Résumé:
1. Agent mouillant et dispersant
2. Antimousse
3. Épaississant
4. Additifs filmogènes
5. Agent anticorrosion, anti-moisissure et anti-algues
6. Autres additifs
1 Agent mouillant et dispersant :
Les revêtements aqueux utilisent l'eau comme solvant ou milieu de dispersion. Or, l'eau possède une constante diélectrique élevée. Leur stabilisation est donc principalement due à la répulsion électrostatique lors du chevauchement des deux couches électriques. De plus, les systèmes de revêtement aqueux contiennent souvent des polymères et des tensioactifs non ioniques, qui s'adsorbent à la surface de la charge pigmentaire, formant ainsi un encombrement stérique et stabilisant la dispersion. Par conséquent, les peintures et émulsions aqueuses obtiennent des résultats stables grâce à l'action combinée de la répulsion électrostatique et de l'encombrement stérique. Leur inconvénient est une faible résistance aux électrolytes, notamment pour les électrolytes coûteux.
1.1 Agent mouillant
Les agents mouillants pour revêtements à base d'eau sont divisés en anioniques et non ioniques.
L'association d'agents mouillants et dispersants permet d'obtenir des résultats optimaux. La quantité d'agent mouillant est généralement de quelques pour mille. Son effet négatif est la formation de mousse et la réduction de la résistance à l'eau du film de revêtement.
L'une des tendances de développement des agents mouillants est de remplacer progressivement les agents mouillants à base d'éthers de polyoxyéthylène alkyl(benzène) phénol (APEO ou APE), car ils entraînent une réduction des hormones mâles chez le rat et interfèrent avec le système endocrinien. Les éthers de polyoxyéthylène alkyl(benzène) phénol sont largement utilisés comme émulsifiants lors de la polymérisation en émulsion.
Les tensioactifs jumeaux constituent également une nouveauté. Il s'agit de deux molécules amphiphiles liées par un espaceur. La principale caractéristique des tensioactifs jumeaux est une concentration micellaire critique (CMC) inférieure de plus d'un ordre de grandeur à celle des tensioactifs monocellulaires, ainsi qu'une efficacité élevée. À l'instar du TEGO Twin 4000, il s'agit d'un tensioactif siloxane à deux cellules, doté de propriétés anti-mousse et anti-mousse instables.
Air Products a développé les tensioactifs Gemini. Les tensioactifs traditionnels possèdent une queue hydrophobe et une tête hydrophile, mais ce nouveau tensioactif possède deux groupes hydrophiles et deux ou trois groupes hydrophobes, ce qui en fait un tensioactif multifonctionnel, connu sous le nom d'acétylène glycol, comme l'EnviroGem AD01.
1.2 Dispersant
Les dispersants pour peinture au latex sont divisés en quatre catégories : les dispersants phosphatés, les dispersants homopolymères polyacides, les dispersants copolymères polyacides et les autres dispersants.
Les dispersants phosphatés les plus utilisés sont les polyphosphates, tels que l'hexamétaphosphate de sodium, le polyphosphate de sodium (Calgon N, produit de BK Giulini Chemical Company en Allemagne), le tripolyphosphate de potassium (KTPP) et le pyrophosphate tétrapotassique (TKPP). Leur mécanisme d'action consiste à stabiliser la répulsion électrostatique par liaison hydrogène et adsorption chimique. Leur avantage réside dans leur faible dosage, environ 0,1 %, et leur bon effet dispersant sur les pigments et charges inorganiques. Cependant, ils présentent également des inconvénients : l'augmentation du pH et de la température entraîne une hydrolyse rapide du polyphosphate, ce qui nuit à sa stabilité au stockage à long terme ; une dissolution incomplète dans le milieu affecte la brillance des peintures latex brillantes.
Les dispersants à base d'esters de phosphate sont des mélanges de monoesters, de diesters, d'alcools résiduels et d'acide phosphorique.
Les dispersants à base d'esters phosphates stabilisent les dispersions pigmentaires, y compris les pigments réactifs comme l'oxyde de zinc. Dans les formulations de peintures brillantes, ils améliorent la brillance et la nettoyabilité. Contrairement à d'autres additifs mouillants et dispersants, l'ajout de dispersants à base d'esters phosphates n'affecte pas la viscosité KU et ICI du revêtement.
Dispersants homopolymères polyacides, tels que le Tamol 1254 et le Tamol 850. Le Tamol 850 est un homopolymère d'acide méthacrylique. Dispersants copolymères polyacides, tels que l'Orotan 731A, un copolymère de diisobutylène et d'acide maléique. Ces deux types de dispersants se caractérisent par une forte adsorption ou ancrage à la surface des pigments et des charges, des chaînes moléculaires plus longues pour former un encombrement stérique et une solubilité dans l'eau aux extrémités de chaîne. Certains dispersants sont également dotés d'une répulsion électrostatique pour obtenir des résultats stables. Pour une bonne dispersibilité, le poids moléculaire du dispersant doit être strictement contrôlé. Un poids moléculaire trop faible entraînera un encombrement stérique insuffisant ; un poids moléculaire trop élevé entraînera une floculation. Pour les dispersants polyacrylates, un degré de polymérisation compris entre 12 et 18 permet d'obtenir une dispersion optimale.
D'autres types de dispersants, comme l'AMP-95, portent le nom chimique de 2-amino-2-méthyl-1-propanol. Le groupe amino est adsorbé à la surface des particules inorganiques, et le groupe hydroxyle s'étend à l'eau, ce qui joue un rôle stabilisant par encombrement stérique. Grâce à sa petite taille, l'encombrement stérique est limité. L'AMP-95 est principalement un régulateur de pH.
Ces dernières années, la recherche sur les dispersants a permis de surmonter le problème de floculation dû aux masses moléculaires élevées, et le développement de ces dernières est devenu une tendance. Par exemple, le dispersant EFKA-4580, produit par polymérisation en émulsion, est spécialement développé pour les revêtements industriels à base d'eau. Il convient à la dispersion de pigments organiques et inorganiques et présente une bonne résistance à l'eau.
Les groupes aminés présentent une bonne affinité pour de nombreux pigments grâce aux liaisons acide-base ou hydrogène. Un copolymère dispersant à blocs avec de l'acide aminoacrylique comme groupe d'ancrage a été étudié.
Dispersant avec du méthacrylate de diméthylaminoéthyle comme groupe d'ancrage
L'additif mouillant et dispersant Tego Dispers 655 est utilisé dans les peintures automobiles à base d'eau non seulement pour orienter les pigments mais également pour empêcher la poudre d'aluminium de réagir avec l'eau.
En raison de préoccupations environnementales, des agents mouillants et dispersants biodégradables ont été développés, tels que les agents mouillants et dispersants à double cellule de la série EnviroGem AE, qui sont des agents mouillants et dispersants à faible moussage.
2 antimousse :
Il existe de nombreux types d'antimousses de peinture à base d'eau traditionnelles, qui sont généralement divisées en trois catégories : les antimousses à base d'huile minérale, les antimousses à base de polysiloxane et les autres antimousses.
Les antimousses à base d’huile minérale sont couramment utilisés, principalement dans les peintures au latex mates et semi-brillantes.
Les antimousses polysiloxanes ont une faible tension superficielle, de fortes capacités antimoussantes et antimoussantes et n'affectent pas la brillance, mais lorsqu'ils sont utilisés de manière incorrecte, ils provoqueront des défauts tels que le rétrécissement du film de revêtement et une mauvaise capacité de recouvrement.
Les antimousses de peinture à base d'eau traditionnels sont incompatibles avec la phase aqueuse pour atteindre l'objectif de démoussage, il est donc facile de produire des défauts de surface dans le film de revêtement.
Ces dernières années, des antimousses au niveau moléculaire ont été développés.
Cet agent antimousse est un polymère formé par greffage direct de substances actives antimousse sur un support. La chaîne moléculaire du polymère comporte un groupe hydroxyle mouillant, la substance active antimousse est répartie autour de la molécule, ne s'agrège pas facilement et est compatible avec le système de revêtement. Parmi ces agents antimousse moléculaires, on trouve les huiles minérales (série FoamStar A10), les polymères contenant du silicium (série FoamStar A30) et les polymères sans silicone et sans huile (série FoamStar MF).
Il a également été rapporté que cet antimousse moléculaire utilise des polymères étoiles supergreffés comme tensioactifs incompatibles et a obtenu de bons résultats dans les applications de revêtements à base d'eau. L'antimousse moléculaire d'Air Products, décrit par Stout et al., est un agent de contrôle de mousse et antimousse à base d'acétylène glycol possédant des propriétés mouillantes, comme le Surfynol MD 20 et le Surfynol DF 37.
De plus, afin de répondre aux besoins de production de revêtements sans COV, il existe également des antimousses sans COV, tels que Agitan 315, Agitan E 255, etc.
3 Épaississants :
Il existe de nombreux types d'épaississants, les plus couramment utilisés sont l'éther de cellulose et ses épaississants dérivés, les épaississants associatifs gonflables en milieu alcalin (HASE) et les épaississants polyuréthanes (HEUR).
3.1. Éther de cellulose et ses dérivés
L'hydroxyéthylcellulose (HEC) a été produite industriellement pour la première fois par Union Carbide Company en 1932 et possède une histoire de plus de 70 ans. Actuellement, les épaississants de l'éther de cellulose et de ses dérivés comprennent principalement l'hydroxyéthylcellulose (HEC), la méthylhydroxyéthylcellulose (MHEC), l'éthylhydroxyéthylcellulose (EHEC), la méthylhydroxypropylcellulose (MHPC), la méthylcellulose (MC) et la gomme xanthane. Ce sont des épaississants non ioniques, mais aussi des épaississants en phase aqueuse non associés. Parmi eux, l'HEC est le plus couramment utilisé dans les peintures au latex.
La cellulose modifiée hydrophobe (HMHEC) introduit une petite quantité de groupes alkyles hydrophobes à longue chaîne sur le squelette hydrophile de la cellulose pour devenir un épaississant associatif, comme le Natrosol Plus Grade 330, 331, le Cellosize SG-100 et le Bermocoll EHM-100. Son effet épaississant est comparable à celui des épaississants à base d'éther de cellulose de masse moléculaire bien supérieure. Elle améliore la viscosité et le nivellement des ICI, et réduit la tension superficielle, par exemple celle de l'HEC est d'environ 67 mN/m, et celle de l'HMHEC est de 55 à 65 mN/m.
3.2 Épaississant gonflant en milieu alcalin
Les épaississants alcalins gonflables se divisent en deux catégories : les épaississants alcalins gonflables non associatifs (ASE) et les épaississants alcalins gonflables associatifs (HASE), qui sont des épaississants anioniques. L'ASE non associé est une émulsion alcaline gonflante de polyacrylate. L'HASE associatif est une émulsion alcaline gonflante de polyacrylate modifiée hydrophobe.
3.3. Épaississant polyuréthane et épaississant non polyuréthane modifié hydrophobement
L'épaississant polyuréthane, appelé HEUR, est un polymère hydrosoluble polyuréthane éthoxylé modifié par un groupe hydrophobe, appartenant à la catégorie des épaississants associatifs non ioniques. L'HEUR est composé de trois éléments : un groupe hydrophobe, une chaîne hydrophile et un groupe polyuréthane. Le groupe hydrophobe joue un rôle d'association et est le facteur déterminant de l'épaississement, généralement oléyle, octadécyle, dodécylphényle, nonylphénol, etc. La chaîne hydrophile assure la stabilité chimique et la stabilité de la viscosité. Les polyéthers couramment utilisés sont le polyoxyéthylène et ses dérivés. La chaîne moléculaire de l'HEUR est prolongée par des groupes polyuréthane, tels que l'IPDI, le TDI et l'HMDI. La structure des épaississants associatifs se caractérise par leur terminaison par des groupes hydrophobes. Cependant, le degré de substitution des groupes hydrophobes aux deux extrémités de certains HEUR disponibles dans le commerce est inférieur à 0,9, le meilleur étant de 1,7. Les conditions de réaction doivent être strictement contrôlées pour obtenir un épaississant polyuréthane présentant une distribution de masse moléculaire étroite et des performances stables. La plupart des HEUR sont synthétisés par polymérisation par étapes ; les HEUR disponibles dans le commerce sont donc généralement des mélanges de masses moléculaires larges.
Richey et al. ont utilisé un épaississant associatif au pyrène (PAT, poids moléculaire moyen en nombre 30 000, poids moléculaire moyen en poids 60 000) comme traceur fluorescent pour constater qu'à une concentration de 0,02 % (poids), le degré d'agrégation micellaire de l'Acrysol RM-825 et du PAT était d'environ 6. L'énergie d'association entre l'épaississant et la surface des particules de latex est d'environ 25 kJ/mol ; la surface occupée par chaque molécule d'épaississant PAT à la surface des particules de latex est d'environ 13 nm2, soit environ 14 fois la surface occupée par l'agent mouillant Triton X-405, soit 0,9 nm2. Épaississant polyuréthane associatif tel que RM-2020NPR, DSX 1550, etc.
Le développement d'épaississants polyuréthanes associatifs respectueux de l'environnement a suscité un vif intérêt. Par exemple, le BYK-425 est un épaississant polyuréthane modifié à l'urée, sans COV ni APEO. Le Rheolate 210, le Borchi Gel 0434, le Tego ViscoPlus 3010, 3030 et 3060 sont des épaississants polyuréthanes associatifs sans COV ni APEO.
Outre les épaississants polyuréthanes associatifs linéaires décrits ci-dessus, il existe également des épaississants polyuréthanes associatifs en peigne. Ce type d'épaississant polyuréthane à association peigne signifie qu'un groupe hydrophobe est présent au centre de chaque molécule. On peut citer par exemple les épaississants SCT-200 et SCT-275.
L'épaississant aminoplaste modifié hydrophobe (épaississant aminoplaste éthoxylé modifié hydrophobe – HEAT) transforme la résine aminée spéciale en quatre groupes hydrophobes coiffés, mais la réactivité de ces quatre sites réactionnels est différente. Lors de l'ajout normal de groupes hydrophobes, seuls deux groupes hydrophobes sont bloqués ; l'épaississant aminoplaste modifié hydrophobe synthétique ne diffère donc pas beaucoup de l'épaississant HEUR, tel que l'Optiflo H 500. L'ajout de groupes hydrophobes supplémentaires, jusqu'à 8 % par exemple, permet d'ajuster les conditions de réaction pour produire des épaississants aminoplastes à plusieurs groupes hydrophobes bloqués. Il s'agit bien sûr d'un épaississant en peigne. Cet épaississant aminoplaste modifié hydrophobe peut empêcher la baisse de viscosité de la peinture due à l'ajout d'une grande quantité de tensioactifs et de solvants glycolés lors de la coloration. En effet, les groupes hydrophobes puissants peuvent empêcher la désorption, et plusieurs groupes hydrophobes sont fortement associés. Des épaississants tels que l'Optiflo TVS.
Épaississant polyéther modifié hydrophobe (HMPE) Les performances de l'épaississant polyéther modifié hydrophobe sont similaires à celles du HEUR, et les produits comprennent Aquaflow NLS200, NLS210 et NHS300 d'Hercules.
Son mécanisme d'épaississement résulte à la fois de la liaison hydrogène et de l'association de groupes terminaux. Comparé aux épaississants classiques, il présente de meilleures propriétés anti-affaissement et anti-sédimentation. Selon la polarité des groupes terminaux, les épaississants polyurées modifiés peuvent être classés en trois catégories : les épaississants polyurées à faible polarité, les épaississants polyurées à polarité moyenne et les épaississants polyurées à polarité élevée. Les deux premiers sont utilisés pour épaissir les revêtements à base de solvants, tandis que les épaississants polyurées à polarité élevée peuvent être utilisés aussi bien pour les revêtements à base de solvants à polarité élevée que pour les revêtements à base d'eau. Les épaississants polyurées à faible polarité, à polarité moyenne et à polarité élevée commercialisés sont respectivement le BYK-411, le BYK-410 et le BYK-420.
La suspension de cire polyamide modifiée est un additif rhéologique synthétisé par l'introduction de groupes hydrophiles tels que le PEG dans la chaîne moléculaire de la cire amide. Actuellement, certaines marques sont importées et sont principalement utilisées pour ajuster la thixotropie du système et améliorer l'anti-thixotropie. Performances anti-affaissement.
Date de publication : 22 novembre 2022