Тайните на добавките за покрития на водна основа

Резюме:

1. Омокрящ и диспергиращ агент

2. Обезпенител

3. Сгъстител

4. Филмообразуващи добавки

5. Препарат против корозия, плесен и водорасли

6. Други добавки

1 Омокрящ и диспергиращ агент:

Покритията на водна основа използват вода като разтворител или дисперсионна среда, а водата има голяма диелектрична константа, така че покритията на водна основа се стабилизират главно от електростатичното отблъскване, когато двойният електрически слой се припокрива. В допълнение, в системата за покритие на водна основа често има полимери и нейонни повърхностно активни вещества, които се адсорбират върху повърхността на пигментния пълнител, образувайки пространствено препятствие и стабилизирайки дисперсията. Следователно боите и емулсиите на водна основа постигат стабилни резултати чрез съвместното действие на електростатично отблъскване и пространствено препятствие. Недостатъкът му е слабата електролитна устойчивост, особено за електролити с висока цена.

1.1 Омокрящ агент

Омокрящите агенти за водни покрития се разделят на анионни и нейонни.

Комбинацията от омокрящ агент и диспергиращ агент може да постигне идеални резултати. Количеството на омокрящия агент обикновено е няколко на хиляда. Отрицателният му ефект е разпенване и намаляване на водоустойчивостта на покривния филм.

Една от тенденциите на развитие на омокрящите агенти е постепенното заместване на полиоксиетилен алкил (бензен) фенол етер (APEO или APE) омокрящите агенти, тъй като това води до намаляване на мъжките хормони при плъхове и пречи на ендокринната система. Полиоксиетилен алкил (бензен) фенол етери са широко използвани като емулгатори по време на емулсионна полимеризация.

Двойните повърхностноактивни вещества също са нови разработки. Това са две амфифилни молекули, свързани с спейсър. Най-забележителната характеристика на двуклетъчните повърхностноактивни вещества е, че критичната концентрация на мицели (CMC) е повече от един порядък по-ниска от тази на техните „едноклетъчни“ повърхностноактивни вещества, последвана от висока ефективност. Като TEGO Twin 4000, той е двуклетъчно силоксаново повърхностно активно вещество и има нестабилна пяна и обезпеняващи свойства.

Air Products разработи повърхностноактивни вещества Gemini. Традиционните повърхностно активни вещества имат хидрофобна опашка и хидрофилна глава, но това ново повърхностноактивно вещество има две хидрофилни групи и две или три хидрофобни групи, което е многофункционално повърхностно активно вещество, известно като ацетилен гликоли, продукти като EnviroGem AD01.

1.2 Дисперсант

Дисперсантите за латексова боя се разделят на четири категории: фосфатни дисперсанти, поликиселинни хомополимерни дисперсанти, поликиселинни съполимерни дисперсанти и други дисперсанти.

Най-широко използваните фосфатни дисперсанти са полифосфати, като натриев хексаметафосфат, натриев полифосфат (Calgon N, продукт на BK Giulini Chemical Company в Германия), калиев триполифосфат (KTPP) и тетрапалиев пирофосфат (TKPP). Механизмът на неговото действие е да стабилизира електростатичното отблъскване чрез водородни връзки и химическа адсорбция. Предимството му е, че дозировката е ниска, около 0,1%, и има добър дисперсионен ефект върху неорганични пигменти и пълнители. Но има и недостатъци: единият, заедно с повишаването на стойността на pH и температурата, полифосфатът лесно се хидролизира, причинява лоша стабилност при дългосрочно съхранение; Непълното разтваряне в среда ще повлияе на блясъка на лъскавата латексова боя.

Дисперсантите на фосфатни естери са смеси от моноестери, диестери, остатъчни алкохоли и фосфорна киселина.

Дисперсантите на фосфатни естери стабилизират пигментни дисперсии, включително реактивни пигменти като цинков оксид. Във формулите за гланцови бои подобрява гланца и почистваемостта. За разлика от други омокрящи и диспергиращи добавки, добавянето на дисперсанти на фосфатни естери не влияе върху KU и ICI вискозитета на покритието.

Поликиселинен хомополимерен диспергатор, като Tamol 1254 и Tamol 850, Tamol 850 е хомополимер на метакрилова киселина. Поликиселинен съполимерен дисперсант, като Orotan 731A, който е съполимер на диизобутилен и малеинова киселина. Характеристиките на тези два вида дисперсанти са, че те произвеждат силна адсорбция или закотвяне върху повърхността на пигменти и пълнители, имат по-дълги молекулни вериги, за да образуват пространствено препятствие, и имат водоразтворимост в краищата на веригата, а някои се допълват от електростатично отблъскване до постигане на стабилни резултати. За да може диспергаторът да има добра диспергируемост, молекулното тегло трябва да бъде строго контролирано. Ако молекулното тегло е твърде малко, ще има недостатъчно пространствено препятствие; ако молекулното тегло е твърде голямо, ще настъпи флокулация. За полиакрилатни дисперсанти най-добрият дисперсионен ефект може да се постигне, ако степента на полимеризация е 12-18.

Други видове дисперсанти, като AMP-95, имат химично наименование 2-амино-2-метил-1-пропанол. Аминогрупата се адсорбира върху повърхността на неорганичните частици, а хидроксилната група се простира до водата, която играе стабилизираща роля чрез пространствено препятствие. Поради малкия си размер пространственото препятствие е ограничено. AMP-95 е главно регулатор на pH.

През последните години изследванията на дисперсантите преодоляха проблема с флокулацията, причинена от високото молекулно тегло, и развитието на високото молекулно тегло е една от тенденциите. Например дисперсантът с високо молекулно тегло EFKA-4580, произведен чрез емулсионна полимеризация, е специално разработен за промишлени покрития на водна основа, подходящ за органична и неорганична пигментна дисперсия и има добра водоустойчивост.

Аминогрупите имат добър афинитет към много пигменти чрез киселинно-основни или водородни връзки. Обърнато е внимание на блок съполимерния дисперсант с аминоакрилова киселина като закрепваща група.

Диспергатор с диметиламиноетил метакрилат като закрепваща група

Tego Dispers 655 овлажняваща и диспергираща добавка се използва в автомобилни бои на водна основа не само за ориентиране на пигментите, но и за предотвратяване на реакцията на алуминиевия прах с водата.

Поради съображения за околната среда са разработени биоразградими омокрящи и диспергиращи агенти, като двойни клетъчни омокрящи и диспергиращи агенти от серията EnviroGem AE, които са слабо пенещи се омокрящи и диспергиращи агенти.

2 обезпенител:

Има много видове традиционни антипенители за бои на водна основа, които обикновено се разделят на три категории: пеногасители с минерално масло, полисилоксанови пеногасители и други пеногасители.

Обезпенителите с минерално масло се използват често, главно в плоски и полугланцови латексови бои.

Полисилоксановите пеногасители имат ниско повърхностно напрежение, силни способности за обезпенване и против разпенване и не влияят на блясъка, но когато се използват неправилно, те ще причинят дефекти като свиване на покриващия филм и лоша възможност за повторно нанасяне.

Традиционните антипенители за бои на водна основа са несъвместими с водната фаза за постигане на целта за обезпенване, така че е лесно да се получат повърхностни дефекти в покриващия филм.

През последните години бяха разработени пеногасители на молекулярно ниво.

Този антипенител е полимер, образуван чрез директно присаждане на антипенителни активни вещества върху носещото вещество. Молекулярната верига на полимера има овлажняваща хидроксилна група, активното обезпеняващо вещество е разпределено около молекулата, активното вещество не е лесно за агрегиране и съвместимостта с покривната система е добра. Такива пеногасители на молекулярно ниво включват минерални масла — серия FoamStar A10, съдържащи силиций — серия FoamStar A30 и несъдържащи силиций, немаслени полимери — серия FoamStar MF.

Също така се съобщава, че този антипенител на молекулярно ниво използва суперприсадени звездовидни полимери като несъвместими повърхностноактивни вещества и е постигнал добри резултати при приложения за покритие на водна основа. Обезпенителът с молекулярен клас на Air Products, докладван от Stout et al. е базиран на ацетилен гликол агент за контрол на пяната и обезпенител с двете омокрящи свойства, като Surfynol MD 20 и Surfynol DF 37.

В допълнение, за да се отговори на нуждите от производство на покрития с нулево съдържание на летливи органични съединения, съществуват и антипенители без летливи органични съединения, като Agitan 315, Agitan E 255 и др.

3 Сгъстители:

Има много видове сгъстители, понастоящем често използвани са целулозен етер и неговите производни сгъстители, асоциативни алкално набъбващи сгъстители (HASE) и полиуретанови сгъстители (HEUR).

3.1. Целулозен етер и неговите производни

Хидроксиетилцелулозата (HEC) е произведена за първи път индустриално от Union Carbide Company през 1932 г. и има история от повече от 70 години. Понастоящем сгъстителите на целулозния етер и неговите производни включват главно хидроксиетил целулоза (HEC), метил хидроксиетил целулоза (MHEC), етил хидроксиетил целулоза (EHEC), метил хидроксипропил основна целулоза (MHPC), метил целулоза (MC) и ксантанова гума, и т.н., това са нейонни сгъстители и също принадлежат към несвързана водна фаза сгъстители. Сред тях HEC е най-често използваният в латексната боя.

Хидрофобно модифицирана целулоза (HMHEC) въвежда малко количество дълговерижни хидрофобни алкилови групи върху хидрофилния скелет на целулозата, за да се превърне в асоциативен сгъстител, като Natrosol Plus Grade 330, 331, Cellosize SG-100, Bermocoll EHM-100. Неговият сгъстяващ ефект е сравним с този на целулозен етер сгъстители с много по-голямо молекулно тегло. Подобрява вискозитета и изравняването на ICI и намалява повърхностното напрежение, като повърхностното напрежение на HEC е около 67mN/m, а повърхностното напрежение на HMHEC е 55-65mN/m.

3.2 Алкално набъбващ сгъстител

Алкално набъбващите сгъстители се разделят на две категории: неасоциативни алкално набъбващи сгъстители (ASE) и асоциативни алкално набъбващи сгъстители (HASE), които са анионни сгъстители. Несвързаната ASE е полиакрилатна алкална набъбваща емулсия. Associative HASE е хидрофобно модифицирана полиакрилатна алкална набъбваща емулсия.

3.3. Полиуретанов сгъстител и хидрофобно модифициран неполиуретанов сгъстител

Полиуретановият сгъстител, наричан HEUR, е хидрофобно групово модифициран етоксилиран полиуретанов водоразтворим полимер, който принадлежи към нейонен асоциативен сгъстител. HEUR се състои от три части: хидрофобна група, хидрофилна верига и полиуретанова група. Хидрофобната група играе асоциативна роля и е решаващият фактор за сгъстяване, обикновено олеил, октадецил, додецилфенил, нонилфенол и др. Хидрофилната верига може да осигури химическа стабилност и стабилност на вискозитета, често използвани са полиетери, като полиоксиетилен и неговите производни. Молекулярната верига на HEUR е разширена от полиуретанови групи, като IPDI, TDI и HMDI. Структурната особеност на асоциативните сгъстители е, че те са завършени от хидрофобни групи. Въпреки това, степента на заместване на хидрофобните групи в двата края на някои налични в търговската мрежа HEUR е по-ниска от 0,9, а най-добрата е само 1,7. Реакционните условия трябва да бъдат строго контролирани, за да се получи полиуретанов сгъстител с тясно разпределение на молекулното тегло и стабилна производителност. Повечето HEURs се синтезират чрез поетапна полимеризация, така че наличните в търговската мрежа HEURs обикновено са смеси с широки молекулни тегла.

Richey и др. използва флуоресцентен маркер пирен асоцииран сгъстител (PAT, средно числово молекулно тегло 30000, средно тегловно молекулно тегло 60000), за да установи, че при концентрация от 0,02% (тегловни), степента на агрегиране на мицелите на Acrysol RM-825 и PAT е около 6. енергията на асоцииране между сгъстителя и повърхността на латексните частици е около 25 KJ/mol; площта, заета от всяка молекула на сгъстителя PAT върху повърхността на латексовите частици, е около 13 nm2, което е около площта, заета от омокрящия агент Triton X-405 14 пъти по-голяма от 0,9 nm2. Асоциативен полиуретанов сгъстител като RM-2020NPR, DSX 1550 и др.

Разработването на екологично чисти асоциативни полиуретанови сгъстители получи широко внимание. Например, BYK-425 е полиуретанов сгъстител, модифициран с урея, без VOC и APEO. Rheolate 210, Borchi Gel 0434, Tego ViscoPlus 3010, 3030 и 3060 са Това е асоциативен полиуретанов сгъстител без VOC и APEO.

В допълнение към линейните асоциативни полиуретанови сгъстители, описани по-горе, има и подобни на гребен асоциативни полиуретанови сгъстители. Така нареченият полиуретанов сгъстител с гребена означава, че има висяща хидрофобна група в средата на всяка молекула на сгъстителя. Такива сгъстители като SCT-200 и SCT-275 и др.

Хидрофобно модифицираният аминопластен сгъстител (хидрофобно модифициран етоксилиран аминопластен сгъстител — HEAT) променя специалната амино смола в четири затворени хидрофобни групи, но реактивността на тези четири реакционни места е различна. При нормалното добавяне на хидрофобни групи има само две блокирани хидрофобни групи, така че синтетичният хидрофобен модифициран амино сгъстител не се различава много от HEUR, като Optiflo H 500. Ако се добавят повече хидрофобни групи, например до 8%, реакционните условия могат да бъдат регулирани за получаване на амино сгъстители с множество блокирани хидрофобни групи. Разбира се, това също е уплътнител за гребен. Този хидрофобен модифициран амино сгъстител може да предотврати спадането на вискозитета на боята поради добавянето на голямо количество повърхностноактивни вещества и гликолови разтворители, когато се добави цветово съвпадение. Причината е, че силните хидрофобни групи могат да предотвратят десорбцията, а множеството хидрофобни групи имат силна връзка. Такива сгъстители като Optiflo TVS.

Хидрофобен модифициран полиетерен сгъстител (HMPE) Ефективността на хидрофобно модифицирания полиетерен сгъстител е подобна на HEUR, а продуктите включват Aquaflow NLS200, NLS210 и NHS300 на Hercules.

Неговият механизъм на удебеляване е ефектът както на водородната връзка, така и на асоциирането на крайните групи. В сравнение с обикновените сгъстители, той има по-добри свойства против утаяване и увисване. Според различните полярности на крайните групи, модифицираните полиурея сгъстители могат да бъдат разделени на три типа: полиурея сгъстители с ниска полярност, полиурея сгъстители със средна полярност и полиурея сгъстители с висока полярност. Първите две се използват за сгъстяване на покрития на основата на разтворители, докато високополярните поликарбамидни сгъстители могат да се използват както за покрития на основата на разтворители с висока полярност, така и за покрития на водна основа. Търговските продукти с ниска полярност, средна полярност и висока полярност поликарбамидни сгъстители са съответно BYK-411, BYK-410 и BYK-420.

Модифицираната полиамидна восъчна суспензия е реологична добавка, синтезирана чрез въвеждане на хидрофилни групи като PEG в молекулярната верига на амидния восък. В момента някои марки се внасят и се използват главно за регулиране на тиксотропията на системата и подобряване на анти-тиксотропията. Действие против увисване.