Секреты добавок для покрытий на водной основе

Краткое содержание:

1. Смачивающий и диспергирующий агент

2. Пеногаситель

3. Загуститель

4. Пленкообразующие добавки

5. Средство против коррозии, плесени и водорослей

6. Другие добавки

1 Смачивающий и диспергирующий агент:

В покрытиях на водной основе вода используется в качестве растворителя или дисперсионной среды, а вода имеет большую диэлектрическую постоянную, поэтому покрытия на водной основе в основном стабилизируются электростатическим отталкиванием при перекрытии двойного электрического слоя. Кроме того, в системе покрытий на водной основе часто присутствуют полимеры и неионогенные поверхностно-активные вещества, которые адсорбируются на поверхности пигментного наполнителя, образуя стерические препятствия и стабилизируя дисперсию. Поэтому краски и эмульсии на водной основе достигают стабильных результатов за счет совместного действия электростатического отталкивания и стерических препятствий. Недостатком является плохая электролитическая стойкость, особенно для дорогостоящих электролитов.

1.1 Смачивающий агент

Смачиватели для водорастворимых покрытий делятся на анионные и неионогенные.

Комбинация смачивающего агента и диспергирующего агента позволяет достичь идеальных результатов. Количество смачивающего агента обычно составляет несколько на тысячу. Его отрицательным эффектом является пенообразование и снижение водостойкости пленки покрытия.

Одной из тенденций развития смачивающих агентов является постепенная замена смачивающих агентов на основе полиоксиэтиленалкил(бензол)фенолэфира (АПЭО или АПЭ), поскольку это приводит к снижению мужских гормонов у крыс и нарушает эндокринную функцию. Полиоксиэтиленалкил(бензол)фенолэфиры широко используются в качестве эмульгаторов при эмульсионной полимеризации.

Двойные поверхностно-активные вещества также являются новыми разработками. Это две амфифильные молекулы, связанные спейсером. Наиболее примечательной особенностью двухъячеечных поверхностно-активных веществ является то, что критическая концентрация мицеллообразования (ККМ) более чем на порядок ниже, чем у их «одноячеечных» поверхностно-активных веществ, за чем следует высокая эффективность. Как и TEGO Twin 4000, это двухъячеечное силоксановое поверхностно-активное вещество, обладающее нестабильной пеной и пеногасящими свойствами.

Air Products разработала поверхностно-активные вещества Gemini. Традиционные поверхностно-активные вещества имеют гидрофобный хвост и гидрофильную головку, но это новое поверхностно-активное вещество имеет две гидрофильные группы и две или три гидрофобные группы, что является многофункциональным поверхностно-активным веществом, известным как ацетиленгликоли, такие продукты, как EnviroGem AD01.

1.2 Диспергатор

Диспергаторы для латексных красок делятся на четыре категории: фосфатные диспергаторы, поликислотные гомополимерные диспергаторы, поликислотные сополимерные диспергаторы и другие диспергаторы.

Наиболее широко используемыми фосфатными диспергаторами являются полифосфаты, такие как гексаметафосфат натрия, полифосфат натрия (Calgon N, продукт компании BK Giulini Chemical Company в Германии), триполифосфат калия (KTPP) и пирофосфат тетракалия (TKPP). Механизм его действия заключается в стабилизации электростатического отталкивания посредством водородных связей и химической адсорбции. Его преимущество в том, что дозировка низкая, около 0,1%, и он оказывает хорошее дисперсионное действие на неорганические пигменты и наполнители. Но есть и недостатки: один, наряду с повышением значения pH и температуры, полифосфат легко гидролизуется, что вызывает плохую стабильность при длительном хранении; неполное растворение в среде повлияет на блеск глянцевой латексной краски.

Диспергаторы на основе эфиров фосфорной кислоты представляют собой смеси моноэфиров, диэфиров, остаточных спиртов и фосфорной кислоты.

Диспергаторы на основе эфиров фосфорной кислоты стабилизируют дисперсии пигментов, включая реактивные пигменты, такие как оксид цинка. В формулах глянцевых красок он улучшает блеск и очищаемость. В отличие от других смачивающих и диспергирующих добавок, добавление диспергаторов на основе эфиров фосфорной кислоты не влияет на вязкость покрытия по KU и ICI.

Поликислотный гомополимерный диспергатор, такой как Tamol 1254 и Tamol 850, Tamol 850 является гомополимером метакриловой кислоты. Поликислотный сополимерный диспергатор, такой как Orotan 731A, который является сополимером диизобутилена и малеиновой кислоты. Характеристики этих двух типов диспергаторов заключаются в том, что они производят сильную адсорбцию или закрепление на поверхности пигментов и наполнителей, имеют более длинные молекулярные цепи для образования стерических препятствий и имеют водорастворимость на концах цепей, а некоторые дополняются электростатическим отталкиванием для достижения стабильных результатов. Чтобы диспергатор имел хорошую диспергируемость, молекулярная масса должна строго контролироваться. Если молекулярная масса слишком мала, будет недостаточно стерических препятствий; если молекулярная масса слишком велика, произойдет флокуляция. Для полиакрилатных диспергаторов наилучший эффект диспергирования может быть достигнут, если степень полимеризации составляет 12-18.

Другие типы диспергаторов, такие как AMP-95, имеют химическое название 2-амино-2-метил-1-пропанол. Аминогруппа адсорбируется на поверхности неорганических частиц, а гидроксильная группа распространяется на воду, которая играет стабилизирующую роль через стерическое препятствие. Из-за его небольшого размера стерическое препятствие ограничено. AMP-95 в основном является регулятором pH.

В последние годы исследования диспергаторов преодолели проблему флокуляции, вызванную высокой молекулярной массой, и разработка диспергаторов с высокой молекулярной массой является одной из тенденций. Например, диспергатор с высокой молекулярной массой EFKA-4580, полученный методом эмульсионной полимеризации, специально разработан для промышленных покрытий на водной основе, подходит для диспергирования органических и неорганических пигментов и обладает хорошей водостойкостью.

Аминогруппы имеют хорошее сродство ко многим пигментам через кислотно-щелочные или водородные связи. Блок-сополимерный диспергатор с аминоакриловой кислотой в качестве якорной группы был рассмотрен.

Диспергатор с диметиламиноэтилметакрилатом в качестве якорной группы

Смачивающая и диспергирующая добавка Tego Dispers 655 используется в автомобильных красках на водной основе не только для ориентации пигментов, но и для предотвращения реакции алюминиевой пудры с водой.

В связи с проблемами окружающей среды были разработаны биоразлагаемые смачивающие и диспергирующие агенты, такие как двухъячеистые смачивающие и диспергирующие агенты серии EnviroGem AE, которые представляют собой смачивающие и диспергирующие агенты с низким пенообразованием.

2 пеногасителя:

Существует множество видов традиционных пеногасителей для красок на водной основе, которые обычно делятся на три категории: пеногасители на основе минеральных масел, пеногасители на основе полисилоксана и другие пеногасители.

Обычно используются пеногасители на основе минерального масла, в основном в матовых и полуглянцевых латексных красках.

Полисилоксановые пеногасители имеют низкое поверхностное натяжение, сильные пеногасящие и антивспенивающие свойства и не влияют на блеск, но при неправильном использовании могут вызвать такие дефекты, как усадка пленки покрытия и плохая способность к повторному нанесению покрытия.

Традиционные пеногасители для красок на водной основе несовместимы с водной фазой для достижения цели пеногашения, поэтому легко могут возникнуть дефекты поверхности в пленке покрытия.

В последние годы были разработаны пеногасители молекулярного уровня.

Этот пеногаситель представляет собой полимер, образованный путем прямой прививки пеногасящих активных веществ на вещество-носитель. Молекулярная цепь полимера имеет смачивающую гидроксильную группу, пеногасящее активное вещество распределено вокруг молекулы, активное вещество нелегко агрегировать, и совместимость с системой покрытия хорошая. К таким пеногасителям молекулярного уровня относятся минеральные масла — серия FoamStar A10, содержащие кремний — серия FoamStar A30 и не содержащие кремний, не содержащие масла полимеры — серия FoamStar MF.

Также сообщается, что этот молекулярно-уровневый пеногаситель использует суперпривитые звездообразные полимеры в качестве несовместимых поверхностно-активных веществ и достиг хороших результатов в покрытиях на водной основе. Молекулярно-классовый пеногаситель Air Products, о котором сообщают Стаут и др., представляет собой агент контроля пены на основе ацетиленгликоля и пеногаситель с обоими смачивающими свойствами, такими как Surfynol MD 20 и Surfynol DF 37.

Кроме того, для удовлетворения потребностей производства покрытий с нулевым содержанием ЛОС существуют также пеногасители, не содержащие ЛОС, такие как Agitan 315, Agitan E 255 и т. д.

3 Загустителя:

Существует много видов загустителей, в настоящее время наиболее широко используются загустители на основе эфира целлюлозы и его производных, ассоциативные щелоченабухающие загустители (HASE) и полиуретановые загустители (HEUR).

3.1 Эфир целлюлозы и его производные

Гидроксиэтилцеллюлоза (ГЭЦ) была впервые произведена в промышленных масштабах компанией Union Carbide Company в 1932 году и имеет более чем 70-летнюю историю. В настоящее время загустители эфира целлюлозы и его производных в основном включают гидроксиэтилцеллюлозу (ГЭЦ), метилгидроксиэтилцеллюлозу (МГЭЦ), этилгидроксиэтилцеллюлозу (ЭГЭЦ), метилгидроксипропилцеллюлозу (МГПЦ), метилцеллюлозу (МЦ) и ксантановую камедь и т. д., это неионные загустители, а также относятся к неассоциированным загустителям водной фазы. Среди них ГЭЦ является наиболее часто используемым в латексной краске.

Гидрофобно модифицированная целлюлоза (HMHEC) вводит небольшое количество длинноцепочечных гидрофобных алкильных групп на гидрофильный остов целлюлозы, чтобы стать ассоциативным загустителем, таким как Natrosol Plus Grade 330, 331, Cellosize SG-100, Bermocoll EHM-100. Его загущающий эффект сопоставим с эффектом загустителей на основе эфиров целлюлозы с гораздо большей молекулярной массой. Он улучшает вязкость и выравнивание ICI и снижает поверхностное натяжение, например, поверхностное натяжение HEC составляет около 67 мН/м, а поверхностное натяжение HMHEC составляет 55-65 мН/м.

3.2 Загуститель, набухающий в щелочи

Щелоче-набухающие загустители делятся на две категории: неассоциативные щелоче-набухающие загустители (ASE) и ассоциативные щелоче-набухающие загустители (HASE), которые являются анионными загустителями. Неассоциированный ASE представляет собой полиакрилатную щелоче-набухающую эмульсию. Ассоциативный HASE представляет собой гидрофобно-модифицированную полиакрилатную щелоче-набухающую эмульсию.

3.3. Полиуретановый загуститель и гидрофобно-модифицированный неполиуретановый загуститель

Полиуретановый загуститель, называемый HEUR, представляет собой модифицированный гидрофобной группой этоксилированный полиуретановый водорастворимый полимер, который относится к неионным ассоциативным загустителям. HEUR состоит из трех частей: гидрофобной группы, гидрофильной цепи и полиуретановой группы. Гидрофобная группа играет ассоциативную роль и является решающим фактором для загустевания, обычно олеил, октадецил, додецилфенил, нонилфенол и т. д. Гидрофильная цепь может обеспечить химическую стабильность и стабильность вязкости, обычно используются полиэфиры, такие как полиоксиэтилен и его производные. Молекулярная цепь HEUR удлиняется полиуретановыми группами, такими как IPDI, TDI и HMDI. Структурная особенность ассоциативных загустителей заключается в том, что они заканчиваются гидрофобными группами. Однако степень замещения гидрофобных групп на обоих концах некоторых коммерчески доступных HEUR ниже 0,9, а наилучшая составляет всего 1,7. Условия реакции должны строго контролироваться для получения полиуретанового загустителя с узким распределением молекулярной массы и стабильной производительностью. Большинство HEUR синтезируются путем ступенчатой ​​полимеризации, поэтому коммерчески доступные HEUR обычно представляют собой смеси с широкими молекулярными массами.

Ричи и др. использовали флуоресцентный загуститель ассоциации пирена (PAT, среднечисленная молекулярная масса 30000, средневесовая молекулярная масса 60000), чтобы обнаружить, что при концентрации 0,02% (масс.) степень агрегации мицелл Acrysol RM-825 и PAT составляла около 6. Энергия ассоциации между загустителем и поверхностью латексных частиц составляет около 25 кДж/моль; площадь, занимаемая каждой молекулой загустителя PAT на поверхности латексных частиц, составляет около 13 нм2, что примерно равно площади, занимаемой смачивающим агентом Triton X-405, в 14 раз больше, чем 0,9 нм2. Ассоциативный полиуретановый загуститель, такой как RM-2020NPR, DSX 1550 и т. д.

Широкое внимание уделяется разработке экологически чистых ассоциативных полиуретановых загустителей. Например, BYK-425 — это полиуретановый загуститель, модифицированный мочевиной, без ЛОС и АФЭО. Rheolate 210, Borchi Gel 0434, Tego ViscoPlus 3010, 3030 и 3060 — это ассоциативный полиуретановый загуститель без ЛОС и АФЭО.

Помимо линейных ассоциативных полиуретановых загустителей, описанных выше, существуют также ассоциативные полиуретановые загустители гребенчатого типа. Так называемый ассоциативный полиуретановый загуститель гребенчатого типа означает, что в середине каждой молекулы загустителя находится гидрофобная группа. Такие загустители, как SCT-200 и SCT-275 и т. д.

Гидрофобно модифицированный аминопластовый загуститель (гидрофобно модифицированный этоксилированный аминопластовый загуститель — HEAT) изменяет специальную аминосмолу на четыре блокированные гидрофобные группы, но реакционная способность этих четырех реакционных участков различна. При обычном добавлении гидрофобных групп есть только две заблокированные гидрофобные группы, поэтому синтетический гидрофобно модифицированный аминозагуститель не сильно отличается от HEUR, например Optiflo H 500. Если добавить больше гидрофобных групп, например до 8%, условия реакции можно отрегулировать для получения аминозагустителей с несколькими заблокированными гидрофобными группами. Конечно, это также гребенчатый загуститель. Этот гидрофобно модифицированный аминозагуститель может предотвратить падение вязкости краски из-за добавления большого количества поверхностно-активных веществ и гликолевых растворителей при добавлении цветового соответствия. Причина в том, что сильные гидрофобные группы могут предотвратить десорбцию, а несколько гидрофобных групп имеют сильную ассоциацию. Такие загустители, как Optiflo TVS.

Гидрофобно-модифицированный полиэфирный загуститель (HMPE) Эффективность гидрофобно-модифицированного полиэфирного загустителя аналогична HEUR, и к его продуктам относятся Aquaflow NLS200, NLS210 и NHS300 компании Hercules.

Механизм его загущения заключается как в эффекте водородной связи, так и в ассоциации концевых групп. По сравнению с обычными загустителями он обладает лучшими свойствами против осаждения и провисания. В зависимости от различной полярности концевых групп модифицированные полимочевинные загустители можно разделить на три типа: полимочевинные загустители с низкой полярностью, полимочевинные загустители со средней полярностью и полимочевинные загустители с высокой полярностью. Первые два типа используются для загущения покрытий на основе растворителя, в то время как полимочевинные загустители с высокой полярностью могут использоваться как для высокополярных покрытий на основе растворителя, так и для покрытий на водной основе. Коммерческие продукты полимочевинных загустителей с низкой, средней и высокой полярностью — это BYK-411, BYK-410 и BYK-420 соответственно.

Модифицированная полиамидная восковая суспензия представляет собой реологическую добавку, синтезированную путем введения гидрофильных групп, таких как ПЭГ, в молекулярную цепь амидного воска. В настоящее время некоторые марки импортируются и в основном используются для регулировки тиксотропии системы и улучшения антитиксотропности. Характеристики против провисания.