Resumen:
1. Agente humectante y dispersante
2. Antiespumante
3. Espesante
4. Aditivos formadores de película
5. Agente anticorrosión, antimoho y antialgas.
6. Otros aditivos
1 Agente humectante y dispersante:
Los recubrimientos a base de agua utilizan agua como disolvente o medio de dispersión, y el agua tiene una constante dieléctrica alta. Por lo tanto, se estabilizan principalmente por la repulsión electrostática cuando se superpone la doble capa eléctrica. Además, en el sistema de recubrimiento a base de agua, a menudo se utilizan polímeros y surfactantes no iónicos que se adsorben en la superficie del pigmento, lo que genera impedimento estérico y estabiliza la dispersión. Por lo tanto, las pinturas y emulsiones a base de agua logran resultados estables gracias a la acción conjunta de la repulsión electrostática y el impedimento estérico. Su desventaja es la baja resistencia electrolítica, especialmente para electrolitos de alto precio.
1.1 Agente humectante
Los agentes humectantes para recubrimientos a base de agua se dividen en aniónicos y no iónicos.
La combinación de agente humectante y dispersante permite obtener resultados ideales. La cantidad de agente humectante suele ser de unas pocas por mil. Su efecto negativo es la formación de espuma y la reducción de la resistencia al agua de la película de recubrimiento.
Una de las tendencias de desarrollo de los agentes humectantes es la sustitución gradual de los éteres de fenol de alquil (benceno) polioxietileno (APEO o APE), ya que estos reducen las hormonas masculinas en ratas e interfieren con el sistema endocrino. Los éteres de fenol de alquil (benceno) polioxietileno se utilizan ampliamente como emulsionantes durante la polimerización en emulsión.
Los surfactantes gemelos también son nuevos desarrollos. Se trata de dos moléculas anfifílicas unidas por un espaciador. La característica más notable de los surfactantes de celdas gemelas es que su concentración micelar crítica (CMC) es más de un orden de magnitud menor que la de sus surfactantes de celda única, además de su alta eficiencia. Al igual que TEGO Twin 4000, es un surfactante de siloxano de celdas gemelas con propiedades antiespumantes y de formación de espuma inestable.
Air Products ha desarrollado los surfactantes Gemini. Los surfactantes tradicionales tienen una cola hidrofóbica y una cabeza hidrofílica, pero este nuevo surfactante tiene dos grupos hidrofílicos y dos o tres grupos hidrofóbicos, lo que lo convierte en un surfactante multifuncional, conocido como acetilenglicoles, productos como EnviroGem AD01.
1.2 Dispersante
Los dispersantes para pintura de látex se dividen en cuatro categorías: dispersantes de fosfato, dispersantes de homopolímero de poliácido, dispersantes de copolímero de poliácido y otros dispersantes.
Los dispersantes de fosfato más utilizados son los polifosfatos, como el hexametafosfato de sodio, el polifosfato de sodio (Calgon N, producto de BK Giulini Chemical Company en Alemania), el tripolifosfato de potasio (KTPP) y el pirofosfato tetrapotásico (TKPP). Su mecanismo de acción es la estabilización de la repulsión electrostática mediante enlaces de hidrógeno y adsorción química. Su ventaja reside en su baja dosificación, de aproximadamente el 0,1 %, y su buen efecto de dispersión sobre pigmentos inorgánicos y cargas. Sin embargo, también presenta deficiencias: junto con el aumento del pH y la temperatura, el polifosfato se hidroliza fácilmente, lo que reduce su estabilidad durante el almacenamiento a largo plazo; su disolución incompleta en el medio afecta el brillo de la pintura de látex brillante.
Los dispersantes de ésteres de fosfato son mezclas de monoésteres, diésteres, alcoholes residuales y ácido fosfórico.
Los dispersantes de ésteres de fosfato estabilizan las dispersiones de pigmentos, incluyendo pigmentos reactivos como el óxido de zinc. En formulaciones de pintura brillante, mejoran el brillo y la facilidad de limpieza. A diferencia de otros aditivos humectantes y dispersantes, la adición de dispersantes de ésteres de fosfato no afecta la viscosidad KU e ICI del recubrimiento.
Dispersantes homopolímeros de poliácido, como Tamol 1254 y Tamol 850. El Tamol 850 es un homopolímero de ácido metacrílico. Dispersantes copolímeros de poliácido, como Orotan 731A, que es un copolímero de diisobutileno y ácido maleico. Las características de estos dos tipos de dispersantes son: una fuerte adsorción o anclaje en la superficie de pigmentos y cargas, cadenas moleculares más largas para formar impedimento estérico, solubilidad en agua en los extremos de la cadena y, en algunos casos, repulsión electrostática para lograr resultados estables. Para que el dispersante tenga una buena dispersabilidad, el peso molecular debe controlarse estrictamente. Si el peso molecular es demasiado bajo, el impedimento estérico será insuficiente; si es demasiado alto, se producirá floculación. En el caso de los dispersantes de poliacrilato, el mejor efecto de dispersión se logra con un grado de polimerización de 12-18.
Otros tipos de dispersantes, como el AMP-95, tienen como nombre químico 2-amino-2-metil-1-propanol. El grupo amino se adsorbe en la superficie de las partículas inorgánicas, y el grupo hidroxilo se extiende al agua, lo que desempeña una función estabilizadora mediante impedimento estérico. Debido a su pequeño tamaño, el impedimento estérico es limitado. El AMP-95 es principalmente un regulador de pH.
En los últimos años, la investigación sobre dispersantes ha superado el problema de la floculación causada por el alto peso molecular, y el desarrollo de estos materiales es una tendencia. Por ejemplo, el dispersante de alto peso molecular EFKA-4580, producido por polimerización en emulsión, está especialmente desarrollado para recubrimientos industriales a base de agua, es apto para la dispersión de pigmentos orgánicos e inorgánicos y presenta buena resistencia al agua.
Los grupos amino tienen buena afinidad con muchos pigmentos mediante enlaces ácido-base o de hidrógeno. Se ha prestado atención al dispersante de copolímero en bloque con ácido aminoacrílico como grupo de anclaje.
Dispersante con metacrilato de dimetilaminoetilo como grupo de anclaje
El aditivo humectante y dispersante Tego Dispers 655 se utiliza en pinturas automotrices a base de agua no solo para orientar los pigmentos sino también para evitar que el polvo de aluminio reaccione con el agua.
Debido a preocupaciones medioambientales, se han desarrollado agentes humectantes y dispersantes biodegradables, como los agentes humectantes y dispersantes de celda doble de la serie EnviroGem AE, que son agentes humectantes y dispersantes de baja formación de espuma.
2 antiespumante:
Existen muchos tipos de antiespumantes de pintura tradicionales a base de agua, que generalmente se dividen en tres categorías: antiespumantes de aceite mineral, antiespumantes de polisiloxano y otros antiespumantes.
Los antiespumantes de aceite mineral se utilizan comúnmente, principalmente en pinturas de látex planas y semibrillantes.
Los antiespumantes de polisiloxano tienen baja tensión superficial, fuertes capacidades antiespumantes y antiespumantes y no afectan el brillo, pero cuando se usan incorrectamente, provocarán defectos como contracción de la película de recubrimiento y poca capacidad de repintado.
Los antiespumantes de pintura tradicionales a base de agua son incompatibles con la fase acuosa para lograr el propósito de antiespumar, por lo que es fácil producir defectos superficiales en la película de recubrimiento.
En los últimos años se han desarrollado antiespumantes a nivel molecular.
Este agente antiespumante es un polímero formado mediante la incorporación directa de sustancias activas antiespumantes en la sustancia portadora. La cadena molecular del polímero posee un grupo hidroxilo humectante, la sustancia activa antiespumante se distribuye por toda la molécula, no se agrega fácilmente y presenta una buena compatibilidad con el sistema de recubrimiento. Entre estos antiespumantes de nivel molecular se incluyen los aceites minerales (serie FoamStar A10), los que contienen silicio (serie FoamStar A30) y los polímeros sin silicio ni aceite (serie FoamStar MF).
También se ha informado que este antiespumante de nivel molecular utiliza polímeros estrella superinjertados como surfactantes incompatibles y ha obtenido buenos resultados en aplicaciones de recubrimientos a base de agua. El antiespumante de grado molecular de Air Products, descrito por Stout et al., es un agente de control de espuma y antiespumante a base de acetilenglicol con propiedades humectantes, como el Surfynol MD 20 y el Surfynol DF 37.
Además, para satisfacer las necesidades de producción de recubrimientos cero COV, también existen antiespumantes libres de COV, como Agitan 315, Agitan E 255, etc.
3 Espesantes:
Existen muchos tipos de espesantes, siendo los más utilizados actualmente los de éter de celulosa y sus derivados, los espesantes asociativos hinchables en álcali (HASE) y los espesantes de poliuretano (HEUR).
3.1 Éter de celulosa y sus derivados
La hidroxietilcelulosa (HEC) fue producida industrialmente por primera vez por Union Carbide Company en 1932 y tiene una trayectoria de más de 70 años. Actualmente, los espesantes de éter de celulosa y sus derivados incluyen principalmente hidroxietilcelulosa (HEC), metilhidroxietilcelulosa (MHEC), etilhidroxietilcelulosa (EHEC), metilhidroxipropilcelulosa (MHPC), metilcelulosa (MC) y goma xantana. Estos son espesantes no iónicos y también pertenecen a la categoría de espesantes de fase acuosa no asociada. Entre ellos, la HEC es el más utilizado en pinturas de látex.
La celulosa modificada hidrofóbicamente (HMHEC) introduce una pequeña cantidad de grupos alquilo hidrofóbicos de cadena larga en la estructura hidrofílica de la celulosa para convertirse en un espesante asociativo, como Natrosol Plus Grado 330, 331, Cellosize SG-100 y Bermocoll EHM-100. Su efecto espesante es comparable al de los espesantes de éter de celulosa con un peso molecular mucho mayor. Mejora la viscosidad y la nivelación del ICI, y reduce la tensión superficial; por ejemplo, la tensión superficial de la HEC es de aproximadamente 67 mN/m, mientras que la de la HMHEC es de 55-65 mN/m.
3.2 Espesante hinchable en álcali
Los espesantes hinchables en álcali se dividen en dos categorías: espesantes hinchables en álcali no asociativos (ASE) y espesantes hinchables en álcali asociativos (HASE), que son espesantes aniónicos. Los ASE no asociados son emulsiones hinchables en álcali de poliacrilato. Los HASE asociativos son emulsiones hinchables en álcali de poliacrilato modificadas hidrofóbicamente.
3.3. Espesante de poliuretano y espesante no poliuretano modificado hidrofóbicamente
El espesante de poliuretano, conocido como HEUR, es un polímero soluble en agua de poliuretano etoxilado modificado con grupo hidrófobo, que pertenece a los espesantes asociativos no iónicos. El HEUR se compone de tres partes: grupo hidrófobo, cadena hidrófila y grupo poliuretano. El grupo hidrófobo desempeña un papel de asociación y es el factor decisivo para el espesamiento, generalmente oleílo, octadecilo, dodecilfenilo, nonilfenol, etc. La cadena hidrófila puede proporcionar estabilidad química y estabilidad de la viscosidad, y se utilizan comúnmente poliéteres, como el polioxietileno y sus derivados. La cadena molecular del HEUR se extiende por grupos poliuretano, como IPDI, TDI y HMDI. La característica estructural de los espesantes asociativos es que están terminados por grupos hidrófobos. Sin embargo, el grado de sustitución de los grupos hidrófobos en ambos extremos de algunos HEUR disponibles comercialmente es inferior a 0,9, y el mejor es solo 1,7. Las condiciones de reacción deben controlarse estrictamente para obtener un espesante de poliuretano con una distribución de pesos moleculares estrecha y un rendimiento estable. La mayoría de los HEUR se sintetizan mediante polimerización gradual, por lo que los HEUR disponibles comercialmente suelen ser mezclas de amplios pesos moleculares.
Richey et al. utilizaron un espesante de asociación de pireno con trazador fluorescente (PAT, peso molecular promedio en número 30000, peso molecular promedio en peso 60000) para determinar que, a una concentración del 0,02 % (en peso), el grado de agregación micelar de Acrysol RM-825 y PAT era de aproximadamente 6. La energía de asociación entre el espesante y la superficie de las partículas de látex es de aproximadamente 25 kJ/mol; el área ocupada por cada molécula de espesante PAT en la superficie de las partículas de látex es de aproximadamente 13 nm², que es aproximadamente el área ocupada por el agente humectante Triton X-405, 14 veces mayor que la de 0,9 nm². Espesantes asociativos de poliuretano como RM-2020NPR, DSX 1550, etc.
El desarrollo de espesantes de poliuretano asociativos respetuosos con el medio ambiente ha recibido gran atención. Por ejemplo, BYK-425 es un espesante de poliuretano modificado con urea, libre de COV y APEO. Rheolate 210, Borchi Gel 0434, Tego ViscoPlus 3010, 3030 y 3060 son espesantes de poliuretano asociativos sin COV ni APEO.
Además de los espesantes de poliuretano asociativos lineales descritos anteriormente, también existen espesantes de poliuretano asociativos tipo peine. El llamado espesante de poliuretano asociativo tipo peine implica que cada molécula contiene un grupo hidrofóbico colgante. Espesantes como el SCT-200 y el SCT-275, entre otros.
El espesante aminoplástico etoxilado modificado hidrofóbicamente (HEAT) transforma la resina aminoplástica especial en cuatro grupos hidrofóbicos protegidos, pero la reactividad de estos cuatro sitios de reacción es diferente. En la adición normal de grupos hidrofóbicos, solo hay dos grupos hidrofóbicos bloqueados, por lo que el espesante aminoplástico modificado hidrofóbicamente sintético no es muy diferente de HEUR, como Optiflo H 500. Si se añaden más grupos hidrofóbicos, como hasta un 8%, las condiciones de reacción se pueden ajustar para producir espesantes amino con múltiples grupos hidrofóbicos bloqueados. Por supuesto, este también es un espesante tipo peine. Este espesante aminoplástico modificado hidrofóbico puede evitar que la viscosidad de la pintura disminuya debido a la adición de una gran cantidad de surfactantes y disolventes de glicol cuando se añade la igualación de color. La razón es que los grupos hidrofóbicos fuertes pueden evitar la desorción, y los grupos hidrofóbicos múltiples tienen una fuerte asociación. Espesantes como Optiflo TVS.
Espesante de poliéter modificado hidrofóbico (HMPE) El rendimiento del espesante de poliéter modificado hidrofóbicamente es similar al HEUR, y los productos incluyen Aquaflow NLS200, NLS210 y NHS300 de Hercules.
Su mecanismo de espesamiento se basa en el efecto de los enlaces de hidrógeno y la asociación de grupos terminales. En comparación con los espesantes comunes, presenta mejores propiedades antisedimentación y antidescuelgue. Según las diferentes polaridades de los grupos terminales, los espesantes de poliurea modificados se pueden dividir en tres tipos: espesantes de poliurea de baja polaridad, espesantes de poliurea de polaridad media y espesantes de poliurea de alta polaridad. Los dos primeros se utilizan para espesar recubrimientos a base de solventes, mientras que los espesantes de poliurea de alta polaridad pueden utilizarse tanto para recubrimientos a base de solventes de alta polaridad como para recubrimientos a base de agua. Los productos comerciales de espesantes de poliurea de baja, media y alta polaridad son BYK-411, BYK-410 y BYK-420, respectivamente.
La suspensión de cera de poliamida modificada es un aditivo reológico que se sintetiza mediante la introducción de grupos hidrófilos, como el PEG, en la cadena molecular de la cera de amida. Actualmente, se importan algunas marcas y se utilizan principalmente para ajustar la tixotropía del sistema y mejorar su antitixotropía. Además, ofrece un rendimiento antidescuelgue.
Hora de publicación: 22 de noviembre de 2022