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 разпенването и намаляването 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 кополимерни 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 диспергатори 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 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.Молекулната верига на полимера има овлажняваща хидроксилна група, активното обезпеняващо вещество е разпределено около молекулата, активното вещество не се агрегира лесно 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 несвързани сгъстители във водна фаза.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 латексните 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.