Tajemství přísad pro nátěry na vodní bázi

Shrnutí:

1. Smáčedlo a dispergační činidlo

2. Odpěňovač

3. Zahušťovadlo

4. Filmotvorné přísady

5. Prostředek proti korozi, plísním a řasám

6. Ostatní přísady

1 Smáčedlo a dispergační činidlo:

Nátěry na vodní bázi používají vodu jako rozpouštědlo nebo disperzní médium a voda má velkou dielektrickou konstantu, takže nátěry na vodní bázi jsou stabilizovány hlavně elektrostatickým odpuzováním, když se elektrická dvojvrstva překrývá. Kromě toho jsou v nátěrovém systému na vodní bázi často polymery a neiontové povrchově aktivní látky, které jsou adsorbovány na povrchu pigmentového plniva, tvoří sterickou zábranu a stabilizují disperzi. Proto vodou ředitelné barvy a emulze dosahují stabilních výsledků díky společnému působení elektrostatického odpuzování a sterické zábrany. Jeho nevýhodou je špatná odolnost vůči elektrolytu, zejména u drahých elektrolytů.

1.1 Smáčedlo

Smáčedla pro vodou ředitelné nátěry se dělí na aniontová a neiontová.

Kombinací smáčedla a dispergačního činidla lze dosáhnout ideálních výsledků. Množství smáčedla je obecně několik promile. Jeho negativním účinkem je pěnění a snížení voděodolnosti nátěrového filmu.

Jedním z vývojových trendů smáčedel je postupné nahrazování polyoxyethylen alkyl (benzen) fenoletherových (APEO nebo APE) smáčedel, protože to vede ke snížení samčích hormonů u potkanů ​​a narušuje endokrinní činnost. Polyoxyethylenalkyl(benzen)fenolethery jsou široce používány jako emulgátory během emulzní polymerace.

Dvojité povrchově aktivní látky jsou také novým vývojem. Jsou to dvě amfifilní molekuly spojené spacerem. Nejpozoruhodnějším rysem dvoubuněčných povrchově aktivních látek je to, že kritická koncentrace micel (CMC) je o více než řád nižší než u jejich „jednobuněčných“ povrchově aktivních látek, následovaná vysokou účinností. Jako je TEGO Twin 4000, je to dvoubuněčná siloxanová povrchově aktivní látka a má nestabilní pěnové a odpěňovací vlastnosti.

Společnost Air Products vyvinula povrchově aktivní látky Gemini. Tradiční povrchově aktivní látky mají hydrofobní konec a hydrofilní hlavu, ale tato nová povrchově aktivní látka má dvě hydrofilní skupiny a dvě nebo tři hydrofobní skupiny, což je multifunkční povrchově aktivní látka, známá jako acetylenglykoly, produkty jako EnviroGem AD01.

1.2 Dispergační činidlo

Dispergační prostředky pro latexové barvy jsou rozděleny do čtyř kategorií: fosfátové dispergátory, polykyselinové homopolymerní disperzanty, polykyselinové kopolymerní disperzanty a další dispergátory.

Nejpoužívanějšími fosfátovými disperzanty jsou polyfosfáty, jako je hexametafosfát sodný, polyfosfát sodný (Calgon N, produkt BK Giulini Chemical Company v Německu), tripolyfosfát draselný (KTPP) a pyrofosfát tetradraselný (TKPP). Mechanismus jeho působení spočívá ve stabilizaci elektrostatického odpuzování prostřednictvím vodíkových vazeb a chemické adsorpce. Jeho výhodou je nízké dávkování, asi 0,1 %, a má dobrý disperzní účinek na anorganické pigmenty a plniva. Existují však také nedostatky: ten, spolu se zvýšením hodnoty pH a teploty, polyfosfát snadno hydrolyzuje, způsobuje špatnou stabilitu při dlouhodobém skladování; Neúplné rozpuštění v médiu ovlivní lesk lesklé latexové barvy.

Dispergační činidla esterů fosforu jsou směsi monoesterů, diesterů, zbytkových alkoholů a kyseliny fosforečné.

Dispergační činidla na bázi esterů fosforu stabilizují pigmentové disperze, včetně reaktivních pigmentů, jako je oxid zinečnatý. Ve formulacích lesklých barev zlepšuje lesk a čistitelnost. Na rozdíl od jiných smáčecích a dispergačních přísad neovlivňuje přídavek dispergačních činidel fosfátových esterů viskozitu KU a ICI nátěru.

Polykyselinové homopolymerní dispergační činidlo, jako je Tamol 1254 a Tamol 850, Tamol 850 je homopolymer kyseliny methakrylové. Polykyselinové kopolymerní dispergační činidlo, jako je Orotan 731A, což je kopolymer diisobutylenu a kyseliny maleinové. Charakteristikou těchto dvou typů dispergačních činidel je, že produkují silnou adsorpci nebo ukotvení na povrchu pigmentů a plniv, mají delší molekulární řetězce pro vytvoření sterické zábrany a mají rozpustnost ve vodě na koncích řetězců a některé jsou doplněny elektrostatickým odpuzováním. dosáhnout stabilních výsledků. Aby dispergační činidlo mělo dobrou dispergovatelnost, musí být molekulová hmotnost přísně kontrolována. Pokud je molekulová hmotnost příliš malá, nebude existovat dostatečná sterická zábrana; pokud je molekulová hmotnost příliš velká, dojde k flokulaci. U polyakrylátových dispergačních činidel lze nejlepšího disperzního účinku dosáhnout, je-li stupeň polymerace 12-18.

Jiné typy dispergačních činidel, jako je AMP-95, mají chemický název 2-amino-2-methyl-1-propanol. Aminoskupina je adsorbována na povrchu anorganických částic a hydroxylová skupina se rozšiřuje do vody, která hraje stabilizační roli prostřednictvím sterické zábrany. Vzhledem k malé velikosti je stérická zábrana omezená. AMP-95 je hlavně regulátor pH.

V posledních letech výzkum dispergačních činidel překonal problém flokulace způsobený vysokou molekulovou hmotností a vývoj vysoké molekulové hmotnosti je jedním z trendů. Například vysokomolekulární dispergační činidlo EFKA-4580 vyrobené emulzní polymerací je speciálně vyvinuto pro průmyslové nátěry na vodní bázi, vhodné pro disperzi organických a anorganických pigmentů a má dobrou odolnost proti vodě.

Aminoskupiny mají dobrou afinitu k mnoha pigmentům prostřednictvím acidobazických nebo vodíkových vazeb. Pozornost byla věnována blokovému kopolymernímu dispergátoru s kyselinou aminoakrylovou jako kotvící skupinou.

Dispergační činidlo s dimethylaminoethylmethakrylátem jako kotvící skupinou

Smáčecí a dispergační přísada Tego Dispers 655 se používá ve vodou ředitelných automobilových barvách nejen k orientaci pigmentů, ale také k zabránění reakce hliníkového prášku s vodou.

Z důvodu ochrany životního prostředí byla vyvinuta biologicky odbouratelná smáčecí a dispergační činidla, jako jsou dvoubuněčná smáčecí a dispergační činidla řady EnviroGem AE, což jsou smáčedla a disperzní činidla s nízkou pěnivostí.

2 odpěňovače:

Existuje mnoho druhů tradičních odpěňovačů barev na vodní bázi, které se obecně dělí do tří kategorií: odpěňovače na bázi minerálních olejů, polysiloxanové odpěňovače a další odpěňovače.

Běžně se používají odpěňovače na bázi minerálních olejů, hlavně v plochých a pololesklých latexových barvách.

Polysiloxanové odpěňovače mají nízké povrchové napětí, silné odpěňovací a odpěňovací schopnosti a neovlivňují lesk, ale při nesprávném použití způsobí vady, jako je smrštění nátěrového filmu a špatná přetíratelnost.

Tradiční odpěňovače barev na vodní bázi jsou pro dosažení účelu odpěňování neslučitelné s vodní fází, takže je snadné vytvořit povrchové vady v nátěrovém filmu.

V posledních letech byly vyvinuty odpěňovače na molekulární úrovni.

Toto odpěňovací činidlo je polymer vytvořený přímým naroubováním odpěňovacích účinných látek na nosnou látku. Molekulární řetězec polymeru má smáčecí hydroxylovou skupinu, odpěňovací účinná látka je distribuována po molekule, účinná látka se špatně agreguje a kompatibilita s nátěrovým systémem je dobrá. Mezi takové odpěňovače na molekulární úrovni patří minerální oleje – řada FoamStar A10, s obsahem křemíku – řada FoamStar A30, a nekřemíkové, neolejové polymery – řada FoamStar MF.

Také se uvádí, že tento odpěňovač na molekulární úrovni používá superroubované hvězdicové polymery jako nekompatibilní povrchově aktivní látky a dosáhl dobrých výsledků v aplikacích nátěrů na vodní bázi. Odpěňovač molekulární kvality společnosti Air Products publikovaný Stoutem a kol. je prostředek pro kontrolu pěny a odpěňovač na bázi acetylenglykolu s oběma smáčecími vlastnostmi, jako je Surfynol MD 20 a Surfynol DF 37.

Kromě toho, aby byly uspokojeny potřeby výroby povlaků s nulovými VOC, existují také odpěňovače bez VOC, jako je Agitan 315, Agitan E 255 atd.

3 zahušťovadla:

Existuje mnoho druhů zahušťovadel, v současnosti se běžně používají zahušťovadla na bázi etheru celulózy a jeho derivátů, asociativní zahušťovadla alkalicky bobtnavá (HASE) a polyuretanová zahušťovadla (HEUR).

3.1. Éter celulózy a jeho deriváty

Hydroxyethylcelulóza (HEC) byla poprvé průmyslově vyrobena společností Union Carbide Company v roce 1932 a má za sebou více než 70letou historii. V současnosti mezi zahušťovadla éteru celulózy a jejích derivátů patří především hydroxyethylcelulóza (HEC), methylhydroxyethylcelulóza (MHEC), ethylhydroxyethylcelulóza (EHEC), methylhydroxypropylbázová celulóza (MHPC), methylcelulóza (MC) a xanthanová guma, atd., jedná se o neiontová zahušťovadla a také patří k neasociovaným zahušťovadlům vodní fáze. Mezi nimi se HEC nejčastěji používá v latexových barvách.

Hydrofobně modifikovaná celulóza (HMHEC) zavádí malé množství hydrofobních alkylových skupin s dlouhým řetězcem na hydrofilní kostru celulózy, aby se stala asociativním zahušťovadlem, jako je Natrosol Plus Grade 330, 331, Cellosize SG-100, Bermocoll EHM-100. Jeho zahušťovací účinek je srovnatelný se zahušťovadly éteru celulózy s mnohem větší molekulovou hmotností. Zlepšuje viskozitu a vyrovnávání ICI a snižuje povrchové napětí, jako je povrchové napětí HEC je asi 67 mN/m a povrchové napětí HMHEC je 55-65 mN/m.

3.2 Alkalicky bobtnající zahušťovadlo

Alkalicky bobtnající zahušťovadla se dělí do dvou kategorií: neasociativní alkalicky bobtnající zahušťovadla (ASE) a asociativní alkalicky bobtnající zahušťovadla (HASE), což jsou aniontová zahušťovadla. Neasociovaný ASE je polyakrylátová alkalická bobtnavá emulze. Asociativní HASE je hydrofobně modifikovaná polyakrylátová alkalická bobtnavá emulze.

3.3. Polyuretanové zahušťovadlo a hydrofobně modifikované nepolyuretanové zahušťovadlo

Polyuretanové zahušťovadlo, označované jako HEUR, je hydrofobní skupinami modifikovaný ethoxylovaný polyuretanový ve vodě rozpustný polymer, který patří k neiontovému asociativnímu zahušťovadlu. HEUR se skládá ze tří částí: hydrofobní skupiny, hydrofilního řetězce a polyuretanové skupiny. Hydrofobní skupina hraje asociační roli a je rozhodujícím faktorem pro zahušťování, obvykle oleyl, oktadecyl, dodecylfenyl, nonylfenol atd. Hydrofilní řetězec může zajistit chemickou stabilitu a stabilitu viskozity, běžně se používají polyethery, jako je polyoxyethylen a jeho deriváty. Molekulární řetězec HEUR je rozšířen o polyuretanové skupiny, jako jsou IPDI, TDI a HMDI. Strukturálním znakem asociativních zahušťovadel je to, že jsou zakončeny hydrofobními skupinami. Stupeň substituce hydrofobních skupin na obou koncích některých komerčně dostupných HEUR je však nižší než 0,9 a nejlepší je pouze 1,7. Reakční podmínky by měly být přísně kontrolovány, aby se získalo polyuretanové zahušťovadlo s úzkou distribucí molekulové hmotnosti a stabilním výkonem. Většina HEUR se syntetizuje postupnou polymerací, takže komerčně dostupné HEUR jsou obecně směsi o širokých molekulových hmotnostech.

Richey a kol. použil fluorescenční zahušťovadlo asociace tracer pyren (PAT, číselná průměrná molekulová hmotnost 30 000, hmotnostní průměrná molekulová hmotnost 60 000), aby bylo zjištěno, že při koncentraci 0,02 % (hmotn.) byl stupeň agregace micel Acrysolu RM-825 a PAT přibližně 6. asociační energie mezi zahušťovadlem a povrchem latexových částic je asi 25 KJ/mol; plocha, kterou zaujímá každá molekula zahušťovadla PAT na povrchu latexových částic, je asi 13 nm2, což je asi plocha, kterou zabírá smáčedlo Triton X-405 14krát větší než 0,9 nm2. Asociativní polyuretanové zahušťovadlo jako RM-2020NPR, DSX 1550 atd.

Vývoji ekologických asociativních polyuretanových zahušťovadel se dostalo široké pozornosti. Například BYK-425 je polyuretanové zahušťovadlo modifikované močovinou bez obsahu VOC a APEO. Rheolate 210, Borchi Gel 0434, Tego ViscoPlus 3010, 3030 a 3060 jsou Asociativní polyuretanové zahušťovadlo bez VOC a APEO.

Kromě výše popsaných lineárních asociativních polyuretanových zahušťovadel existují také hřebenovitá asociativní polyuretanová zahušťovadla. Takzvané hřebenové asociační polyuretanové zahušťovadlo znamená, že uprostřed každé molekuly zahušťovadla je zavěšená hydrofobní skupina. Taková zahušťovadla jako SCT-200 a SCT-275 atd.

Hydrofobně modifikované aminoplastové zahušťovadlo (hydrofobně modifikované ethoxylované aminoplastové zahušťovadlo — HEAT) mění speciální aminopryskyřici na čtyři uzavřené hydrofobní skupiny, ale reaktivita těchto čtyř reakčních míst je odlišná. Při běžném přidání hydrofobních skupin jsou pouze dvě blokované hydrofobní skupiny, takže syntetické hydrofobní modifikované amino zahušťovadlo se příliš neliší od HEUR, jako je Optiflo H 500. Pokud se přidá více hydrofobních skupin, např. do 8 %, reakční podmínky mohou být upraveny tak, aby produkovaly amino zahušťovadla s více blokovanými hydrofobními skupinami. Samozřejmě se jedná i o zahušťovač hřebenu. Toto hydrofobní modifikované amino zahušťovadlo může zabránit poklesu viskozity barvy v důsledku přidání velkého množství povrchově aktivních látek a glykolových rozpouštědel, když je přidáno sladění barev. Důvodem je, že silné hydrofobní skupiny mohou zabránit desorpci a více hydrofobních skupin má silnou asociaci. Taková zahušťovadla jako Optiflo TVS.

Hydrofobně modifikované polyetherové zahušťovadlo (HMPE) Výkon hydrofobně modifikovaného polyetherového zahušťovadla je podobný jako u HEUR a mezi produkty patří Aquaflow NLS200, NLS210 a NHS300 od Hercules.

Jeho zahušťovací mechanismus je účinek jak vodíkové vazby, tak asociace koncových skupin. Ve srovnání s běžnými zahušťovadly má lepší vlastnosti proti usazování a stékání. Podle různých polarit koncových skupin lze modifikovaná polymočovinová zahušťovadla rozdělit do tří typů: polymočovinová zahušťovadla s nízkou polaritou, zahušťovadla z polymočoviny se střední polaritou a zahušťovadla z polymočoviny s vysokou polaritou. První dva se používají pro zahušťování nátěrů na bázi rozpouštědel, zatímco zahušťovadla na bázi polymočoviny s vysokou polaritou lze použít jak pro nátěry s vysokou polaritou na bázi rozpouštědel, tak pro nátěry na vodní bázi. Komerčními produkty polymočovinových zahušťovadel s nízkou polaritou, střední polaritou a vysokou polaritou jsou BYK-411, BYK-410 a BYK-420.

Suspenze modifikovaného polyamidového vosku je reologické aditivum syntetizované zavedením hydrofilních skupin, jako je PEG, do molekulárního řetězce amidového vosku. V současné době se některé značky dovážejí a používají se především k úpravě tixotropie systému a zlepšení antithixotropie. Výkon proti prohýbání.