Riepilogo:
1. Agente bagnante e disperdente
2. Antischiuma
3. Addensante
4. Additivi filmogeni
5. Agente anticorrosione, antimuffa e antialga
6. Altri additivi
1 Agente bagnante e disperdente:
I rivestimenti a base d'acqua utilizzano l'acqua come solvente o mezzo di dispersione, e l'acqua ha una costante dielettrica elevata, quindi i rivestimenti a base d'acqua sono stabilizzati principalmente dalla repulsione elettrostatica quando il doppio strato elettrico si sovrappone. Inoltre, nel sistema di rivestimento a base d'acqua sono spesso presenti polimeri e tensioattivi non ionici, che vengono adsorbiti sulla superficie del pigmento di carica, formando un ingombro sterico e stabilizzando la dispersione. Pertanto, le vernici e le emulsioni a base d'acqua ottengono risultati stabili grazie all'azione congiunta di repulsione elettrostatica e ingombro sterico. Il suo svantaggio è la scarsa resistenza agli elettroliti, soprattutto nel caso di elettroliti costosi.
1.1 Agente bagnante
Gli agenti bagnanti per rivestimenti a base d'acqua si dividono in anionici e non ionici.
La combinazione di agente bagnante e disperdente può raggiungere risultati ideali. La quantità di agente bagnante è generalmente di qualche per mille. Il suo effetto negativo è la formazione di schiuma e la riduzione dell'impermeabilità del film di rivestimento.
Una delle tendenze di sviluppo degli agenti bagnanti è la graduale sostituzione degli agenti bagnanti a base di poliossietilenalchil (benzene) fenol etere (APEO o APE), poiché questi ultimi portano alla riduzione degli ormoni maschili nei ratti e interferiscono con il sistema endocrino. I poliossietilenalchil (benzene) fenol eteri sono ampiamente utilizzati come emulsionanti durante la polimerizzazione in emulsione.
Anche i tensioattivi gemellari sono una novità. Si tratta di due molecole anfifiliche legate da un distanziatore. La caratteristica più rilevante dei tensioattivi gemellari è che la concentrazione critica micellare (CMC) è di oltre un ordine di grandezza inferiore a quella dei loro tensioattivi "monocellulari", seguita da un'elevata efficienza. Come TEGO Twin 4000, è un tensioattivo silossanico gemellare e possiede proprietà schiumogene e antischiuma instabili.
Air Products ha sviluppato i tensioattivi Gemini. I tensioattivi tradizionali hanno una coda idrofobica e una testa idrofila, ma questo nuovo tensioattivo presenta due gruppi idrofili e due o tre gruppi idrofobici, il che lo rende un tensioattivo multifunzionale, noto come glicoli acetilenici, come EnviroGem AD01.
1.2 Disperdente
I disperdenti per vernici al lattice si dividono in quattro categorie: disperdenti fosfatici, disperdenti omopolimerici poliacidi, disperdenti copolimerici poliacidi e altri disperdenti.
I disperdenti fosfatici più utilizzati sono i polifosfati, come l'esametafosfato di sodio, il polifosfato di sodio (Calgon N, prodotto dalla BK Giulini Chemical Company in Germania), il tripolifosfato di potassio (KTPP) e il pirofosfato tetrapotassico (TKPP). Il loro meccanismo d'azione consiste nello stabilizzare la repulsione elettrostatica attraverso legami a idrogeno e adsorbimento chimico. Il loro vantaggio risiede nel basso dosaggio, circa lo 0,1%, e nel buon effetto disperdente su pigmenti e cariche inorganiche. Presentano tuttavia anche delle carenze: da un lato, insieme all'aumento del pH e della temperatura, il polifosfato viene facilmente idrolizzato, compromettendo la stabilità di conservazione a lungo termine; dall'altro, la dissoluzione incompleta nel mezzo di impregnazione compromette la brillantezza della vernice al lattice lucida.
I disperdenti di esteri fosforici sono miscele di monoesteri, diesteri, alcoli residui e acido fosforico.
I disperdenti a base di esteri fosforici stabilizzano le dispersioni di pigmenti, compresi i pigmenti reattivi come l'ossido di zinco. Nelle formulazioni di vernici lucide, ne migliorano la brillantezza e la pulibilità. A differenza di altri additivi bagnanti e disperdenti, l'aggiunta di disperdenti a base di esteri fosforici non influisce sulla viscosità KU e ICI del rivestimento.
Disperdenti omopolimerici poliacidi, come Tamol 1254 e Tamol 850. Il Tamol 850 è un omopolimero dell'acido metacrilico. Disperdenti copolimerici poliacidi, come Orotan 731A, che è un copolimero di diisobutilene e acido maleico. Le caratteristiche di questi due tipi di disperdenti sono: un forte assorbimento o ancoraggio sulla superficie di pigmenti e cariche, catene molecolari più lunghe per formare un ingombro sterico e solubilità in acqua alle estremità della catena; alcuni di questi disperdenti sono inoltre dotati di repulsione elettrostatica per ottenere risultati stabili. Per garantire una buona disperdibilità del disperdente, il peso molecolare deve essere rigorosamente controllato. Se il peso molecolare è troppo piccolo, l'ingombro sterico sarà insufficiente; se il peso molecolare è troppo grande, si verificherà una flocculazione. Per i disperdenti poliacrilici, il miglior effetto di dispersione si ottiene con un grado di polimerizzazione compreso tra 12 e 18.
Altri tipi di disperdenti, come l'AMP-95, hanno il nome chimico di 2-ammino-2-metil-1-propanolo. Il gruppo amminico è adsorbito sulla superficie delle particelle inorganiche e il gruppo ossidrilico si estende all'acqua, che svolge un ruolo stabilizzante attraverso l'ingombro sterico. Grazie alle sue piccole dimensioni, l'ingombro sterico è limitato. L'AMP-95 è principalmente un regolatore di pH.
Negli ultimi anni, la ricerca sui disperdenti ha superato il problema della flocculazione causato dall'elevato peso molecolare, e lo sviluppo di disperdenti ad alto peso molecolare è una delle tendenze in atto. Ad esempio, il disperdente ad alto peso molecolare EFKA-4580, prodotto mediante polimerizzazione in emulsione, è specificamente sviluppato per rivestimenti industriali a base acqua, adatto alla dispersione di pigmenti organici e inorganici e dotato di buona resistenza all'acqua.
I gruppi amminici presentano una buona affinità per molti pigmenti attraverso legami acido-base o legami idrogeno. È stato prestato particolare attenzione al disperdente copolimero a blocchi con acido amminoacrilico come gruppo di ancoraggio.
Disperdente con dimetilamminoetilmetacrilato come gruppo di ancoraggio
L'additivo bagnante e disperdente Tego Dispers 655 viene utilizzato nelle vernici per autoveicoli a base d'acqua non solo per orientare i pigmenti, ma anche per impedire che la polvere di alluminio reagisca con l'acqua.
Per questioni ambientali, sono stati sviluppati agenti bagnanti e disperdenti biodegradabili, come gli agenti bagnanti e disperdenti a doppia cella della serie EnviroGem AE, che sono agenti bagnanti e disperdenti a bassa formazione di schiuma.
2 antischiuma:
Esistono molti tipi di antischiuma tradizionali per vernici a base d'acqua, che generalmente si dividono in tre categorie: antischiuma a base di olio minerale, antischiuma a base di polisilossano e altri antischiuma.
Gli antischiuma a base di olio minerale sono comunemente utilizzati, soprattutto nelle vernici al lattice opache e semilucide.
Gli antischiuma al polisilossano hanno una bassa tensione superficiale, forti capacità antischiuma e antischiuma e non influiscono sulla lucentezza, ma se usati in modo improprio possono causare difetti come il restringimento della pellicola di rivestimento e una scarsa riverniciabilità.
I tradizionali antischiuma per vernici a base d'acqua sono incompatibili con la fase acquosa per raggiungere lo scopo di antischiuma, quindi è facile che si verifichino difetti superficiali nella pellicola di rivestimento.
Negli ultimi anni sono stati sviluppati antischiuma a livello molecolare.
Questo agente antischiuma è un polimero formato mediante innesto diretto di principi attivi antischiuma sulla sostanza di supporto. La catena molecolare del polimero presenta un gruppo ossidrilico bagnante, il principio attivo antischiuma è distribuito attorno alla molecola, non è facilmente aggregabile e la compatibilità con il sistema di rivestimento è buona. Tra questi agenti antischiuma a livello molecolare figurano oli minerali (serie FoamStar A10), polimeri contenenti silicio (serie FoamStar A30) e polimeri non silicei e non oleosi (serie FoamStar MF).
È stato inoltre riportato che questo antischiuma a livello molecolare utilizza polimeri a stella super-innestati come tensioattivi incompatibili e ha ottenuto buoni risultati nelle applicazioni di rivestimenti a base d'acqua. L'antischiuma di grado molecolare di Air Products, riportato da Stout et al., è un agente antischiuma e antischiuma a base di glicole acetilenico con proprietà bagnanti, come Surfynol MD 20 e Surfynol DF 37.
Inoltre, per soddisfare l'esigenza di produrre rivestimenti a zero VOC, sono disponibili anche antischiuma privi di VOC, come Agitan 315, Agitan E 255, ecc.
3 Addensanti:
Esistono molti tipi di addensanti, attualmente quelli più comunemente usati sono l'etere di cellulosa e i suoi derivati, gli addensanti alcali-rigonfiabili associativi (HASE) e gli addensanti poliuretanici (HEUR).
3.1. Etere di cellulosa e suoi derivati
L'idrossietilcellulosa (HEC) è stata prodotta per la prima volta a livello industriale dalla Union Carbide Company nel 1932 e vanta una storia di oltre 70 anni. Attualmente, gli addensanti dell'etere di cellulosa e dei suoi derivati includono principalmente idrossietilcellulosa (HEC), metilidrossietilcellulosa (MHEC), etilidrossietilcellulosa (EHEC), metilidrossipropilcellulosa (MHPC), metilcellulosa (MC) e gomma xantana, ecc.; questi sono addensanti non ionici e appartengono anche alla categoria degli addensanti in fase acquosa non associati. Tra questi, l'HEC è il più comunemente utilizzato nelle vernici al lattice.
La cellulosa modificata idrofobicamente (HMHEC) introduce una piccola quantità di gruppi alchilici idrofobici a catena lunga sulla struttura idrofila della cellulosa per trasformarsi in un addensante associativo, come Natrosol Plus Grade 330, 331, Cellosize SG-100, Bermocoll EHM-100. Il suo effetto addensante è paragonabile a quello degli addensanti a base di etere di cellulosa con peso molecolare molto maggiore. Migliora la viscosità e il livellamento dell'ICI e ne riduce la tensione superficiale, ad esempio la tensione superficiale dell'HEC è di circa 67 mN/m, mentre quella dell'HMHEC è di 55-65 mN/m.
3.2 Addensante alcalino-rigonfiante
Gli addensanti alcalini rigonfiabili si dividono in due categorie: addensanti alcalini rigonfiabili non associativi (ASE) e addensanti alcalini rigonfiabili associativi (HASE), che sono addensanti anionici. L'ASE non associato è un'emulsione rigonfiante alcalina di poliacrilato. L'HASE associativo è un'emulsione rigonfiante alcalina di poliacrilato idrofobicamente modificata.
3.3. Addensante poliuretanico e addensante non poliuretanico modificato idrofobicamente
L'addensante poliuretanico, denominato HEUR, è un polimero poliuretanico idrosolubile etossilato modificato con un gruppo idrofobico, appartenente alla categoria degli addensanti associativi non ionici. L'HEUR è composto da tre parti: gruppo idrofobico, catena idrofila e gruppo poliuretanico. Il gruppo idrofobico svolge un ruolo di associazione ed è il fattore decisivo per l'addensamento, solitamente oleile, ottadecile, dodecilfenile, nonilfenolo, ecc. La catena idrofila può fornire stabilità chimica e stabilità della viscosità; i polieteri più comunemente utilizzati sono il poliossietilene e i suoi derivati. La catena molecolare dell'HEUR è estesa da gruppi poliuretanici, come IPDI, TDI e HMDI. La caratteristica strutturale degli addensanti associativi è che sono terminati da gruppi idrofobi. Tuttavia, il grado di sostituzione dei gruppi idrofobi a entrambe le estremità di alcuni HEUR disponibili in commercio è inferiore a 0,9, e il migliore è solo 1,7. Le condizioni di reazione devono essere rigorosamente controllate per ottenere un addensante poliuretanico con una distribuzione ristretta del peso molecolare e prestazioni stabili. La maggior parte degli HEUR viene sintetizzata mediante polimerizzazione a stadi, quindi gli HEUR disponibili in commercio sono generalmente miscele di pesi molecolari ampi.
Richey et al. hanno utilizzato un addensante associativo al pirene (PAT, peso molecolare medio numerico 30.000, peso molecolare medio ponderale 60.000) come tracciante fluorescente per scoprire che, a una concentrazione dello 0,02% (in peso), il grado di aggregazione micellare di Acrysol RM-825 e PAT era di circa 6. L'energia di associazione tra l'addensante e la superficie delle particelle di lattice è di circa 25 kJ/mol; l'area occupata da ciascuna molecola di addensante PAT sulla superficie delle particelle di lattice è di circa 13 nm², che corrisponde all'incirca all'area occupata dall'agente bagnante Triton X-405, 14 volte superiore a 0,9 nm². Addensanti poliuretanici associativi come RM-2020NPR, DSX 1550, ecc.
Lo sviluppo di addensanti poliuretanici associativi ecocompatibili ha ricevuto ampia attenzione. Ad esempio, BYK-425 è un addensante poliuretanico modificato con urea, privo di COV e APEO. Rheolate 210, Borchi Gel 0434, Tego ViscoPlus 3010, 3030 e 3060 sono addensanti poliuretanici associativi privi di COV e APEO.
Oltre agli addensanti poliuretanici associativi lineari descritti sopra, esistono anche addensanti poliuretanici associativi a pettine. Il cosiddetto addensante poliuretanico associativo a pettine significa che c'è un gruppo idrofobico pendente al centro di ciascuna molecola di addensante. Addensanti come SCT-200 e SCT-275, ecc.
L'addensante amminoplastico modificato idrofobicamente (addensante amminoplastico etossilato modificato idrofobicamente - HEAT) trasforma la speciale resina amminica in quattro gruppi idrofobici bloccati, ma la reattività di questi quattro siti di reazione è diversa. Nella normale addizione di gruppi idrofobici, ci sono solo due gruppi idrofobici bloccati, quindi l'addensante amminico modificato idrofobico sintetico non è molto diverso da HEUR, come Optiflo H 500. Se vengono aggiunti più gruppi idrofobici, ad esempio fino all'8%, le condizioni di reazione possono essere modificate per produrre addensanti amminici con più gruppi idrofobici bloccati. Naturalmente, anche questo è un addensante a pettine. Questo addensante amminico modificato idrofobico può impedire la diminuzione della viscosità della vernice dovuta all'aggiunta di una grande quantità di tensioattivi e solventi glicolici quando si aggiunge la tinta. Il motivo è che i gruppi idrofobici forti possono impedire il desorbimento e i gruppi idrofobici multipli hanno una forte associazione. Tali addensanti come Optiflo TVS.
Addensante in polietere modificato idrofobico (HMPE) Le prestazioni dell'addensante in polietere modificato idrofobico sono simili a quelle dell'HEUR e i prodotti includono Aquaflow NLS200, NLS210 e NHS300 di Hercules.
Il suo meccanismo di addensamento è dovuto sia al legame a idrogeno che all'associazione dei gruppi terminali. Rispetto agli addensanti comuni, presenta migliori proprietà anti-sedimentazione e anti-colata. In base alle diverse polarità dei gruppi terminali, gli addensanti poliureici modificati possono essere suddivisi in tre tipologie: addensanti poliureici a bassa polarità, addensanti poliureici a media polarità e addensanti poliureici ad alta polarità. I primi due sono utilizzati per l'addensamento di rivestimenti a base solvente, mentre gli addensanti poliureici ad alta polarità possono essere utilizzati sia per rivestimenti a base solvente ad alta polarità che per rivestimenti a base acqua. I prodotti commerciali di addensanti poliureici a bassa, media e alta polarità sono rispettivamente BYK-411, BYK-410 e BYK-420.
La slurry di cera poliammidica modificata è un additivo reologico sintetizzato introducendo gruppi idrofili come il PEG nella catena molecolare della cera ammidica. Attualmente, alcuni marchi vengono importati e vengono utilizzati principalmente per regolare la tissotropia del sistema e migliorarne l'antitissotropia. Prestazioni anti-colata.
Data di pubblicazione: 22 novembre 2022