Secrets dels additius per a recobriments a base d'aigua

Resum:

1. Agent humectant i dispersant

2. Antiescuma

3. Espessidor

4. Additius pel·lícules

5. Agent anticorrosió, anti-míldiu i anti-algues

6. Altres additius

1 Agent humectant i dispersant:

Els recobriments a base d'aigua utilitzen aigua com a dissolvent o medi de dispersió, i l'aigua té una gran constant dielèctrica, de manera que els recobriments a base d'aigua s'estabilitzen principalment per la repulsió electrostàtica quan la doble capa elèctrica se superposa. A més, en el sistema de recobriment a base d'aigua, sovint hi ha polímers i tensioactius no iònics, que s'adsorbeixen a la superfície del farciment de pigment, formant un obstacle estèric i estabilitzant la dispersió. Per tant, les pintures i emulsions a base d'aigua aconsegueixen resultats estables mitjançant l'acció conjunta de la repulsió electrostàtica i l'obstacle estèric. El seu desavantatge és la poca resistència als electròlits, especialment per als electròlits de preu elevat.

1.1 Agent humectant

Els agents humectants per a recobriments a base d'aigua es divideixen en aniònics i no iònics.

La combinació d'agent humectant i agent dispersant pot aconseguir resultats ideals. La quantitat d'agent humectant és generalment d'uns pocs per mil. El seu efecte negatiu és l'escuma i la reducció de la resistència a l'aigua de la pel·lícula de recobriment.

Una de les tendències de desenvolupament dels agents humectants és substituir gradualment els agents humectants polioxietilè alquil (benzè) fenol èter (APEO o APE), perquè provoca la reducció d'hormones masculines a les rates i interfereix amb l'endocrí. Els èters de fenol polioxietilè alquil (benzè) s'utilitzen àmpliament com a emulsionants durant la polimerització en emulsió.

Els tensioactius bessons també són nous desenvolupaments. Es tracta de dues molècules amfifíliques unides per un espaiador. La característica més notable dels tensioactius de cèl·lules bessones és que la concentració crítica de micel·les (CMC) és més que un ordre de magnitud inferior a la dels seus tensioactius "d'una cèl·lula", seguida d'una alta eficiència. Com el TEGO Twin 4000, és un tensioactiu de siloxà de dues cèl·lules i té propietats d'escuma inestable i antiescuma.

Air Products ha desenvolupat tensioactius Gemini. Els tensioactius tradicionals tenen una cua hidròfoba i un cap hidròfil, però aquest nou tensioactiu té dos grups hidròfils i dos o tres grups hidròfobs, que és un tensioactiu multifuncional, conegut com acetilenglicols, productes com EnviroGem AD01.

1.2 Dispersant

Els dispersants per a pintura de làtex es divideixen en quatre categories: dispersants de fosfat, dispersants d'homopolímers poliàcids, dispersants de copolímers de poliàcids i altres dispersants.

Els dispersants de fosfats més utilitzats són els polifosfats, com l'hexametafosfat de sodi, el polifosfat de sodi (Calgon N, producte de BK Giulini Chemical Company a Alemanya), el tripolifosfat de potassi (KTPP) i el pirofosfat de tetrapotàssi (TKPP). El mecanisme de la seva acció és estabilitzar la repulsió electrostàtica mitjançant enllaços d'hidrogen i adsorció química. El seu avantatge és que la dosi és baixa, al voltant del 0,1%, i té un bon efecte de dispersió sobre pigments i farcits inorgànics. Però també hi ha deficiències: el que, juntament amb l'augment del valor del pH i la temperatura, el polifosfat s'hidrolitza fàcilment, provoca una mala estabilitat d'emmagatzematge a llarg termini; La dissolució incompleta en el medi afectarà la brillantor de la pintura de làtex brillant.

Els dispersants d'èsters de fosfat són mescles de monoèsters, dièsters, alcohols residuals i àcid fosfòric.

Els dispersants d'èsters de fosfat estabilitzen les dispersions de pigments, inclosos els pigments reactius com l'òxid de zinc. En les formulacions de pintura brillant, millora la brillantor i la neteja. A diferència d'altres additius humectants i dispersants, l'addició de dispersants d'èsters de fosfat no afecta la viscositat KU i ICI del recobriment.

El dispersant homopolímer poliàcid, com ara Tamol 1254 i Tamol 850, Tamol 850 és un homopolímer d'àcid metacrílic. Dispersant copolímer poliàcid, com ara Orotan 731A, que és un copolímer de diisobutilè i àcid maleic. Les característiques d'aquests dos tipus de dispersants són que produeixen una forta adsorció o ancoratge a la superfície de pigments i càrregues, tenen cadenes moleculars més llargues per formar un obstacle estèric i tenen solubilitat en aigua als extrems de la cadena, i alguns es complementen amb repulsió electrostàtica per aconseguir resultats estables. Perquè el dispersant tingui una bona dispersibilitat, el pes molecular s'ha de controlar estrictament. Si el pes molecular és massa petit, hi haurà un obstacle estèric insuficient; si el pes molecular és massa gran, es produirà una floculació. Per als dispersants de poliacrilat, el millor efecte de dispersió es pot aconseguir si el grau de polimerització és 12-18.

Altres tipus de dispersants, com l'AMP-95, tenen un nom químic de 2-amino-2-metil-1-propanol. El grup amino s'adsorbeix a la superfície de les partícules inorgàniques i el grup hidroxil s'estén a l'aigua, que té un paper estabilitzador a través d'un impediment estèric. A causa de la seva petita mida, l'obstacle estèric és limitat. AMP-95 és principalment un regulador de pH.

En els darrers anys, la investigació sobre dispersants ha superat el problema de la floculació causada per l'alt pes molecular, i el desenvolupament d'alt pes molecular és una de les tendències. Per exemple, el dispersant d'alt pes molecular EFKA-4580 produït per polimerització en emulsió està desenvolupat especialment per a recobriments industrials a base d'aigua, adequat per a la dispersió de pigments orgànics i inorgànics i té una bona resistència a l'aigua.

Els grups amino tenen una bona afinitat per molts pigments mitjançant enllaços àcid-base o hidrogen. S'ha prestat atenció al dispersant de copolímer de bloc amb àcid aminoacrílic com a grup d'ancoratge.

Dispersant amb metacrilat de dimetilaminoetil com a grup d'ancoratge

L'additiu humectant i dispersant Tego Dispers 655 s'utilitza en pintures d'automòbils a base d'aigua no només per orientar els pigments, sinó també per evitar que la pols d'alumini reaccioni amb l'aigua.

A causa de preocupacions mediambientals, s'han desenvolupat agents humectants i dispersants biodegradables, com els agents humectants i dispersants de dues cèl·lules de la sèrie EnviroGem AE, que són agents humectants i dispersants de baixa escuma.

2 antiescuma:

Hi ha molts tipus d'antiespumantes de pintura tradicionals a base d'aigua, que generalment es divideixen en tres categories: antiespumantes d'oli mineral, antiespumantes de polisiloxà i altres antiespumantes.

Els antiespumantes d'oli mineral s'utilitzen habitualment, principalment en pintures de làtex planes i semibrillants.

Els antiespumantes de polisiloxà tenen una tensió superficial baixa, una forta capacitat d'antiescuma i antiespuma, i no afecten la brillantor, però quan s'utilitzen de manera inadequada, provocaran defectes com ara la contracció de la pel·lícula de recobriment i una mala recuperació.

Els antiespumantes de pintura tradicionals a base d'aigua són incompatibles amb la fase d'aigua per aconseguir el propòsit de desescumar, de manera que és fàcil produir defectes superficials a la pel·lícula de recobriment.

En els darrers anys, s'han desenvolupat antiespumantes a nivell molecular.

Aquest agent antiescuma és un polímer format per empelt directament de substàncies actives antiescuma a la substància portadora. La cadena molecular del polímer té un grup hidroxil humectant, la substància activa antiescuma es distribueix per la molècula, la substància activa no és fàcil d'agregar i la compatibilitat amb el sistema de recobriment és bona. Aquests antiespumantes a nivell molecular inclouen olis minerals - sèrie FoamStar A10, que contenen silici - sèrie FoamStar A30, i polímers sense silici i sense oli - sèrie FoamStar MF.

També s'informa que aquest antiespumante a nivell molecular utilitza polímers estrella superempeltats com a tensioactius incompatibles i ha aconseguit bons resultats en aplicacions de recobriment a base d'aigua. El antiescuma de grau molecular Air Products informat per Stout et al. és un agent de control d'escuma a base d'acetilè glicol i antiespumante amb dues propietats humectants, com ara Surfynol MD 20 i Surfynol DF 37.

A més, per tal de satisfer les necessitats de producció de recobriments zero COV, també hi ha antiespumantes sense COV, com Agitan 315, Agitan E 255, etc.

3 espessidors:

Hi ha molts tipus d'espessidors, actualment els més utilitzats són l'èter de cel·lulosa i els seus derivats els espessidors, els espessidors associatius alcali-inflables (HASE) i els espessidors de poliuretà (HEUR).

3.1. Èter de cel·lulosa i els seus derivats

La hidroxietilcel·lulosa (HEC) es va produir per primera vegada industrialment per Union Carbide Company l'any 1932 i té una història de més de 70 anys. Actualment, els espessidors de l'èter de cel·lulosa i els seus derivats inclouen principalment hidroxietilcel·lulosa (HEC), metil hidroxietilcel·lulosa (MHEC), etil hidroxietilcel·lulosa (EHEC), metil hidroxipropil cel·lulosa base (MHPC), metil cel·lulosa (MC) i goma xantana, etc., aquests són espessidors no iònics i també pertanyen a espessidors de fase aquosa no associats. Entre ells, l'HEC és el més utilitzat en pintura de làtex.

La cel·lulosa modificada hidrofòbicament (HMHEC) introdueix una petita quantitat de grups alquil hidrofòbics de cadena llarga a la columna vertebral hidròfila de la cel·lulosa per convertir-se en un espessidor associatiu, com Natrosol Plus Grade 330, 331, Cellosize SG-100, Bermocoll EHM-100. El seu efecte espessidor és comparable al dels espessidors d'èter de cel·lulosa amb un pes molecular molt més gran. Millora la viscositat i l'anivellament de l'ICI i redueix la tensió superficial, com ara la tensió superficial d'HEC és d'uns 67 mN/m i la tensió superficial d'HMHEC és de 55-65 mN/m.

3.2 Espessidor alcalí inflable

Els espessidors inflables amb àlcali es divideixen en dues categories: espessidors no associats inflables amb àlcali (ASE) i espessidors associats inflables amb àlcali (HASE), que són espessidors aniònics. L'ASE no associat és una emulsió d'inflació àlcali de poliacrilat. L'HASE associativa és una emulsió d'inflació àlcali de poliacrilat modificada hidrofòbicament.

3.3. Espessidor de poliuretà i espessidor no poliuretà modificat hidrofòbic

L'espessidor de poliuretà, conegut com a HEUR, és un polímer soluble en aigua de poliuretà etoxilat modificat per grup hidrofòbic, que pertany a un espessidor associatiu no iònic. HEUR es compon de tres parts: grup hidrofòbic, cadena hidròfila i grup poliuretà. El grup hidròfob té un paper d'associació i és el factor decisiu per a l'engrossiment, normalment oleil, octadecil, dodecilfenil, nonilfenol, etc. La cadena hidròfila pot aportar estabilitat química i estabilitat de la viscositat, habitualment utilitzats són els polièters, com el polioxietilè i els seus derivats. La cadena molecular d'HEUR s'estén per grups de poliuretà, com IPDI, TDI i HMDI. La característica estructural dels espessidors associatius és que s'acaben per grups hidrofòbics. Tanmateix, el grau de substitució de grups hidrofòbics als dos extrems d'alguns HEUR disponibles comercialment és inferior a 0,9 i el millor és només 1,7. Les condicions de reacció s'han de controlar estrictament per obtenir un espessidor de poliuretà amb una distribució de pes molecular estreta i un rendiment estable. La majoria dels HEUR es sintetitzen per polimerització gradual, de manera que els HEUR disponibles comercialment són generalment mescles de pesos moleculars amplis.

Richey et al. va utilitzar un espessidor d'associació de pirè traçador fluorescent (PAT, pes molecular mitjà en nombre 30.000, pes molecular mitjà en pes 60.000) per trobar que a una concentració del 0,02% (pes), el grau d'agregació de micel·les d'Acrysol RM-825 i PAT era d'uns 6. El l'energia d'associació entre l'espessidor i la superfície de les partícules de làtex és d'uns 25 KJ/mol; l'àrea ocupada per cada molècula espessidor PAT a la superfície de les partícules de làtex és d'uns 13 nm2, que és aproximadament l'àrea ocupada per l'agent humectant Triton X-405 14 vegades la de 0,9 nm2. Espessidor associatiu de poliuretà com RM-2020NPR, DSX 1550, etc.

El desenvolupament d'espessidors associats de poliuretà respectuosos amb el medi ambient ha rebut una atenció àmplia. Per exemple, BYK-425 és un espessidor de poliuretà modificat amb urea lliure de COV i APEO. Rheolate 210, Borchi Gel 0434, Tego ViscoPlus 3010, 3030 i 3060 són Es tracta d'un espessidor associatiu de poliuretà sense VOC i APEO.

A més dels espessidors de poliuretà associatius lineals descrits anteriorment, també hi ha espessidors associats de poliuretà en forma de pinta. L'anomenat espessidor de poliuretà d'associació de pentinat significa que hi ha un grup hidrofòbic penjant al mig de cada molècula espessidor. Espessidors com SCT-200 i SCT-275, etc.

L'espessidor d'aminoplast modificat hidrofòbic (espessidor d'aminoplast etoxilat modificat hidrofòbic - HEAT) canvia la resina amino especial en quatre grups hidrofòbics, però la reactivitat d'aquests quatre llocs de reacció és diferent. En l'addició normal de grups hidròfobs, només hi ha dos grups hidrofòbics bloquejats, de manera que l'espessidor amino modificat hidrofòbic sintètic no és gaire diferent de l'HEUR, com Optiflo H 500. Si s'afegeixen més grups hidròfobs, com ara un 8%, les condicions de reacció es poden ajustar per produir espessidors amino amb múltiples grups hidrofòbics bloquejats. Per descomptat, això també és un espessidor de pinta. Aquest espessidor d'amino modificat hidròfob pot evitar que la viscositat de la pintura caigui a causa de l'addició d'una gran quantitat de tensioactius i dissolvents de glicol quan s'afegeix un color. La raó és que els grups hidrofòbics forts poden prevenir la desorció, i els grups hidrofòbics múltiples tenen una forta associació. Tals espessidors com Optiflo TVS.

Espessidor de polièter modificat hidrofòbic (HMPE) El rendiment de l'espessidor de polièter modificat hidrofòbic és similar a HEUR, i els productes inclouen Aquaflow NLS200, NLS210 i NHS300 d'Hercules.

El seu mecanisme d'engrossiment és l'efecte tant de l'enllaç d'hidrogen com de l'associació de grups extrems. En comparació amb els espessidors comuns, té millors propietats anti-assentament i anti-enfonsament. Segons les diferents polaritats dels grups finals, els espessidors de poliurea modificats es poden dividir en tres tipus: espessidors de poliurea de baixa polaritat, espessidors de poliurea de polaritat mitjana i espessidors de poliurea d'alta polaritat. Els dos primers s'utilitzen per espessir recobriments a base de dissolvents, mentre que els espessidors de poliurea d'alta polaritat es poden utilitzar tant per a recobriments a base de dissolvents d'alta polaritat com per a recobriments a base d'aigua. Els productes comercials d'espessidors de poliurea de baixa polaritat, polaritat mitjana i alta polaritat són BYK-411, BYK-410 i BYK-420 respectivament.

La pasta de cera de poliamida modificada és un additiu reològic sintetitzat mitjançant la introducció de grups hidròfils com el PEG a la cadena molecular de la cera d'amida. Actualment, algunes marques s'importen i s'utilitzen principalment per ajustar la tixotropia del sistema i millorar l'antitixotropia. Rendiment anti-enfonsament.