Резюме:
1. Змочувальний і диспергувальний агент
2. Піногасник
3. Згущувач
4. Плівкоутворюючі добавки
5. Антикорозійний засіб, засіб проти плісняви та водоростей
6. Інші добавки
1 Зволожуючий і диспергувальний агент:
Покриття на водній основі використовують воду як розчинник або дисперсійне середовище, а вода має велику діелектричну проникність, тому покриття на водній основі в основному стабілізуються електростатичним відштовхуванням, коли подвійний електричний шар перекривається. Крім того, у системі покриття на водній основі часто присутні полімери та неіонні поверхнево-активні речовини, які адсорбуються на поверхні пігментного наповнювача, утворюючи стеричну перешкоду та стабілізуючи дисперсію. Тому фарби та емульсії на водній основі досягають стабільних результатів завдяки спільній дії електростатичного відштовхування та стеричних перешкод. Його недоліком є низька електролітостійкість, особливо для дорогих електролітів.
1.1 Зволожувач
Змочувачі для водорозчинних покриттів поділяються на аніонні та неіонні.
Комбінація зволожувача та диспергуючого агента може досягти ідеальних результатів. Кількість змочувального агента зазвичай становить кілька проміле. Його негативною дією є піноутворення та зниження водостійкості плівки покриття.
Однією з тенденцій розвитку змочуючих агентів є поступова заміна поліоксиетилен алкіл (бензол) фенолового ефіру (APEO або APE) змочуючих агентів, оскільки це призводить до зниження чоловічих гормонів у щурів і перешкоджає ендокринній системі. В якості емульгаторів при емульсійній полімеризації широко використовуються поліоксиетилен-алкілові (бензол)фенольні ефіри.
Подвійні поверхнево-активні речовини також є новими розробками. Це дві амфіфільні молекули, з’єднані спейсером. Найпомітнішою особливістю подвійних клітинних поверхнево-активних речовин є те, що критична концентрація міцели (ККМ) більш ніж на порядок нижча, ніж у їхніх «одноклітинних» поверхнево-активних речовин, що супроводжується високою ефективністю. Такий як TEGO Twin 4000, це двокомпонентна силоксанова поверхнево-активна речовина, яка має нестабільні піноутворювальні та піногасні властивості.
Компанія Air Products розробила поверхнево-активні речовини Gemini. Традиційні поверхнево-активні речовини мають гідрофобний хвіст і гідрофільну головку, але ця нова поверхнево-активна речовина має дві гідрофільні групи та дві або три гідрофобні групи, що є багатофункціональною поверхнево-активною речовиною, відомою як ацетиленгліколі, такі продукти, як EnviroGem AD01.
1.2 Диспергатор
Диспергатори для латексної фарби поділяються на чотири категорії: фосфатні диспергатори, полікислотні гомополімерні диспергатори, полікислотні сополімерні диспергатори та інші диспергатори.
Найбільш широко використовуваними фосфатними диспергаторами є поліфосфати, такі як гексаметафосфат натрію, поліфосфат натрію (Calgon N, продукт BK Giulini Chemical Company в Німеччині), триполіфосфат калію (KTPP) і пірофосфат тетракалію (TKPP). Механізм його дії полягає в стабілізації електростатичного відштовхування через утворення водневих зв’язків і хімічну адсорбцію. Його перевага полягає в тому, що дозування є низьким, близько 0,1%, і він має хорошу дисперсійну дію на неорганічні пігменти та наповнювачі. Але є й недоліки: по-перше, поряд із підвищенням значення рН і температури поліфосфат легко гідролізується, спричиняє погану стабільність при тривалому зберіганні; Неповне розчинення в середовищі вплине на блиск глянсової латексної фарби.
Фосфорно-ефірні диспергатори являють собою суміші моноефірів, діефірів, залишкових спиртів і фосфорної кислоти.
Диспергатори на основі ефірів фосфатів стабілізують дисперсії пігментів, у тому числі реакційноздатні пігменти, такі як оксид цинку. У складі глянцевих фарб він покращує блиск і очищається. На відміну від інших зволожуючих і диспергуючих добавок, додавання диспергаторів фосфатного ефіру не впливає на в’язкість покриття за KU та ICI.
Полікислотний гомополімерний диспергатор, такий як Тамол 1254 і Тамол 850, Тамол 850 є гомополімером метакрилової кислоти. Полікислотний сополімерний диспергатор, такий як Orotan 731A, який є сополімером диізобутилену та малеїнової кислоти. Характеристики цих двох типів диспергаторів полягають у тому, що вони забезпечують сильну адсорбцію або закріплення на поверхні пігментів і наповнювачів, мають довші молекулярні ланцюги для утворення стеричних перешкод і мають розчинність у воді на кінцях ланцюга, а деякі доповнюються електростатичним відштовхуванням до досягнення стабільних результатів. Щоб диспергатор мав хорошу здатність до диспергування, необхідно суворо контролювати молекулярну масу. Якщо молекулярна маса занадто мала, стеричних перешкод буде недостатньо; якщо молекулярна маса занадто велика, відбудеться флокуляція. Для поліакрилатних диспергаторів найкращий дисперсійний ефект можна досягти, якщо ступінь полімеризації становить 12-18.
Інші типи диспергаторів, такі як AMP-95, мають хімічну назву 2-аміно-2-метил-1-пропанол. Аміногрупа адсорбується на поверхні неорганічних частинок, а гідроксильна група поширюється на воду, яка відіграє стабілізуючу роль завдяки стеричним перешкодам. Через невеликий розмір стерична перешкода обмежена. AMP-95 в основному є регулятором pH.
В останні роки дослідження диспергаторів подолали проблему флокуляції, викликаної високою молекулярною масою, і розробка високомолекулярної маси є однією з тенденцій. Наприклад, високомолекулярний диспергатор EFKA-4580, отриманий шляхом емульсійної полімеризації, спеціально розроблений для промислових покриттів на водній основі, підходить для дисперсії органічних і неорганічних пігментів і має гарну водостійкість.
Аміногрупи мають хорошу спорідненість з багатьма пігментами через кислотно-лужні або водневі зв’язки. Приділено увагу блок-сополімерному диспергатору з аміноакриловою кислотою як анкерною групою.
Диспергатор з диметиламіноетилметакрилатом як зв'язуючою групою
Зволожуюча та диспергуюча добавка Tego Dispers 655 використовується в автомобільних фарбах на водній основі не тільки для орієнтації пігментів, але й для запобігання реакції алюмінієвої пудри з водою.
З огляду на проблеми з навколишнім середовищем, були розроблені біорозкладні зволожувальні та диспергуючі агенти, такі як подвійні змочувальні та диспергуючі агенти серії EnviroGem AE, які є змочувальними та диспергувальними агентами з низьким рівнем піноутворення.
2 піногасник:
Існує багато видів традиційних піногасників для фарби на водній основі, які зазвичай поділяються на три категорії: піногасники з мінерального масла, полісилоксанові піногасники та інші піногасники.
Мінеральні масляні піногасники зазвичай використовуються, головним чином у плоских і напівматових латексних фарбах.
Полісилоксанові піногасники мають низький поверхневий натяг, сильні піногасники та протипінні властивості та не впливають на глянець, але при неправильному використанні вони призведуть до таких дефектів, як усадка плівки покриття та погана можливість повторного нанесення.
Традиційні піногасники фарби на водній основі несумісні з водною фазою для досягнення мети піногасника, тому легко створити поверхневі дефекти плівки покриття.
В останні роки були розроблені піногасники на молекулярному рівні.
Цей протипінний агент є полімером, утвореним шляхом безпосереднього прищеплення протипінних активних речовин на речовину-носій. Молекулярний ланцюг полімеру має змочувальну гідроксильну групу, піногасну активну речовину розподілено навколо молекули, активну речовину непросто агрегувати, і сумісність із системою покриття хороша. До таких піногасників на молекулярному рівні відносяться мінеральні масла — серії FoamStar A10, кремнійвмісні — серії FoamStar A30 і некремнієві немасляні полімери — серії FoamStar MF.
Також повідомляється, що цей піногасник на молекулярному рівні використовує суперприщеплені зірчасті полімери як несумісні поверхнево-активні речовини та досяг хороших результатів у застосуванні покриттів на водній основі. Піногасник молекулярного класу Air Products, про який повідомляють Stout et al. це засіб для контролю піноутворення та піногасник на основі ацетиленгліколю, що володіє як зволожуючими властивостями, так як Surfynol MD 20 та Surfynol DF 37.
Крім того, щоб задовольнити потреби у виробництві покриттів з нульовим вмістом ЛОС, існують також піногасники без ЛОС, такі як Agitan 315, Agitan E 255 тощо.
3 Загусники:
Існує багато типів загусників, в даний час зазвичай використовуються загусники на основі ефіру целюлози та його похідних, асоціативні загусники, що набухають лугом (HASE) і поліуретанові загусники (HEUR).
3.1. Ефір целюлози та його похідні
Гідроксіетилцелюлоза (HEC) була вперше промислово вироблена компанією Union Carbide у 1932 році та має понад 70-річну історію. В даний час загусники ефіру целюлози та його похідних в основному включають гідроксіетилцелюлозу (HEC), метилгідроксіетилцелюлозу (MHEC), етилгідроксіетилцелюлозу (EHEC), метилгідроксипропілосновну целюлозу (MHPC), метилцелюлозу (MC) і ксантанову камедь, тощо, це неіонні загусники, а також належать до неасоційованої водної фази загусники. Серед них HEC найчастіше використовується в латексній фарбі.
Гідрофобно модифікована целюлоза (HMHEC) містить невелику кількість довголанцюгових гідрофобних алкільних груп на гідрофільній основі целюлози, щоб стати асоціативним загусником, таким як Natrosol Plus Grade 330, 331, Cellosize SG-100, Bermocoll EHM-100. Його ефект загущення можна порівняти з ефектом загусників ефіру целюлози з набагато більшою молекулярною масою. Він покращує в'язкість і вирівнювання ICI, а також зменшує поверхневий натяг, наприклад, поверхневий натяг HEC становить приблизно 67 мН/м, а поверхневий натяг HMHEC становить 55-65 мН/м.
3.2 Загусник, що набрякає лугом
Загусники, що набухають лугом, поділяються на дві категорії: неасоціативні загусники, що набухають лугом (ASE) та асоціативні загусники, що набухають лугом (HASE), які є аніонними загусниками. Неасоційована ASE - це поліакрилатна лужна емульсія, що набухає. Associative HASE - це гідрофобно модифікована поліакрилатна лужна емульсія, що набухає.
3.3. Поліуретановий загусник і гідрофобно модифікований неполіуретановий загусник
Поліуретановий загусник, відомий як HEUR, є гідрофобною групою, модифікованою етоксилованим поліуретановим водорозчинним полімером, який належить до неіонних асоціативних загусників. HEUR складається з трьох частин: гідрофобної групи, гідрофільного ланцюга та поліуретанової групи. Гідрофобна група відіграє роль асоціації та є вирішальним фактором для згущення, як правило, олеїлу, октадецилу, додецилфенілу, нонілфенолу тощо. Гідрофільний ланцюг може забезпечити хімічну стабільність і стабільність в’язкості, зазвичай використовуються прості поліефіри, такі як поліоксиетилен та його похідні. Молекулярний ланцюг HEUR розширений поліуретановими групами, такими як IPDI, TDI і HMDI. Структурною особливістю асоціативних загусників є те, що вони обриваються гідрофобними групами. Однак ступінь заміщення гідрофобних груп на обох кінцях деяких комерційно доступних HEUR нижчий за 0,9, а найкращий – лише 1,7. Умови реакції слід суворо контролювати, щоб отримати поліуретановий загусник з вузьким розподілом молекулярної маси та стабільною продуктивністю. Більшість HEURs синтезуються шляхом поетапної полімеризації, тому комерційно доступні HEURs зазвичай являють собою суміші широкої молекулярної маси.
Richey та ін. використовували флуоресцентний індикатор піренового асоційованого згущувача (PAT, середньочислова молекулярна маса 30000, середньомасова молекулярна маса 60000), щоб виявити, що при концентрації 0,02% (ваги) ступінь агрегації міцел Acrysol RM-825 і PAT був приблизно 6. енергія асоціації між загусником і поверхнею частинок латексу становить близько 25 КДж/моль; площа, яку займає кожна молекула загусника PAT на поверхні частинок латексу, становить приблизно 13 нм2, що приблизно в 14 разів перевищує площу, яку займає змочувальний агент Triton X-405, ніж 0,9 нм2. Асоціативний поліуретановий загусник типу RM-2020NPR, DSX 1550 та ін.
Розробка екологічно чистих асоціативних поліуретанових загусників отримала широку увагу. Наприклад, BYK-425 - це поліуретановий загусник, модифікований сечовиною, що не містить VOC і APEO. Rheolate 210, Borchi Gel 0434, Tego ViscoPlus 3010, 3030 і 3060 - це асоціативний поліуретановий загусник без VOC і APEO.
На додаток до лінійних асоціативних поліуретанових загусників, описаних вище, існують також гребінчасті асоціативні поліуретанові загусники. Так званий гребінчастий поліуретановий загусник означає, що в середині кожної молекули загусника є підвісна гідрофобна група. Такі загусники, як SCT-200 і SCT-275 та ін.
Гідрофобно модифікований амінопластовий загусник (гідрофобно модифікований етоксильований амінопластовий загусник — HEAT) перетворює спеціальну аміносмолу на чотири закриті гідрофобні групи, але реакційна здатність цих чотирьох реакційних центрів відрізняється. При звичайному додаванні гідрофобних груп є лише дві заблоковані гідрофобні групи, тому синтетичний гідрофобний модифікований амінозагущувач мало чим відрізняється від HEUR, такого як Optiflo H 500. Якщо додається більше гідрофобних груп, наприклад до 8%, умови реакції можна регулювати для отримання амінозагусників з кількома блокованими гідрофобними групами. Звісно, це ще й гребінець-згущувач. Цей гідрофобний модифікований амінозагусник може запобігти зниженню в'язкості фарби через додавання великої кількості поверхнево-активних речовин і гліколевих розчинників під час підбору кольору. Причина полягає в тому, що сильні гідрофобні групи можуть запобігти десорбції, а численні гідрофобні групи мають міцну асоціацію. Такі загусники як Optiflo TVS.
Гідрофобно модифікований поліефірний загусник (HMPE) Ефективність гідрофобно модифікованого поліефірного загусника подібна до HEUR, і продукти включають Aquaflow NLS200, NLS210 і NHS300 Hercules.
Його механізм згущення є ефектом як водневих зв’язків, так і асоціації кінцевих груп. У порівнянні зі звичайними загусниками він має кращі властивості проти осідання та просідання. Відповідно до різної полярності кінцевих груп модифіковані полісечовинні загусники можна розділити на три типи: полісечовинні загусники низької полярності, полісечовинні загусники середньої полярності та полісечовинні загусники високої полярності. Перші два використовуються для згущення покриттів на основі розчинників, тоді як високополярні полісечовинні загусники можна використовувати як для високополярних покриттів на основі розчинників, так і для покриттів на водній основі. Комерційними продуктами низькополярних, середньополярних і високополярних полісечовинні загусників є BYK-411, BYK-410 і BYK-420 відповідно.
Модифікована суспензія поліамідного воску - це реологічна добавка, синтезована шляхом введення гідрофільних груп, таких як PEG, у молекулярний ланцюг амідного воску. В даний час деякі марки імпортуються і в основному використовуються для регулювання тиксотропності системи та покращення антитиксотропності. Ефективність проти провисання.
Час публікації: 22 листопада 2022 р