まとめ：
1. 湿潤分散剤
2. 消泡剤
3. 増粘剤
4. フィルム形成添加剤
5. 防錆、防カビ、防藻剤
6. その他の添加物
1 湿潤分散剤：
水性塗料は水を溶媒または分散媒として用いますが、水は誘電率が大きいため、電気二重層が重なり合う際の静電反発によって主に安定化されます。また、水性塗料システムにはポリマーや非イオン界面活性剤が含まれることが多く、顔料フィラーの表面に吸着して立体障害を形成し、分散を安定化させます。そのため、水性塗料やエマルジョンは静電反発と立体障害の相乗作用により安定した結果を得ています。欠点は、特に高価な電解液に対して耐電解性が低いことです。
1.1 湿潤剤
水性コーティング用の湿潤剤は、陰イオン性と非イオン性に分けられます。
湿潤剤と分散剤を組み合わせることで理想的な結果が得られます。湿潤剤の使用量は通常、1000分の1程度です。湿潤剤の悪影響としては、泡立ちが起こり、塗膜の耐水性が低下することが挙げられます。
湿潤剤の開発動向の一つは、ラットにおける男性ホルモンの減少や内分泌への阻害を引き起こすポリオキシエチレンアルキル（ベンゼン）フェノールエーテル（APEOまたはAPE）湿潤剤を徐々に置き換えることです。ポリオキシエチレンアルキル（ベンゼン）フェノールエーテルは、乳化重合における乳化剤として広く使用されています。
ツインセル界面活性剤もまた新たな開発です。これは、スペーサーを介して結合した2つの両親媒性分子です。ツインセル界面活性剤の最も顕著な特徴は、臨界ミセル濃度（CMC）が「単セル」界面活性剤よりも1桁以上低く、高い効率性を示すことです。TEGO Twin 4000のようなツインセルシロキサン界面活性剤は、不安定な泡立ちと消泡特性を示します。
エアプロダクツはジェミニ界面活性剤を開発しました。従来の界面活性剤は疎水性の末端と親水性の頭部を有していましたが、この新しい界面活性剤は2つの親水基と2つまたは3つの疎水基を有し、アセチレングリコールとして知られる多機能界面活性剤です。EnviroGem AD01などの製品がこれにあたります。
1.2 分散剤
ラテックス塗料用の分散剤は、リン酸分散剤、ポリ酸ホモポリマー分散剤、ポリ酸コポリマー分散剤、およびその他の分散剤の 4 つのカテゴリに分類されます。
最も広く使用されているリン酸分散剤は、ヘキサメタリン酸ナトリウム、ポリリン酸ナトリウム（Calgon N、ドイツのBK Giulini Chemical社製）、トリポリリン酸カリウム（KTPP）、ピロリン酸テトラカリウム（TKPP）などのポリリン酸エステルです。その作用機序は、水素結合と化学吸着によって静電反発力を安定化させることです。その利点は、添加量が約0.1%と低く、無機顔料や充填剤に対する分散効果が良好であることです。しかし、欠点もあります。一つは、pH値と温度の上昇に伴い、ポリリン酸は加水分解されやすく、長期保存安定性が悪くなることです。また、媒体への溶解が不完全であると、光沢のあるラテックス塗料の光沢に影響を与えます。
リン酸エステル分散剤は、モノエステル、ジエステル、残留アルコール、リン酸の混合物です。
リン酸エステル分散剤は、酸化亜鉛などの反応性顔料を含む顔料分散液を安定化させます。光沢塗料配合においては、光沢と洗浄性を向上させます。他の湿潤分散剤とは異なり、リン酸エステル分散剤を添加しても、塗膜のKU粘度およびICI粘度は影響を受けません。
タモール1254やタモール850などのポリ酸ホモポリマー分散剤。タモール850はメタクリル酸のホモポリマーです。オロタン731Aなどのポリ酸コポリマー分散剤は、ジイソブチレンとマレイン酸のコポリマーです。これらの2種類の分散剤の特徴は、顔料や充填剤の表面に強力な吸着またはアンカーを形成し、分子鎖が長く立体障害を形成し、鎖末端に水溶性があり、静電反発によって補完されて安定した結果を達成することです。分散剤の分散性を良好にするには、分子量を厳密に制御する必要があります。分子量が小さすぎると立体障害が不十分になり、分子量が大きすぎると凝集が発生します。ポリアクリレート分散剤の場合、重合度が12〜18の場合に最良の分散効果が得られます。
AMP-95などの他の分散剤は、化学名を2-アミノ-2-メチル-1-プロパノールといいます。アミノ基は無機粒子の表面に吸着し、水酸基は水に伸びて立体障害を引き起こし、安定化の役割を果たします。粒子サイズが小さいため、立体障害は限定的です。AMP-95は主にpH調整剤として使用されます。
近年、分散剤の研究では、高分子量化に伴う凝集の問題を克服し、高分子量化がトレンドの一つとなっています。例えば、乳化重合法で製造される高分子量分散剤EFKA-4580は、水性工業用塗料向けに特別に開発されており、有機・無機顔料の分散に適しており、優れた耐水性を備えています。
アミノ基は酸塩基結合または水素結合を介して多くの顔料と良好な親和性を示します。アミノアクリル酸をアンカー基とするブロック共重合体分散剤が注目されています。
ジメチルアミノエチルメタクリレートをアンカー基とする分散剤
Tego Dispers 655 湿潤分散剤は、水性自動車塗料で顔料を配向させるだけでなく、アルミニウム粉末が水と反応するのを防ぐためにも使用されます。
環境問題への配慮から、低発泡性の湿潤分散剤であるEnviroGem AEシリーズツインセル湿潤分散剤などの生分解性の湿潤分散剤が開発されました。
消泡剤2個：
従来の水性塗料用消泡剤には多くの種類があり、一般的には鉱物油系消泡剤、ポリシロキサン系消泡剤、その他の消泡剤の 3 つのカテゴリに分けられます。
鉱物油消泡剤は、主に艶消しおよび半光沢のラテックス塗料によく使用されます。
ポリシロキサン系消泡剤は表面張力が低く、消泡・消泡力が強く、光沢にも影響を与えませんが、使い方を誤ると塗膜の収縮や塗り重ね性の悪さなどの不具合を引き起こします。
従来の水性塗料用消泡剤は、水相と相溶性がないため消泡の目的を達成できず、塗膜に表面欠陥が生じやすくなります。
近年、分子レベルの消泡剤が開発されました。
この消泡剤は、消泡活性物質を担体物質に直接グラフト結合させたポリマーです。ポリマーの分子鎖は濡れ性水酸基を有し、消泡活性物質は分子全体に分散しており、活性物質は凝集しにくく、コーティングシステムとの相溶性も良好です。このような分子レベルの消泡剤には、鉱油系のFoamStar A10シリーズ、シリコン含有系のFoamStar A30シリーズ、非シリコン・非油性ポリマー系のFoamStar MFシリーズなどがあります。
この分子レベルの消泡剤は、非相溶性界面活性剤としてスーパーグラフト化スターポリマーを用いており、水性コーティング用途において良好な結果を得ていることも報告されています。Stoutらが報告したAir Productsの分子グレード消泡剤は、Surfynol MD 20やSurfynol DF 37など、湿潤性を備えたアセチレングリコール系の泡制御剤および消泡剤です。
さらに、ゼロVOCコーティングの製造ニーズを満たすために、Agitan 315、Agitan E 255などのVOCフリー消泡剤も用意されています。
3つの増粘剤：
増粘剤には多くの種類がありますが、現在一般的に使用されているのはセルロースエーテルおよびその誘導体増粘剤、会合性アルカリ膨潤性増粘剤 (HASE)、ポリウレタン増粘剤 (HEUR) です。
3.1. セルロースエーテルとその誘導体
ヒドロキシエチルセルロース（HEC）は、1932年にユニオンカーバイド社によって初めて工業生産され、70年以上の歴史を誇ります。現在、セルロースエーテルおよびその誘導体の増粘剤としては、主にヒドロキシエチルセルロース（HEC）、メチルヒドロキシエチルセルロース（MHEC）、エチルヒドロキシエチルセルロース（EHEC）、メチルヒドロキシプロピルセルロース（MHPC）、メチルセルロース（MC）、キサンタンガムなどが挙げられます。これらは非イオン性増粘剤であり、非会合型水相増粘剤にも属します。その中でも、HECはラテックス塗料に最も多く使用されています。
疎水化改質セルロース（HMHEC）は、セルロースの親水性骨格に少量の長鎖疎水性アルキル基を導入することで会合性増粘剤となり、Natrosol Plus Grade 330、331、Cellosize SG-100、Bermocoll EHM-100などがその例です。その増粘効果は、分子量がはるかに大きいセルロースエーテル増粘剤に匹敵します。ICIの粘度とレベリング性を向上させ、表面張力を低下させます。HECの表面張力は約67mN/mであるのに対し、HMHECの表面張力は55～65mN/mです。
3.2 アルカリ膨潤性増粘剤
アルカリ膨潤性増粘剤は、非会合型アルカリ膨潤性増粘剤（ASE）と会合型アルカリ膨潤性増粘剤（HASE）の2つのカテゴリーに分けられます。会合型アルカリ膨潤性増粘剤は、陰イオン性増粘剤です。非会合型ASEは、ポリアクリレート系アルカリ膨潤性エマルジョンです。会合型HASEは、疎水化処理されたポリアクリレート系アルカリ膨潤性エマルジョンです。
3.3. ポリウレタン増粘剤および疎水化非ポリウレタン増粘剤
HEURと呼ばれるポリウレタン増粘剤は、疎水基で修飾されたエトキシル化ポリウレタン水溶性ポリマーであり、非イオン性会合性増粘剤に属します。HEURは、疎水基、親水鎖、ポリウレタン基の3つの部分で構成されています。疎水基は会合の役割を果たしており、増粘の決定要因であり、通常はオレイル、オクタデシル、ドデシルフェニル、ノニルフェノールなどです。親水鎖は化学的安定性と粘度安定性を提供することができ、一般的に使用されているのはポリオキシエチレンおよびその誘導体などのポリエーテルです。HEURの分子鎖は、IPDI、TDI、HMDIなどのポリウレタン基によって延長されています。会合性増粘剤の構造的特徴は、疎水基で末端が覆われていることです。ただし、市販されているHEURの一部の両末端の疎水基の置換度は0.9未満で、最高のものでも1.7です。分子量分布が狭く、安定した性能を有するポリウレタン増粘剤を得るには、反応条件を厳密に管理する必要があります。ほとんどの高分子量ポリウレタン増粘剤は段階的な重合法で合成されるため、市販されている高分子量ポリウレタン増粘剤は、一般的に幅広い分子量の混合物となっています。
Richeyらは、蛍光トレーサーピレン会合型増粘剤（PAT、数平均分子量30000、重量平均分子量60000）を用いて、濃度0.02％（重量）で、Acrysol RM-825とPATのミセル凝集度が約6であることを発見しました。増粘剤とラテックス粒子表面との会合エネルギーは約25KJ/molです。ラテックス粒子表面における各PAT増粘剤分子の占有面積は約13nm²で、これはTriton X-405湿潤剤の占有面積0.9nm²の約14倍です。RM-2020NPR、DSX 1550などの会合型ポリウレタン増粘剤。
環境に優しい会合型ポリウレタン増粘剤の開発は、広く注目を集めています。例えば、BYK-425はVOCおよびAPEOを含まない尿素変性ポリウレタン増粘剤です。Rheolate 210、Borchi Gel 0434、Tego ViscoPlus 3010、3030、3060は、VOCおよびAPEOを含まない会合型ポリウレタン増粘剤です。
上記の線状会合型ポリウレタン増粘剤に加えて、櫛状会合型ポリウレタン増粘剤も存在します。いわゆる櫛状会合型ポリウレタン増粘剤は、増粘剤分子の中央に疎水性基がペンダントしていることを意味します。SCT-200やSCT-275などがその例です。
疎水化改質アミノプラスト増粘剤（疎水化改質エトキシル化アミノプラスト増粘剤-HEAT）は、特殊なアミノ樹脂を4つのキャップされた疎水基に変えますが、これら4つの反応部位の反応性は異なります。通常の疎水基の添加では、ブロックされた疎水基は2つしかないため、合成疎水化改質アミノ増粘剤は、Optiflo H 500などのHEURとそれほど変わりません。最大8％などの疎水基を追加する場合は、反応条件を調整して、複数のブロックされた疎水基を持つアミノ増粘剤を生成できます。もちろん、これも櫛形増粘剤です。この疎水化改質アミノ増粘剤は、色合わせの際に大量の界面活性剤やグリコール溶剤を添加することによる塗料粘度の低下を防ぐことができます。その理由は、強い疎水基が脱着を防ぎ、複数の疎水基が強い会合を持つためです。Optiflo TVSなどの増粘剤。
疎水性改質ポリエーテル増粘剤 (HMPE) 疎水性改質ポリエーテル増粘剤の性能は HEUR に似ており、製品には Hercules 社の Aquaflow NLS200、NLS210、NHS300 などがあります。
その増粘機構は、水素結合と末端基の会合の両方の効果です。一般的な増粘剤と比較して、優れた沈降防止性と垂れ防止性を備えています。末端基の極性の違いにより、改質ポリウレア増粘剤は、低極性ポリウレア増粘剤、中極性ポリウレア増粘剤、高極性ポリウレア増粘剤の3種類に分けられます。最初の2つは溶剤系塗料の増粘に使用され、高極性ポリウレア増粘剤は高極性溶剤系塗料と水性塗料の両方に使用できます。低極性、中極性、高極性ポリウレア増粘剤の市販品は、それぞれBYK-411、BYK-410、BYK-420です。
改質ポリアミドワックススラリーは、PEGなどの親水性基をアミドワックスの分子鎖に導入することで合成されるレオロジー添加剤です。現在、いくつかのブランドが輸入されており、主にシステムのチキソトロピー性を調整し、抗チキソトロピー性を向上させるために使用されます。タレ防止性能。
投稿日時: 2022年11月22日