요약:
1. 습윤 및 분산제
2. 소포제
3. 증점제
4. 필름 형성 첨가제
5. 부식 방지, 곰팡이 방지 및 조류 방지제
6. 기타 첨가물
1 습윤 및 분산제:
수성 코팅은 물을 용매 또는 분산매로 사용하는데, 물은 유전율이 크기 때문에 수성 코팅은 주로 전기 이중층이 겹칠 때 발생하는 정전기적 반발력에 의해 안정화됩니다. 또한, 수성 코팅 시스템에는 종종 고분자와 비이온성 계면활성제가 포함되어 있으며, 이들은 안료 필러 표면에 흡착되어 입체 장애를 형성하고 분산을 안정화합니다. 따라서 수성 페인트와 에멀젼은 정전기적 반발력과 입체 장애의 공동 작용을 통해 안정적인 결과를 얻습니다. 단점은 특히 고가의 전해질에 대한 내전해질성이 낮다는 것입니다.
1.1 습윤제
수성 코팅제용 습윤제는 음이온성과 비이온성으로 구분됩니다.
습윤제와 분산제를 함께 사용하면 이상적인 결과를 얻을 수 있습니다. 습윤제의 양은 일반적으로 1,000분의 몇 정도입니다. 습윤제의 부작용으로는 기포 발생 및 도막 내수성 저하가 있습니다.
습윤제 개발 동향 중 하나는 폴리옥시에틸렌 알킬(벤젠) 페놀 에테르(APEO 또는 APE) 습윤제를 점진적으로 대체하는 것입니다. 이는 랫드에서 남성 호르몬 감소를 유발하고 내분비계에 영향을 미치기 때문입니다. 폴리옥시에틸렌 알킬(벤젠) 페놀 에테르는 유화 중합 과정에서 유화제로 널리 사용됩니다.
트윈 계면활성제 또한 새롭게 개발된 제품입니다. 이는 스페이서로 연결된 두 개의 양친매성 분자입니다. 트윈 셀 계면활성제의 가장 큰 특징은 임계 미셀 농도(CMC)가 단일 셀 계면활성제보다 훨씬 낮고, 높은 효율을 보인다는 것입니다. TEGO Twin 4000과 같은 트윈 셀 실록산 계면활성제는 불안정한 거품 생성 및 소포 특성을 가지고 있습니다.
에어 프로덕츠는 제미니 계면활성제를 개발했습니다. 기존 계면활성제는 소수성 꼬리와 친수성 머리 부분을 가지고 있지만, 이 새로운 계면활성제는 친수성 그룹 두 개와 소수성 그룹 두세 개를 가지고 있어 아세틸렌 글리콜이라고도 불리는 다기능 계면활성제입니다. 대표적인 제품으로는 EnviroGem AD01이 있습니다.
1.2 분산제
라텍스 페인트용 분산제는 인산 분산제, 폴리산 단일중합체 분산제, 폴리산 공중합체 분산제 및 기타 분산제의 4가지 범주로 구분됩니다.
가장 널리 사용되는 인산염 분산제는 헥사메타인산나트륨, 폴리인산나트륨(Calgon N, 독일 BK Giulini Chemical Company 제품), 트리폴리인산칼륨(KTPP), 피로인산사칼륨(TKPP)과 같은 폴리인산염입니다. 이 분산제의 작용 기전은 수소 결합과 화학 흡착을 통해 정전기적 반발력을 안정화하는 것입니다. 이 분산제의 장점은 사용량이 약 0.1%로 낮고 무기 안료 및 충전제에 대한 분산 효과가 우수하다는 것입니다. 하지만 단점도 있습니다. pH와 온도가 상승하는 것과 더불어 폴리인산염은 쉽게 가수분해되어 장기 보관 안정성이 저하됩니다. 또한, 매체에 완전히 용해되지 않으면 광택 라텍스 페인트의 광택에 영향을 미칩니다.
인산에스테르 분산제는 모노에스테르, 디에스테르, 잔류알코올 및 인산의 혼합물입니다.
인산에스테르 분산제는 산화아연과 같은 반응성 안료를 포함한 안료 분산액을 안정화합니다. 광택 도료 제형에서는 광택과 세척성을 향상시킵니다. 다른 습윤 및 분산 첨가제와 달리, 인산에스테르 분산제를 첨가해도 코팅의 KU 및 ICI 점도에 영향을 미치지 않습니다.
Tamol 1254 및 Tamol 850과 같은 폴리산 호모폴리머 분산제. Tamol 850은 메타크릴산의 호모폴리머입니다. Orotan 731A와 같은 폴리산 공중합체 분산제는 디이소부틸렌과 말레산의 공중합체입니다. 이 두 가지 유형의 분산제의 특징은 안료 및 충전제 표면에 강한 흡착 또는 고정을 생성하고, 더 긴 분자 사슬을 가져 입체 장애를 형성하며, 사슬 말단에서 수용성을 가지며, 일부는 정전기적 반발력으로 보완되어 안정적인 결과를 얻는다는 것입니다. 분산제의 분산성을 좋게 하려면 분자량을 엄격하게 조절해야 합니다. 분자량이 너무 작으면 입체 장애가 충분하지 않고, 분자량이 너무 크면 응집이 발생합니다. 폴리아크릴레이트 분산제의 경우, 중합도가 12~18일 때 최상의 분산 효과를 얻을 수 있습니다.
AMP-95와 같은 다른 유형의 분산제는 화학명이 2-아미노-2-메틸-1-프로판올입니다. 아미노기는 무기 입자 표면에 흡착되고, 히드록실기는 물로 확장되어 입체 장애를 통해 안정화 역할을 합니다. 크기가 작기 때문에 입체 장애가 제한적입니다. AMP-95는 주로 pH 조절제로 사용됩니다.
최근 분산제 연구는 고분자량으로 인한 응집 문제를 극복하고 있으며, 고분자량 분산제 개발은 이러한 추세 중 하나입니다. 예를 들어, 유화 중합으로 생산되는 고분자량 분산제 EFKA-4580은 수성 산업용 코팅용으로 특별히 개발되었으며, 유기 및 무기 안료 분산에 적합하고 내수성이 우수합니다.
아미노기는 산-염기 또는 수소 결합을 통해 여러 안료와 우수한 친화성을 갖습니다. 아미노아크릴산을 고정기로 사용하는 블록 공중합체 분산제가 주목을 받고 있습니다.
디메틸아미노에틸 메타크릴레이트를 고정기로 하는 분산제
Tego Dispers 655 습윤 및 분산 첨가제는 수성 자동차 페인트에 사용되어 안료의 방향을 정할 뿐만 아니라 알루미늄 분말이 물과 반응하는 것을 방지합니다.
환경 문제로 인해 생분해성 습윤 및 분산제가 개발되었는데, 그 중 하나가 거품이 적은 습윤 및 분산제인 EnviroGem AE 시리즈 트윈 셀 습윤 및 분산제입니다.
2 소포제:
전통적인 수성 페인트 소포제에는 여러 종류가 있으며, 일반적으로 미네랄 오일 소포제, 폴리실록산 소포제 및 기타 소포제의 세 가지 범주로 나뉩니다.
미네랄 오일 소포제는 주로 무광택 및 반광택 라텍스 페인트에 사용됩니다.
폴리실록산 소포제는 표면장력이 낮고, 소포 및 거품방지 성능이 강하며 광택에 영향을 미치지 않지만, 부적절하게 사용하면 도막 수축 및 재도장성 저하 등의 불량을 유발합니다.
기존의 수성 페인트 소포제는 소포 목적을 달성하기 위해 물 상태와 호환되지 않으므로 코팅 필름에 표면 결함이 생기기 쉽습니다.
최근 몇 년 동안 분자 수준의 소포제가 개발되었습니다.
이 소포제는 소포 활성 물질을 담체 물질에 직접 접목시켜 형성된 중합체입니다. 이 중합체의 분자 사슬은 습윤성 수산기를 가지고 있으며, 소포 활성 물질은 분자 전체에 분포되어 있어 응집되기 어렵고 코팅 시스템과의 상용성이 우수합니다. 이러한 분자 단위 소포제로는 미네랄 오일인 FoamStar A10 시리즈, 실리콘 함유 FoamStar A30 시리즈, 그리고 실리콘 및 오일을 함유하지 않은 폴리머인 FoamStar MF 시리즈가 있습니다.
또한, 이 분자 수준 소포제는 비상용성 계면활성제로 초그래프트 스타 폴리머를 사용하여 수성 코팅 분야에서 우수한 결과를 달성한 것으로 보고되었습니다. Stout 등이 보고한 Air Products의 분자 수준 소포제는 Surfynol MD 20 및 Surfynol DF 37과 같이 아세틸렌 글리콜 기반의 거품 조절제이자 습윤 특성을 모두 갖춘 소포제입니다.
또한, VOC가 없는 코팅 생산 요구를 충족하기 위해 Agitan 315, Agitan E 255 등과 같이 VOC가 없는 소포제도 있습니다.
3가지 증점제:
증점제에는 여러 종류가 있는데, 현재 일반적으로 사용되는 것은 셀룰로오스 에테르와 그 유도체 증점제, 연합 알칼리 팽윤성 증점제(HASE) 및 폴리우레탄 증점제(HEUR)입니다.
3.1. 셀룰로오스 에테르 및 그 유도체
히드록시에틸셀룰로오스(HEC)는 1932년 유니언 카바이드(Union Carbide) 사에서 최초로 산업적으로 생산되었으며, 70년 이상의 역사를 가지고 있습니다. 현재 셀룰로오스 에테르 및 그 유도체의 증점제로는 히드록시에틸셀룰로오스(HEC), 메틸히드록시에틸셀룰로오스(MHEC), 에틸히드록시에틸셀룰로오스(EHEC), 메틸히드록시프로필셀룰로오스(MHPC), 메틸셀룰로오스(MC), 잔탄검 등이 주로 사용되며, 이들은 비이온성 증점제이자 비회합 수상 증점제에 속합니다. 이 중 HEC는 라텍스 페인트에 가장 많이 사용됩니다.
소수성 개질 셀룰로스(HMHEC)는 셀룰로스의 친수성 골격에 소량의 장쇄 소수성 알킬기를 도입하여 회합성 증점제로 작용합니다. Natrosol Plus Grade 330, 331, Cellosize SG-100, Bermocoll EHM-100 등이 그 예입니다. HMHEC의 증점 효과는 분자량이 훨씬 큰 셀룰로스 에테르 증점제와 유사합니다. HMHEC는 ICI의 점도와 평활도를 개선하고 표면 장력을 감소시킵니다. 예를 들어, HEC의 표면 장력은 약 67mN/m이고 HMHEC의 표면 장력은 55~65mN/m입니다.
3.2 알칼리 팽윤성 증점제
알칼리 팽윤성 증점제는 비회합성 알칼리 팽윤성 증점제(ASE)와 음이온성 증점제인 회합성 알칼리 팽윤성 증점제(HASE)의 두 가지 범주로 나뉩니다. 비회합성 ASE는 폴리아크릴레이트 알칼리 팽윤성 에멀젼입니다. 회합성 HASE는 소수성으로 개질된 폴리아크릴레이트 알칼리 팽윤성 에멀젼입니다.
3.3. 폴리우레탄 증점제 및 소수성 개질 비폴리우레탄 증점제
폴리우레탄 증점제(HEUR)는 소수성기로 개질된 에톡실화 폴리우레탄 수용성 중합체로, 비이온성 회합 증점제에 속합니다. HEUR은 소수성기, 친수성 사슬, 폴리우레탄기의 세 부분으로 구성됩니다. 소수성기는 회합 역할을 하며 증점에 결정적인 역할을 하며, 일반적으로 올레일기, 옥타데실기, 도데실페닐기, 노닐페놀기 등이 있습니다. 친수성 사슬은 화학적 안정성과 점도 안정성을 제공하며, 폴리옥시에틸렌 및 그 유도체와 같은 폴리에테르가 일반적으로 사용됩니다. HEUR의 분자 사슬은 IPDI, TDI, HMDI와 같은 폴리우레탄기에 의해 연장됩니다. 회합 증점제의 구조적 특징은 소수성기로 말단이 구성되어 있다는 것입니다. 그러나 일부 시판 HEUR의 양 말단 소수성기의 치환도는 0.9 미만이며, 최상의 경우 1.7에 불과합니다. 좁은 분자량 분포와 안정적인 성능을 가진 폴리우레탄 증점제를 얻으려면 반응 조건을 엄격하게 제어해야 합니다. 대부분의 HEUR은 단계적 중합으로 합성되므로, 시판되는 HEUR은 일반적으로 다양한 분자량의 혼합물입니다.
Richey 등은 형광 추적자 피렌 회합 증점제(PAT, 수평균 분자량 30,000, 중량평균 분자량 60,000)를 사용하여 0.02%(중량) 농도에서 Acrysol RM-825와 PAT의 미셀 응집도가 약 6임을 확인했습니다. 증점제와 라텍스 입자 표면 사이의 회합 에너지는 약 25 KJ/mol이며, 라텍스 입자 표면에서 각 PAT 증점제 분자가 차지하는 면적은 약 13 nm²로, 이는 Triton X-405 습윤제가 차지하는 면적의 약 14배에 해당합니다. RM-2020NPR, DSX 1550 등과 같은 회합 폴리우레탄 증점제는 0.9 nm²보다 약 14배 더 큽니다.
친환경 회합성 폴리우레탄 증점제 개발이 큰 주목을 받고 있습니다. 예를 들어, BYK-425는 VOC와 APEO가 없는 우레아 변성 폴리우레탄 증점제입니다. Rheolate 210, Borchi Gel 0434, Tego ViscoPlus 3010, 3030, 3060은 VOC와 APEO가 없는 회합성 폴리우레탄 증점제입니다.
위에서 설명한 선형 회합 폴리우레탄 증점제 외에도 빗살형 회합 폴리우레탄 증점제가 있습니다. 소위 빗살형 회합 폴리우레탄 증점제는 각 증점제 분자 중간에 소수성 고리가 있는 것을 의미합니다. SCT-200, SCT-275 등과 같은 증점제가 있습니다.
소수성 개질 아미노플라스트 증점제(HEAT)는 특수 아미노 수지를 네 개의 캡핑된 소수성기로 변화시키지만, 이 네 반응 부위의 반응성은 다릅니다. 일반적인 소수성기 첨가 시에는 차단된 소수성기가 두 개뿐이므로, 합성된 소수성 개질 아미노 증점제는 Optiflo H 500과 같은 HEUR과 크게 다르지 않습니다. 소수성기를 최대 8%까지 더 첨가하는 경우, 반응 조건을 조절하여 여러 개의 차단된 소수성기를 가진 아미노 증점제를 생산할 수 있습니다. 물론, 이는 빗살무늬 증점제이기도 합니다. 이 소수성 개질 아미노 증점제는 색상 매칭 시 다량의 계면활성제와 글리콜 용매 첨가로 인한 도료 점도 저하를 방지할 수 있습니다. 그 이유는 강력한 소수성기가 탈착을 방지할 수 있고, 여러 개의 소수성기가 강한 결합을 가지고 있기 때문입니다. Optiflo TVS와 같은 증점제.
소수성 개질 폴리에테르 증점제(HMPE) 소수성 개질 폴리에테르 증점제의 성능은 HEUR와 유사하며, 해당 제품에는 Hercules의 Aquaflow NLS200, NLS210 및 NHS300이 있습니다.
증점 메커니즘은 수소 결합과 말단기의 결합 효과입니다. 일반 증점제에 비해 침강 방지 및 처짐 방지 특성이 우수합니다. 말단기의 극성에 따라 변성 폴리우레아 증점제는 저극성 폴리우레아 증점제, 중극성 폴리우레아 증점제, 고극성 폴리우레아 증점제의 세 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. 저극성 폴리우레아 증점제와 중극성 폴리우레아 증점제는 용제형 코팅의 증점에 사용되는 반면, 고극성 폴리우레아 증점제는 고극성 용제형 코팅과 수성 코팅 모두에 사용할 수 있습니다. 저극성, 중극성, 고극성 폴리우레아 증점제의 시판 제품은 각각 BYK-411, BYK-410, BYK-420입니다.
변성 폴리아미드 왁스 슬러리는 아미드 왁스의 분자 사슬에 PEG와 같은 친수성기를 도입하여 합성된 유변학적 첨가제입니다. 현재 일부 브랜드가 수입되고 있으며, 주로 시스템의 틱소트로피(thixotropy)를 조절하고 틱소트로피 저항성을 향상시키는 데 사용됩니다. 처짐 방지 성능도 향상됩니다.
게시 시간: 2022년 11월 22일