Sekrety dodatków do powłok na bazie wody

Streszczenie:

1. Środek zwilżający i dyspergujący

2. Środek przeciwpieniący

3. Zagęszczacz

4. Dodatki tworzące film

5. Środek antykorozyjny, przeciwgrzybiczny i przeciwglonowy

6. Inne dodatki

1 Środek zwilżający i dyspergujący:

Powłoki na bazie wody wykorzystują wodę jako rozpuszczalnik lub medium dyspersyjne, a woda ma dużą stałą dielektryczną, więc powłoki na bazie wody są stabilizowane głównie przez odpychanie elektrostatyczne, gdy nakłada się na siebie podwójna warstwa elektryczna. Ponadto w systemie powłok na bazie wody często występują polimery i niejonowe środki powierzchniowo czynne, które są adsorbowane na powierzchni wypełniacza pigmentowego, tworząc przeszkodę przestrzenną i stabilizując dyspersję. Dlatego farby i emulsje na bazie wody osiągają stabilne rezultaty dzięki wspólnemu działaniu odpychania elektrostatycznego i przeszkody przestrzennej. Jego wadą jest słaba odporność na elektrolit, szczególnie w przypadku drogich elektrolitów.

1.1 Środek zwilżający

Środki zwilżające do powłok wodorozcieńczalnych dzielą się na anionowe i niejonowe.

Połączenie środka zwilżającego i środka dyspergującego może dać idealne rezultaty. Ilość środka zwilżającego wynosi zazwyczaj kilka na tysiąc. Jego negatywnym efektem jest pienienie i zmniejszenie wodoodporności powłoki.

Jednym z trendów rozwojowych środków zwilżających jest stopniowe zastępowanie środków zwilżających polioksyetylenowych alkilo(benzenowych) fenolowych eterów (APEO lub APE), ponieważ prowadzi to do redukcji męskich hormonów u szczurów i zakłóca gospodarkę hormonalną. Polioksyetylenowe alkilo(benzenowe) fenolowe etery są szeroko stosowane jako emulgatory podczas polimeryzacji emulsyjnej.

Surfaktanty bliźniacze są również nowymi rozwiązaniami. Są to dwie amfifilowe cząsteczki połączone przekładką. Najbardziej zauważalną cechą surfaktantów bliźniaczych jest to, że krytyczne stężenie miceli (CMC) jest o rząd wielkości niższe niż w przypadku surfaktantów „jednokomórkowych”, a następnie wysoka wydajność. Podobnie jak TEGO Twin 4000, jest to surfaktant siloksanowy bliźniaczy, który ma niestabilne właściwości pieniące i przeciwpieniące.

Air Products opracował surfaktanty Gemini. Tradycyjne surfaktanty mają hydrofobowy ogon i hydrofilową głowę, ale ten nowy surfaktant ma dwie grupy hydrofilowe i dwie lub trzy grupy hydrofobowe, co jest wielofunkcyjnym surfaktantem, znanym jako acetylenoglikole, produkty takie jak EnviroGem AD01.

1.2 Dyspergator

Dyspergatory do farb lateksowych dzielą się na cztery kategorie: dyspergatory fosforanowe, dyspergatory homopolimerów polikwasów, dyspergatory kopolimerów polikwasów i inne dyspergatory.

Najczęściej stosowanymi dyspergatorami fosforanów są polifosforany, takie jak heksametafosforan sodu, polifosforan sodu (Calgon N, produkt niemieckiej firmy BK Giulini Chemical Company), tripolifosforan potasu (KTPP) i pirofosforan czteropotasowy (TKPP). Mechanizm ich działania polega na stabilizowaniu odpychania elektrostatycznego poprzez wiązanie wodorowe i adsorpcję chemiczną. Ich zaletą jest to, że dawka jest niska, około 0,1%, i ma dobry efekt dyspersyjny na nieorganicznych pigmentach i wypełniaczach. Ale są też wady: jedna, wraz ze wzrostem wartości pH i temperatury, polifosforan łatwo hydrolizuje, co powoduje złą stabilność długoterminowego przechowywania; Niepełne rozpuszczenie w medium wpłynie na połysk błyszczącej farby lateksowej.

Dyspergatory estrów fosforanowych są mieszaninami monoestrów, diestrów, alkoholi resztkowych i kwasu fosforowego.

Dyspergatory estrów fosforanowych stabilizują dyspersje pigmentów, w tym reaktywne pigmenty, takie jak tlenek cynku. W formulacjach farb błyszczących poprawia połysk i łatwość czyszczenia. W przeciwieństwie do innych dodatków zwilżających i dyspergujących, dodanie dyspergatorów estrów fosforanowych nie wpływa na lepkość KU i ICI powłoki.

Dyspersant homopolimeru polikwasowego, taki jak Tamol 1254 i Tamol 850, Tamol 850 jest homopolimerem kwasu metakrylowego. Dyspersant kopolimeru polikwasowego, taki jak Orotan 731A, który jest kopolimerem diizobutylenu i kwasu maleinowego. Charakterystyka tych dwóch typów dyspergatorów polega na tym, że powodują one silną adsorpcję lub zakotwiczenie na powierzchni pigmentów i wypełniaczy, mają dłuższe łańcuchy cząsteczkowe, aby utworzyć przeszkodę przestrzenną i mają rozpuszczalność w wodzie na końcach łańcucha, a niektóre są uzupełniane przez odpychanie elektrostatyczne, aby uzyskać stabilne wyniki. Aby dyspergator miał dobrą dyspersyjność, masa cząsteczkowa musi być ściśle kontrolowana. Jeśli masa cząsteczkowa jest zbyt mała, nie będzie wystarczającej przeszkody przestrzennej; jeśli masa cząsteczkowa jest zbyt duża, wystąpi flokulacja. W przypadku dyspergatorów poliakrylowych najlepszy efekt dyspersji można osiągnąć, jeśli stopień polimeryzacji wynosi 12-18.

Inne rodzaje dyspergatorów, takie jak AMP-95, mają chemiczną nazwę 2-amino-2-metylo-1-propanol. Grupa aminowa jest adsorbowana na powierzchni cząstek nieorganicznych, a grupa hydroksylowa rozciąga się do wody, która odgrywa rolę stabilizującą poprzez przeszkodę przestrzenną. Ze względu na swój niewielki rozmiar przeszkoda przestrzenna jest ograniczona. AMP-95 jest głównie regulatorem pH.

W ostatnich latach badania nad dyspergatorami przezwyciężyły problem flokulacji spowodowanej wysoką masą cząsteczkową, a rozwój wysokocząsteczkowych środków dyspergujących jest jednym z trendów. Na przykład wysokocząsteczkowy środek dyspergujący EFKA-4580 wytwarzany metodą polimeryzacji emulsyjnej jest specjalnie opracowany do przemysłowych powłok na bazie wody, nadaje się do dyspersji pigmentów organicznych i nieorganicznych i ma dobrą odporność na wodę.

Grupy aminowe mają dobre powinowactwo do wielu pigmentów poprzez wiązanie kwasowo-zasadowe lub wodorowe. Zwrócono uwagę na blokowy kopolimer dyspergujący z kwasem aminoakrylowym jako grupą kotwiczącą.

Dyspergator z dimetyloaminoetylometakrylanem jako grupą kotwiczącą

Dodatek zwilżający i dyspergujący Tego Dispers 655 stosowany jest w wodorozcieńczalnych lakierach samochodowych nie tylko w celu zorientowania pigmentów, ale również w celu zapobiegania reakcji proszku aluminiowego z wodą.

Ze względu na ochronę środowiska opracowano biodegradowalne środki zwilżające i dyspergujące, takie jak dwukomórkowe środki zwilżające i dyspergujące EnviroGem serii AE, które są środkami zwilżającymi i dyspergującymi o niskim spienianiu.

2 środek przeciwpieniący:

Istnieje wiele rodzajów tradycyjnych środków przeciwpieniących do farb na bazie wody, które generalnie dzielą się na trzy kategorie: środki przeciwpieniące na bazie oleju mineralnego, środki przeciwpieniące na bazie polisiloksanu oraz inne środki przeciwpieniące.

Środki przeciwpieniące na bazie oleju mineralnego są powszechnie stosowane, głównie w matowych i półpołyskowych farbach lateksowych.

Środki przeciwpieniące na bazie polisiloksanu charakteryzują się niskim napięciem powierzchniowym, silnymi właściwościami przeciwpieniącymi i przeciwpieniącymi oraz nie wpływają na połysk, jednak w przypadku niewłaściwego użycia mogą powodować wady, takie jak kurczenie się powłoki i słabą możliwość ponownego nakładania powłok.

Tradycyjne środki przeciwpieniące do farb na bazie wody nie są kompatybilne z fazą wodną, ​​co uniemożliwia osiągnięcie zamierzonego celu, jakim jest przeciwpienienie. W efekcie łatwo o defekty powierzchni powłoki.

W ostatnich latach opracowano środki przeciwpieniące na poziomie molekularnym.

Ten środek przeciwpieniący to polimer utworzony przez bezpośrednie szczepienie substancji czynnych przeciwpieniących na substancji nośnej. Łańcuch cząsteczkowy polimeru ma zwilżającą grupę hydroksylową, substancja czynna przeciwpieniąca jest rozproszona wokół cząsteczki, substancja czynna nie jest łatwa do agregacji, a kompatybilność z systemem powłok jest dobra. Takie środki przeciwpieniące na poziomie cząsteczkowym obejmują oleje mineralne — seria FoamStar A10, zawierające krzem — seria FoamStar A30 oraz polimery niesilikonowe i nieolejowe — seria FoamStar MF.

Donoszono również, że ten środek przeciwpieniący na poziomie molekularnym wykorzystuje superszczepione polimery gwiaździste jako niekompatybilne środki powierzchniowo czynne i osiągnął dobre wyniki w zastosowaniach powłok na bazie wody. Środek przeciwpieniący Air Products na poziomie molekularnym zgłoszony przez Stout i in. to środek przeciwpieniący na bazie glikolu acetylenowego i środek przeciwpieniący o właściwościach zwilżających, taki jak Surfynol MD 20 i Surfynol DF 37.

Ponadto, w celu spełnienia potrzeb produkcji powłok bez LZO, dostępne są również środki przeciwpieniące bez LZO, takie jak Agitan 315, Agitan E 255 itp.

3 Zagęszczacze:

Istnieje wiele rodzajów zagęszczaczy, obecnie powszechnie stosowane są zagęszczacze na bazie eteru celulozy i jego pochodnych, asocjacyjne zagęszczacze pęczniejące w środowisku alkalicznym (HASE) oraz zagęszczacze poliuretanowe (HEUR).

3.1. Eter celulozy i jego pochodne

Hydroksyetyloceluloza (HEC) została po raz pierwszy wyprodukowana przemysłowo przez Union Carbide Company w 1932 r. i ma historię ponad 70 lat. Obecnie zagęszczacze eteru celulozy i jego pochodnych obejmują głównie hydroksyetylocelulozę (HEC), metylohydroksyetylocelulozę (MHEC), etylohydroksyetylocelulozę (EHEC), metylohydroksypropylocelulozę bazową (MHPC), metylocelulozę (MC) i gumę ksantanową itp. Są to zagęszczacze niejonowe, a także należą do zagęszczaczy fazy wodnej niezwiązanej. Spośród nich HEC jest najczęściej stosowany w farbach lateksowych.

Hydrofobowo modyfikowana celuloza (HMHEC) wprowadza niewielką ilość długich łańcuchów hydrofobowych grup alkilowych na hydrofilowym szkielecie celulozy, stając się zagęszczaczem asocjacyjnym, takim jak Natrosol Plus Grade 330, 331, Cellosize SG-100, Bermocoll EHM-100. Jego efekt zagęszczania jest porównywalny z efektem zagęszczaczy eterowych celulozy o znacznie większej masie cząsteczkowej. Poprawia lepkość i wyrównywanie ICI oraz zmniejsza napięcie powierzchniowe, takie jak napięcie powierzchniowe HEC wynosi około 67 mN/m, a napięcie powierzchniowe HMHEC wynosi 55-65 mN/m.

3.2 Zagęszczacz pęczniejący w środowisku alkalicznym

Zagęszczacze pęczniejące w środowisku alkalicznym dzielą się na dwie kategorie: nieasocjacyjne zagęszczacze pęczniejące w środowisku alkalicznym (ASE) i asocjacyjne zagęszczacze pęczniejące w środowisku alkalicznym (HASE), które są zagęszczaczami anionowymi. Nieasocjacyjny ASE to poliakrylanowa emulsja pęczniejąca w środowisku alkalicznym. Asocjacyjny HASE to hydrofobowo modyfikowana poliakrylanowa emulsja pęczniejąca w środowisku alkalicznym.

3.3. Zagęszczacz poliuretanowy i zagęszczacz niepoliuretanowy modyfikowany hydrofobowo

Zagęszczacz poliuretanowy, zwany HEUR, jest hydrofobowym, modyfikowanym grupą etoksylowanym, rozpuszczalnym w wodzie polimerem poliuretanowym, który należy do niejonowych zagęszczaczy asocjacyjnych. HEUR składa się z trzech części: grupy hydrofobowej, łańcucha hydrofilowego i grupy poliuretanowej. Grupa hydrofobowa odgrywa rolę asocjacyjną i jest decydującym czynnikiem zagęszczania, zwykle oleilu, oktadecylu, dodecylofenylu, nonylofenolu itp. Łańcuch hydrofilowy może zapewnić stabilność chemiczną i stabilność lepkości, powszechnie stosowane są polietery, takie jak polioksyetylen i jego pochodne. Łańcuch cząsteczkowy HEUR jest przedłużony o grupy poliuretanowe, takie jak IPDI, TDI i HMDI. Cechą strukturalną zagęszczaczy asocjacyjnych jest to, że są one zakończone grupami hydrofobowymi. Jednak stopień podstawienia grup hydrofobowych na obu końcach niektórych dostępnych komercyjnie HEUR jest niższy niż 0,9, a najlepszy wynosi tylko 1,7. Warunki reakcji powinny być ściśle kontrolowane, aby uzyskać zagęszczacz poliuretanowy o wąskim rozkładzie masy cząsteczkowej i stabilnej wydajności. Większość HEUR jest syntetyzowana poprzez polimeryzację etapową, więc dostępne komercyjnie HEUR są na ogół mieszaninami o szerokich masach cząsteczkowych.

Richey i in. użyli fluorescencyjnego znacznika pirenowego jako zagęszczacza asocjacyjnego (PAT, średnia masa cząsteczkowa liczbowo 30000, średnia masa cząsteczkowa wagowo 60000), aby stwierdzić, że przy stężeniu 0,02% (wagowo) stopień agregacji micel Acrysol RM-825 i PAT wynosił około 6. Energia asocjacji między zagęszczaczem a powierzchnią cząstek lateksu wynosi około 25 KJ/mol; powierzchnia zajmowana przez każdą cząsteczkę zagęszczacza PAT na powierzchni cząstek lateksu wynosi około 13 nm2, co odpowiada powierzchni zajmowanej przez środek zwilżający Triton X-405 14 razy większej niż 0,9 nm2. Asocjacyjny zagęszczacz poliuretanowy, taki jak RM-2020NPR, DSX 1550 itp.

Rozwój przyjaznych dla środowiska asocjacyjnych zagęszczaczy poliuretanowych wzbudził szerokie zainteresowanie. Na przykład BYK-425 to zagęszczacz poliuretanowy modyfikowany mocznikiem, wolny od LZO i APEO. Rheolate 210, Borchi Gel 0434, Tego ViscoPlus 3010, 3030 i 3060 to Jest to asocjacyjny zagęszczacz poliuretanowy bez LZO i APEO.

Oprócz liniowych asocjacyjnych zagęszczaczy poliuretanowych opisanych powyżej, istnieją również grzebieniowe asocjacyjne zagęszczacze poliuretanowe. Tak zwany grzebieniowy asocjacyjny zagęszczacz poliuretanowy oznacza, że ​​w środku każdej cząsteczki zagęszczacza znajduje się wisząca grupa hydrofobowa. Takie zagęszczacze jak SCT-200 i SCT-275 itd.

Hydrofobowo modyfikowany zagęszczacz aminoplastowy (hydrofobowo modyfikowany etoksylowany zagęszczacz aminoplastowy — HEAT) zmienia specjalną żywicę aminową w cztery zamknięte grupy hydrofobowe, ale reaktywność tych czterech miejsc reakcji jest inna. W normalnym dodawaniu grup hydrofobowych istnieją tylko dwie zablokowane grupy hydrofobowe, więc syntetyczny hydrofobowy modyfikowany zagęszczacz aminowy nie różni się wiele od HEUR, takiego jak Optiflo H 500. Jeśli doda się więcej grup hydrofobowych, np. do 8%, warunki reakcji można dostosować, aby wytworzyć zagęszczacze aminowe z wieloma zablokowanymi grupami hydrofobowymi. Oczywiście jest to również zagęszczacz grzebieniowy. Ten hydrofobowy modyfikowany zagęszczacz aminowy może zapobiec spadkowi lepkości farby z powodu dodania dużej ilości środków powierzchniowo czynnych i rozpuszczalników glikolowych podczas dodawania dopasowania kolorów. Powodem jest to, że silne grupy hydrofobowe mogą zapobiegać desorpcji, a wiele grup hydrofobowych ma silne powiązanie. Takie zagęszczacze jak Optiflo TVS.

Hydrofobowy modyfikowany zagęszczacz polieterowy (HMPE) Wydajność hydrofobowo modyfikowanego zagęszczacza polieterowego jest podobna do HEUR, a do produktów należą Aquaflow NLS200, NLS210 i NHS300 firmy Hercules.

Mechanizm zagęszczania polega na działaniu zarówno wiązań wodorowych, jak i asocjacji grup końcowych. W porównaniu ze zwykłymi zagęszczaczami ma lepsze właściwości przeciwosiadania i przeciwskurczowe. Zgodnie z różnymi polaryzacjami grup końcowych, modyfikowane zagęszczacze polimocznikowe można podzielić na trzy typy: zagęszczacze polimocznikowe o niskiej polarności, zagęszczacze polimocznikowe o średniej polarności i zagęszczacze polimocznikowe o wysokiej polarności. Pierwsze dwa są stosowane do zagęszczania powłok na bazie rozpuszczalników, podczas gdy zagęszczacze polimocznikowe o wysokiej polarności mogą być stosowane zarówno do powłok na bazie rozpuszczalników o wysokiej polarności, jak i powłok na bazie wody. Komercyjnymi produktami zagęszczaczy polimocznikowych o niskiej polarności, średniej polarności i wysokiej polarności są odpowiednio BYK-411, BYK-410 i BYK-420.

Modyfikowana zawiesina wosku poliamidowego to dodatek reologiczny syntetyzowany przez wprowadzenie grup hydrofilowych, takich jak PEG, do łańcucha cząsteczkowego wosku amidowego. Obecnie niektóre marki są importowane i są głównie używane do regulacji tiksotropii układu i poprawy właściwości antytiksotropowych. Właściwości antysag.