthalten wasserbasierte Beschichtungssysteme häufig Polymere und nichtionische Tenside, die an der Oberfläche des Pigmentfüllstoffs adsorbiert werden, eine sterische Hinderung bilden und die Dispersion stabilisieren. Daher erzielen wasserbasierte Farben und Emulsionen durch die kombinierte Wirkung von elektrostatischer Abstoßung und sterischer Hinderung stabile Ergebnisse. Ihr Nachteil ist die geringe Elektrolytbeständigkeit, insbesondere bei teuren Elektrolyten.
1.1 Netzmittel
Netzmittel für wasserbasierte Beschichtungen werden in anionische und nichtionische unterteilt.
Durch die Kombination von Netzmittel und Dispergiermittel lassen sich optimale Ergebnisse erzielen. Die Netzmittelmenge beträgt in der Regel einige Promille. Sie führt zu Schaumbildung und verringert die Wasserbeständigkeit des Lackfilms.
Einer der Entwicklungstrends bei Netzmitteln besteht darin, Polyoxyethylenalkyl(benzol)phenolether (APEO oder APE) schrittweise durch Netzmittel zu ersetzen, da diese bei Ratten zu einer Verringerung der männlichen Hormone führen und das endokrine System beeinträchtigen. Polyoxyethylenalkyl(benzol)phenolether werden häufig als Emulgatoren bei der Emulsionspolymerisation eingesetzt.
Zwillingstenside sind ebenfalls eine Neuentwicklung. Dabei handelt es sich um zwei amphiphile Moleküle, die durch einen Abstandshalter miteinander verbunden sind. Das bemerkenswerteste Merkmal von Zwillingstensiden ist die um mehr als eine Größenordnung niedrigere kritische Mizellkonzentration (CMC) als bei einzelligen Tensiden, was zu einer hohen Effizienz führt. Wie TEGO Twin 4000 ist es ein Zwillingszell-Siloxantensid und weist instabile Schaum- und Entschäumungseigenschaften auf.
Air Products hat Gemini-Tenside entwickelt. Herkömmliche Tenside haben einen hydrophoben Schwanz und einen hydrophilen Kopf. Dieses neue Tensid hingegen verfügt über zwei hydrophile und zwei bis drei hydrophobe Gruppen. Es handelt sich um ein multifunktionales Tensid, bekannt als Acetylenglykole, beispielsweise Produkte wie EnviroGem AD01.
1.2 Dispergiermittel
Dispergiermittel für Latexfarben werden in vier Kategorien unterteilt: Phosphatdispergiermittel, Polysäurehomopolymerdispergiermittel, Polysäurecopolymerdispergiermittel und andere Dispergiermittel.
Die am häufigsten verwendeten Phosphatdispergiermittel sind Polyphosphate wie Natriumhexametaphosphat, Natriumpolyphosphat (Calgon N, Produkt der BK Giulini Chemical Company in Deutschland), Kaliumtripolyphosphat (KTPP) und Tetrakaliumpyrophosphat (TKPP). Ihr Wirkungsmechanismus besteht in der Stabilisierung elektrostatischer Abstoßung durch Wasserstoffbrückenbindungen und chemische Adsorption. Ihr Vorteil liegt in der geringen Dosierung von etwa 0,1 % und ihrer guten Dispergierungswirkung auf anorganische Pigmente und Füllstoffe. Es gibt jedoch auch Nachteile: Mit steigendem pH-Wert und steigender Temperatur hydrolysiert Polyphosphat leicht, was die Langzeitlagerstabilität beeinträchtigt; eine unvollständige Auflösung im Medium beeinträchtigt den Glanz von glänzender Latexfarbe.
Phosphatester-Dispergiermittel sind Mischungen aus Monoestern, Diestern, Restalkoholen und Phosphorsäure.
Phosphatester-Dispergiermittel stabilisieren Pigmentdispersionen, einschließlich reaktiver Pigmente wie Zinkoxid. In Glanzlackformulierungen verbessern sie Glanz und Reinigungsfähigkeit. Im Gegensatz zu anderen Netz- und Dispergieradditiven beeinflusst die Zugabe von Phosphatester-Dispergiermitteln die KU- und ICI-Viskosität der Beschichtung nicht.
Polysäure-Homopolymer-Dispergiermittel wie Tamol 1254 und Tamol 850. Tamol 850 ist ein Homopolymer der Methacrylsäure. Polysäure-Copolymer-Dispergiermittel wie Orotan 731A sind Copolymere aus Diisobutylen und Maleinsäure. Diese beiden Dispergiermitteltypen zeichnen sich durch eine starke Adsorption bzw. Verankerung an Pigment- und Füllstoffoberflächen aus, besitzen längere Molekülketten zur Ausbildung sterischer Hinderung und sind an den Kettenenden wasserlöslich. Manche Dispergiermittel werden zusätzlich durch elektrostatische Abstoßung stabilisiert. Für eine gute Dispergierbarkeit des Dispergiermittels muss die Molekularmasse streng kontrolliert werden. Ist die Molekularmasse zu gering, ist die sterische Hinderung unzureichend; ist sie zu hoch, tritt Flockung auf. Polyacrylat-Dispergiermittel erzielen die beste Dispergierwirkung bei einem Polymerisationsgrad von 12–18.
Andere Dispersionsmittel wie AMP-95 tragen die chemische Bezeichnung 2-Amino-2-methyl-1-propanol. Die Aminogruppe adsorbiert an der Oberfläche anorganischer Partikel, während die Hydroxygruppe bis zum Wasser reicht und durch sterische Hinderung eine stabilisierende Wirkung hat. Aufgrund seiner geringen Größe ist die sterische Hinderung gering. AMP-95 dient hauptsächlich als pH-Regulator.
In den letzten Jahren hat die Forschung zu Dispergiermitteln das Problem der durch hohes Molekulargewicht verursachten Flockung überwunden, und die Entwicklung von hohen Molekulargewichten ist ein Trend. Beispielsweise wurde das durch Emulsionspolymerisation hergestellte hochmolekulare Dispergiermittel EFKA-4580 speziell für wasserbasierte Industrielacke entwickelt, eignet sich für die Dispersion organischer und anorganischer Pigmente und weist eine gute Wasserbeständigkeit auf.
Aminogruppen haben durch Säure-Base- oder Wasserstoffbrücken eine gute Affinität zu vielen Pigmenten. Dem Blockcopolymer-Dispergiermittel mit Aminoacrylsäure als Verankerungsgruppe wurde besondere Aufmerksamkeit gewidmet.
Dispergiermittel mit Dimethylaminoethylmethacrylat als Ankergruppe
Das Netz- und Dispergieradditiv Tego Dispers 655 wird in wasserbasierten Autolacken nicht nur zur Ausrichtung der Pigmente verwendet, sondern auch, um die Reaktion des Aluminiumpulvers mit Wasser zu verhindern.
Aus Umweltschutzgründen wurden biologisch abbaubare Netz- und Dispergiermittel entwickelt, wie beispielsweise die Doppelzellen-Netz- und Dispergiermittel der Serie EnviroGem AE, bei denen es sich um Netz- und Dispergiermittel mit geringer Schaumbildung handelt.
2 Entschäumer:
Es gibt viele Arten herkömmlicher Entschäumer für Farben auf Wasserbasis, die im Allgemeinen in drei Kategorien unterteilt werden: Mineralölentschäumer, Polysiloxanentschäumer und andere Entschäumer.
Mineralölentschäumer werden häufig verwendet, vor allem in matten und halbglänzenden Latexfarben.
Polysiloxan-Entschäumer haben eine niedrige Oberflächenspannung, starke Entschäumungs- und Antischaumeigenschaften und beeinträchtigen den Glanz nicht. Bei unsachgemäßer Verwendung verursachen sie jedoch Mängel wie beispielsweise ein Schrumpfen des Beschichtungsfilms und eine schlechte Überlackierbarkeit.
Herkömmliche Entschäumer für Farben auf Wasserbasis sind mit der Wasserphase nicht kompatibel und können daher nicht entschäumen. Daher können leicht Oberflächenfehler im Beschichtungsfilm entstehen.
In den letzten Jahren wurden Entschäumer auf molekularer Ebene entwickelt.
Dieses Antischaummittel ist ein Polymer, das durch direktes Aufpfropfen von Antischaumwirkstoffen auf eine Trägersubstanz entsteht. Die Molekülkette des Polymers weist eine benetzende Hydroxylgruppe auf, der Entschäumerwirkstoff ist im Molekül verteilt, aggregiert nicht leicht und ist gut mit dem Beschichtungssystem kompatibel. Zu solchen molekularen Entschäumern gehören Mineralöle der FoamStar A10-Reihe, silikonhaltige Polymere der FoamStar A30-Reihe und silikon- und ölfreie Polymere der FoamStar MF-Reihe.
Es wird auch berichtet, dass dieser molekulare Entschäumer supergepfropfte Sternpolymere als inkompatible Tenside verwendet und gute Ergebnisse bei wasserbasierten Beschichtungen erzielt hat. Der von Stout et al. beschriebene molekulare Entschäumer von Air Products ist ein Schaumkontrollmittel und Entschäumer auf Acetylenglykolbasis mit benetzenden Eigenschaften, wie Surfynol MD 20 und Surfynol DF 37.
Um den Anforderungen zur Herstellung von VOC-freien Beschichtungen gerecht zu werden, gibt es außerdem VOC-freie Entschäumer wie Agitan 315, Agitan E 255 usw.
3 Verdickungsmittel:
Es gibt viele Arten von Verdickungsmitteln. Derzeit werden üblicherweise Celluloseether und deren Derivate, assoziative alkaliquellbare Verdickungsmittel (HASE) und Polyurethanverdickungsmittel (HEUR) verwendet.
3.1. Celluloseether und seine Derivate
Hydroxyethylcellulose (HEC) wurde erstmals 1932 von der Union Carbide Company industriell hergestellt und blickt auf eine über 70-jährige Geschichte zurück. Zu den Verdickungsmitteln von Celluloseether und seinen Derivaten zählen heute vor allem Hydroxyethylcellulose (HEC), Methylhydroxyethylcellulose (MHEC), Ethylhydroxyethylcellulose (EHEC), Methylhydroxypropylcellulose (MHPC), Methylcellulose (MC) und Xanthangummi. Diese sind nichtionische Verdickungsmittel und gehören ebenfalls zu den nicht-assoziierten Wasserphasenverdickern. HEC wird am häufigsten in Latexfarben verwendet.
Hydrophob modifizierte Cellulose (HMHEC) führt eine geringe Menge langkettiger hydrophober Alkylgruppen in das hydrophile Rückgrat der Cellulose ein und wird so zu einem assoziativen Verdickungsmittel, wie z. B. Natrosol Plus Grade 330, 331, Cellosize SG-100 und Bermocoll EHM-100. Ihre Verdickungswirkung ist vergleichbar mit der von Celluloseether-Verdickern mit deutlich höherem Molekulargewicht. Sie verbessert die Viskosität und den Verlauf von ICI und reduziert die Oberflächenspannung. So beträgt die Oberflächenspannung von HEC etwa 67 mN/m, die von HMHEC 55–65 mN/m.
3.2 Alkaliquellbarer Verdicker
Alkaliquellbare Verdicker werden in zwei Kategorien unterteilt: nicht-assoziative alkaliquellbare Verdicker (ASE) und assoziative alkaliquellbare Verdicker (HASE), die anionische Verdicker sind. Nicht-assoziierte ASE ist eine alkaliquellbare Polyacrylatemulsion. Assoziative HASE ist eine hydrophob modifizierte alkaliquellbare Polyacrylatemulsion.
3.3. Polyurethan-Verdicker und hydrophob modifizierte Nicht-Polyurethan-Verdicker
Ein Polyurethan-Verdicker (HEUR) ist ein mit hydrophoben Gruppen modifiziertes, ethoxyliertes, wasserlösliches Polyurethanpolymer, das zu den nichtionischen assoziativen Verdickern gehört. HEUR besteht aus drei Teilen: einer hydrophoben Gruppe, einer hydrophilen Kette und einer Polyurethangruppe. Die hydrophobe Gruppe spielt eine assoziative Rolle und ist der entscheidende Faktor für die Verdickung. Normalerweise handelt es sich um Oleyl, Octadecyl, Dodecylphenyl, Nonylphenol usw. Die hydrophile Kette kann für chemische Stabilität und Viskositätsstabilität sorgen. Häufig werden Polyether wie Polyoxyethylen und dessen Derivate verwendet. Die Molekülkette von HEUR wird durch Polyurethangruppen wie IPDI, TDI und HMDI verlängert. Das strukturelle Merkmal assoziativer Verdicker ist, dass sie durch hydrophobe Gruppen enden. Allerdings liegt der Substitutionsgrad der hydrophoben Gruppen an beiden Enden einiger handelsüblicher HEURs unter 0,9; der beste Wert liegt bei nur 1,7. Um ein Polyurethan-Verdickungsmittel mit enger Molekulargewichtsverteilung und stabiler Leistung zu erhalten, müssen die Reaktionsbedingungen streng kontrolliert werden. Die meisten HEURs werden durch schrittweise Polymerisation synthetisiert, daher sind kommerziell erhältliche HEURs in der Regel Mischungen mit breitem Molekulargewicht.
Richey et al. verwendeten den fluoreszierenden Tracer Pyrene Association Thickener (PAT, Zahlenmittel des Molekulargewichts 30.000, Gewichtsmittel des Molekulargewichts 60.000) und fanden heraus, dass bei einer Konzentration von 0,02 % (Gewicht) der Mizellenaggregationsgrad von Acrysol RM-825 und PAT etwa 6 betrug. Die Assoziationsenergie zwischen dem Verdicker und der Oberfläche der Latexpartikel beträgt etwa 25 kJ/mol; die von jedem PAT-Verdickermolekül auf der Oberfläche der Latexpartikel eingenommene Fläche beträgt etwa 13 nm², was etwa dem 14-fachen der vom Netzmittel Triton X-405 eingenommenen Fläche von 0,9 nm² entspricht. Assoziative Polyurethan-Verdicker wie RM-2020NPR, DSX 1550 usw.
Die Entwicklung umweltfreundlicher assoziativer Polyurethan-Verdicker hat große Aufmerksamkeit erhalten. Beispielsweise ist BYK-425 ein VOC- und APEO-freier, harnstoffmodifizierter Polyurethan-Verdicker. Rheolate 210, Borchi Gel 0434, Tego ViscoPlus 3010, 3030 und 3060 sind assoziative Polyurethan-Verdicker ohne VOC und APEO.
Neben den oben beschriebenen linearen assoziativen Polyurethan-Verdickern gibt es auch kammartige assoziative Polyurethan-Verdicker. Kammartige Polyurethan-Verdicker zeichnen sich dadurch aus, dass sich in der Mitte jedes Verdickermoleküls eine hydrophobe Gruppe befindet. Beispiele hierfür sind Verdicker wie SCT-200 und SCT-275.
Hydrophob modifizierte Aminoplastverdicker (hydrophob modifizierte ethoxylierte Aminoplastverdicker – HEAT) wandeln das spezielle Aminoharz in vier blockierte hydrophobe Gruppen um, die Reaktivität dieser vier Reaktionsstellen ist jedoch unterschiedlich. Bei normaler Zugabe hydrophober Gruppen sind nur zwei hydrophobe Gruppen blockiert. Deshalb unterscheidet sich ein synthetischer hydrophob modifizierter Aminoverdicker kaum von HEUR, beispielsweise Optiflo H 500. Bei Zugabe von bis zu 8 % hydrophoben Gruppen können die Reaktionsbedingungen so angepasst werden, dass ein Aminoverdicker mit mehreren blockierten hydrophoben Gruppen entsteht. Natürlich handelt es sich hierbei auch um einen Kammverdicker. Dieser hydrophob modifizierte Aminoverdicker kann verhindern, dass die Viskosität der Farbe beim Farbabgleich durch die Zugabe großer Mengen Tenside und Glykollösungsmittel sinkt. Der Grund dafür ist, dass starke hydrophobe Gruppen die Desorption verhindern können und mehrere hydrophobe Gruppen eine starke Bindung eingehen. Beispiele hierfür sind Verdicker wie Optiflo TVS.
Hydrophob modifiziertes Polyether-Verdickungsmittel (HMPE) Die Leistung des hydrophob modifizierten Polyether-Verdickungsmittels ist ähnlich wie bei HEUR und zu den Produkten gehören Aquaflow NLS200, NLS210 und NHS300 von Hercules.
Sein Verdickungsmechanismus beruht auf der Wirkung von Wasserstoffbrücken und der Assoziation von Endgruppen. Verglichen mit herkömmlichen Verdickungsmitteln weist es bessere Antiabsetz- und Antiablaufeigenschaften auf. Entsprechend der unterschiedlichen Polarität der Endgruppen können modifizierte Polyharnstoff-Verdicker in drei Typen unterteilt werden: Polyharnstoff-Verdicker mit geringer Polarität, Polyharnstoff-Verdicker mit mittlerer Polarität und Polyharnstoff-Verdicker mit hoher Polarität. Die ersten beiden werden zum Verdicken von lösemittelbasierten Beschichtungen verwendet, während Polyharnstoff-Verdicker mit hoher Polarität sowohl für hochpolare lösemittelbasierte Beschichtungen als auch für wasserbasierte Beschichtungen verwendet werden können. Handelsübliche Produkte mit Polyharnstoff-Verdickern mit geringer Polarität, mittlerer Polarität und hoher Polarität sind BYK-411, BYK-410 und BYK-420.
Modifizierte Polyamidwachs-Aufschlämmung ist ein rheologisches Additiv, das durch die Einführung hydrophiler Gruppen wie PEG in die Molekülkette des Amidwachses synthetisiert wird. Derzeit werden einige Marken importiert und dienen hauptsächlich dazu, die Thixotropie des Systems anzupassen und die Anti-Thixotropie zu verbessern. Anti-Sag-Leistung.
Veröffentlichungszeit: 22. November 2022