Секреты добавок для покрытий на водной основе

Краткое содержание:

1. Смачивающий и диспергирующий агент.

2. Пеногаситель

3. Загуститель

4. Пленкообразующие добавки

5. Средство против коррозии, плесени и водорослей.

6. Другие добавки

1 Смачивающий и диспергирующий агент:

В покрытиях на водной основе вода используется в качестве растворителя или дисперсионной среды, а вода имеет большую диэлектрическую проницаемость, поэтому покрытия на водной основе в основном стабилизируются за счет электростатического отталкивания при перекрытии двойного электрического слоя. Кроме того, в системе покрытия на водной основе часто присутствуют полимеры и неионогенные поверхностно-активные вещества, которые адсорбируются на поверхности пигментного наполнителя, образуя стерические препятствия и стабилизируя дисперсию. Таким образом, краски и эмульсии на водной основе достигают стабильных результатов за счет совместного действия электростатического отталкивания и стерических затруднений. Его недостатком является плохая электролитная стойкость, особенно для дорогостоящих электролитов.

1.1 Смачиватель

Смачиватели для водных покрытий делятся на анионные и неионогенные.

Комбинация смачивающего агента и диспергатора позволяет достичь идеальных результатов. Количество смачивающего агента обычно составляет несколько единиц на тысячу. Его негативное воздействие – вспенивание и снижение водостойкости пленки покрытия.

Одной из тенденций развития смачивающих агентов является постепенная замена смачивающих агентов полиоксиэтиленалкил(бензол)феноловым эфиром (APEO или APE), поскольку это приводит к снижению мужских гормонов у крыс и нарушает работу эндокринной системы. Эфиры полиоксиэтиленалкил(бензол)фенола широко используются в качестве эмульгаторов при эмульсионной полимеризации.

Двойные поверхностно-активные вещества также являются новой разработкой. Это две амфифильные молекулы, связанные спейсером. Наиболее примечательной особенностью двухклеточных ПАВ является то, что критическая концентрация мицеллообразования (ККМ) более чем на порядок ниже, чем у их «одноклеточных» ПАВ, при этом наблюдается высокая эффективность. Подобно TEGO Twin 4000, это двухклеточное силоксановое поверхностно-активное вещество, обладающее нестабильным пенообразованием и пеногасящими свойствами.

Компания Air Products разработала поверхностно-активные вещества Gemini. Традиционные поверхностно-активные вещества имеют гидрофобный хвост и гидрофильную головку, но это новое поверхностно-активное вещество имеет две гидрофильные группы и две или три гидрофобные группы, которое представляет собой многофункциональное поверхностно-активное вещество, известное как ацетиленгликоли, такие продукты, как EnviroGem AD01.

1.2 Диспергатор

Диспергаторы для латексных красок делятся на четыре категории: фосфатные диспергаторы, диспергаторы гомополимеров поликислот, диспергаторы сополимеров поликислот и другие диспергаторы.

Наиболее широко используемыми диспергаторами фосфатов являются полифосфаты, такие как гексаметафосфат натрия, полифосфат натрия (Calgon N, продукт BK Giulini Chemical Company в Германии), триполифосфат калия (КТПП) и пирофосфат тетракалия (ТКПП). Механизм его действия заключается в стабилизации электростатического отталкивания за счет водородных связей и химической адсорбции. Его преимущество в том, что дозировка небольшая, около 0,1%, и он оказывает хорошее диспергирующее действие на неорганические пигменты и наполнители. Но есть и недостатки: один, наряду с повышением значения pH и температуры, полифосфат легко гидролизуется, что приводит к плохой стабильности при длительном хранении; Неполное растворение в среде повлияет на блеск глянцевой латексной краски.

Диспергаторы эфиров фосфорной кислоты представляют собой смеси моноэфиров, диэфиров, остаточных спиртов и фосфорной кислоты.

Диспергаторы эфиров фосфорной кислоты стабилизируют дисперсии пигментов, включая химически активные пигменты, такие как оксид цинка. В рецептурах глянцевых красок он улучшает блеск и очищаемость. В отличие от других смачивающих и диспергирующих добавок, добавление диспергаторов на основе эфиров фосфорной кислоты не влияет на вязкость покрытия KU и ICI.

Поликислотный гомополимерный диспергатор, такой как Tamol 1254 и Tamol 850. Tamol 850 представляет собой гомополимер метакриловой кислоты. Диспергатор на основе поликислотного сополимера, такой как Orotan 731A, который представляет собой сополимер диизобутилена и малеиновой кислоты. Характеристики этих двух типов диспергаторов заключаются в том, что они вызывают сильную адсорбцию или закрепление на поверхности пигментов и наполнителей, имеют более длинные молекулярные цепи, образующие стерические препятствия, и растворимы в воде на концах цепей, а некоторые из них дополняются электростатическим отталкиванием для добиться стабильных результатов. Чтобы диспергатор имел хорошую диспергируемость, необходимо строго контролировать молекулярную массу. Если молекулярная масса слишком мала, стерические препятствия будут недостаточными; если молекулярная масса слишком велика, произойдет флокуляция. Для полиакрилатных диспергаторов наилучший эффект диспергирования может быть достигнут, если степень полимеризации составляет 12-18.

Другие типы диспергаторов, такие как AMP-95, имеют химическое название 2-амино-2-метил-1-пропанол. Аминогруппа адсорбируется на поверхности неорганических частиц, а гидроксильная группа распространяется на воду, играющую стабилизирующую роль за счет стерических затруднений. Из-за небольшого размера стерические препятствия ограничены. AMP-95 в основном является регулятором pH.

В последние годы исследования диспергаторов позволили преодолеть проблему флокуляции, вызванную высокой молекулярной массой, и разработка высокомолекулярных диспергаторов является одной из тенденций. Например, высокомолекулярный диспергатор EFKA-4580, получаемый методом эмульсионной полимеризации, специально разработан для промышленных покрытий на водной основе, подходит для диспергирования органических и неорганических пигментов и обладает хорошей водостойкостью.

Аминогруппы обладают хорошим сродством ко многим пигментам за счет кислотно-основных или водородных связей. Обращено внимание на блок-сополимерный диспергатор с аминоакриловой кислотой в качестве якорной группы.

Диспергатор с диметиламиноэтилметакрилатом в качестве закрепляющей группы.

Смачивающая и диспергирующая добавка Tego Dispers 655 используется в водных автомобильных красках не только для ориентации пигментов, но и для предотвращения реакции алюминиевого порошка с водой.

Из соображений экологии были разработаны биоразлагаемые смачивающие и диспергирующие агенты, такие как двухклеточные смачивающие и диспергирующие агенты серии EnviroGem AE, которые представляют собой малопенящиеся смачивающие и диспергирующие агенты.

2 пеногасителя:

Существует много видов традиционных пеногасителей для красок на водной основе, которые обычно делятся на три категории: пеногасители на минеральном масле, полисилоксановые пеногасители и другие пеногасители.

Пеногасители на основе минерального масла обычно используются, в основном, в матовых и полуглянцевых латексных красках.

Полисилоксановые пеногасители имеют низкое поверхностное натяжение, сильные пеногасящие и противопенные свойства и не влияют на глянец, но при неправильном использовании они вызывают такие дефекты, как усадка пленки покрытия и плохая способность к повторному нанесению покрытия.

Традиционные пеногасители для красок на водной основе несовместимы с водной фазой для достижения цели пеногашения, поэтому легко создать поверхностные дефекты в пленке покрытия.

В последние годы были разработаны пеногасители молекулярного уровня.

Этот пеногаситель представляет собой полимер, полученный путем непосредственной прививки противовспенивающих активных веществ на вещество-носитель. Молекулярная цепь полимера имеет смачивающую гидроксильную группу, активное пеногасящее вещество распределено вокруг молекулы, активное вещество нелегко агрегировать, совместимость с системой покрытия хорошая. К таким пеногасителям молекулярного уровня относятся минеральные масла — серия FoamStar A10, кремнийсодержащие — серия FoamStar A30 и несиликоновые, немасляные полимеры — серия FoamStar MF.

Также сообщается, что этот пеногаситель на молекулярном уровне использует суперпривитые звездчатые полимеры в качестве несовместимых поверхностно-активных веществ и добился хороших результатов при нанесении покрытий на водной основе. Пеногаситель молекулярного класса Air Products, о котором сообщили Stout et al. представляет собой пеногаситель и пеногаситель на основе ацетиленгликоля с обоими смачивающими свойствами, такой как Surfynol MD 20 и Surfynol DF 37.

Кроме того, для удовлетворения потребностей в производстве покрытий с нулевым содержанием летучих органических соединений существуют также пеногасители, не содержащие летучих органических соединений, такие как Агитан 315, Агитан Е 255 и др.

3 загустителя:

Существует много видов загустителей, в настоящее время обычно используются загустители на основе эфира целлюлозы и его производных, ассоциативные набухающие в щелочи загустители (HASE) и полиуретановые загустители (HEUR).

3.1. Эфир целлюлозы и его производные

Гидроксиэтилцеллюлоза (ГЭЦ) была впервые произведена в промышленном масштабе компанией Union Carbide Company в 1932 году, ее история насчитывает более 70 лет. В настоящее время к загустителям эфира целлюлозы и его производных в основном относятся гидроксиэтилцеллюлоза (ГЭЦ), метилгидроксиэтилцеллюлоза (МГЭЦ), этилгидроксиэтилцеллюлоза (ЭГЭЦ), метилгидроксипропилоснованная целлюлоза (МГПЦ), метилцеллюлоза (МЦ) и ксантановая камедь. и т. д., это неионные загустители, а также относятся к загустителям несвязанной водной фазы. Среди них ГЭЦ чаще всего используется в латексной краске.

Гидрофобно модифицированная целлюлоза (HMHEC) вводит небольшое количество длинноцепочечных гидрофобных алкильных групп в гидрофильную основу целлюлозы, образуя ассоциативный загуститель, такой как Natrosol Plus Grade 330, 331, Cellosize SG-100, Bermocoll EHM-100. Его загущающий эффект сравним с эффектом загустителей на основе эфира целлюлозы с гораздо большей молекулярной массой. Он улучшает вязкость и выравнивание ICI, а также снижает поверхностное натяжение, например, поверхностное натяжение ГЭЦ составляет около 67 мН/м, а поверхностное натяжение ГМГЭЦ составляет 55-65 мН/м.

3.2 Щелочно-набухающий загуститель

Щелочно-набухающие загустители делятся на две категории: неассоциативные щелочно-набухающие загустители (ASE) и ассоциативные щелочно-набухающие загустители (HASE), которые являются анионными загустителями. Неассоциированный ASE представляет собой полиакрилатную щелочную набухающую эмульсию. Ассоциативный HASE представляет собой гидрофобно модифицированную полиакрилатную щелочную набухающую эмульсию.

3.3. Полиуретановый загуститель и гидрофобно модифицированный неполиуретановый загуститель

Полиуретановый загуститель, называемый HEUR, представляет собой этоксилированный полиуретановый водорастворимый полимер с модифицированной гидрофобной группой, который относится к неионным ассоциативным загустителям. HEUR состоит из трех частей: гидрофобной группы, гидрофильной цепи и полиуретановой группы. Гидрофобная группа играет ассоциативную роль и является решающим фактором загущения, обычно это олеил, октадецил, додецилфенил, нонилфенол и т. д. Гидрофильная цепь может обеспечивать химическую стабильность и стабильность вязкости, обычно используются полиэфиры, такие как полиоксиэтилен и его производные. Молекулярная цепь HEUR расширена за счет полиуретановых групп, таких как IPDI, TDI и HMDI. Структурной особенностью ассоциативных загустителей является то, что они концевые гидрофобные группы. Однако степень замещения гидрофобных групп на обоих концах некоторых коммерчески доступных ГЭУР ниже 0,9, а у лучших всего 1,7. Условия реакции должны строго контролироваться для получения полиуретанового загустителя с узким молекулярно-массовым распределением и стабильными характеристиками. Большинство HEUR синтезируются путем поэтапной полимеризации, поэтому коммерчески доступные HEUR обычно представляют собой смеси с широкой молекулярной массой.

Ричи и др. использовали флуоресцентный индикаторный загуститель пиреновой ассоциации (PAT, среднечисловая молекулярная масса 30000, средневесовая молекулярная масса 60000) и обнаружили, что при концентрации 0,02% (масса) степень агрегации мицелл Acrysol RM-825 и PAT составляла около 6. энергия ассоциации загустителя с поверхностью частиц латекса составляет около 25 кДж/моль; площадь, занимаемая каждой молекулой загустителя PAT на поверхности частиц латекса, составляет около 13 нм2, что примерно в 14 раз превышает площадь, занимаемую смачивающим агентом Triton X-405, 0,9 нм2. Ассоциативный полиуретановый загуститель типа РМ-2020НПР, DSX 1550 и др.

Широкое внимание получила разработка экологически чистых ассоциативных полиуретановых загустителей. Например, BYK-425 представляет собой полиуретановый загуститель, не содержащий летучих органических соединений и APEO, модифицированный мочевиной. Rheolate 210, Borchi Gel 0434, Tego ViscoPlus 3010, 3030 и 3060. Это ассоциативный полиуретановый загуститель без летучих органических соединений и APEO.

Помимо описанных выше линейных ассоциативных полиуретановых загустителей, существуют еще гребнеобразные ассоциативные полиуретановые загустители. Так называемый полиуретановый загуститель гребенчатой ​​ассоциации означает, что в середине каждой молекулы загустителя имеется подвесная гидрофобная группа. Такие загустители, как СКТ-200, СКТ-275 и др.

Гидрофобно модифицированный загуститель аминопластов (гидрофобно модифицированный этоксилированный загуститель аминопластов — HEAT) превращает специальную аминосмолу в четыре гидрофобные группы, закрытые кэпами, но реакционная способность этих четырех реакционных центров различна. При обычном добавлении гидрофобных групп имеется только две заблокированные гидрофобные группы, поэтому синтетический гидрофобно-модифицированный аминозагуститель мало чем отличается от HEUR, такого как Optiflo H 500. Если добавляется больше гидрофобных групп, например до 8%, условия реакции можно регулировать для получения аминозагустителей с множеством блокированных гидрофобных групп. Конечно, это тоже гребенчатый загуститель. Этот гидрофобный модифицированный аминозагуститель может предотвратить падение вязкости краски из-за добавления большого количества поверхностно-активных веществ и гликолевых растворителей при добавлении подбора цвета. Причина в том, что сильные гидрофобные группы могут предотвращать десорбцию, а несколько гидрофобных групп имеют прочную ассоциацию. Такие загустители, как Optiflo TVS.

Загуститель из гидрофобно-модифицированного полиэфира (HMPE) Характеристики загустителя из гидрофобно-модифицированного полиэфира аналогичны загустителю из HEUR, а продукты включают Aquaflow NLS200, NLS210 и NHS300 компании Hercules.

Механизм его утолщения обусловлен как водородными связями, так и ассоциацией концевых групп. По сравнению с обычными загустителями он обладает лучшими свойствами против осаждения и провисания. В зависимости от различной полярности концевых групп модифицированные полимочевинные загустители можно разделить на три типа: полимочевинные загустители с низкой полярностью, полимочевинные загустители со средней полярностью и полимочевинные загустители с высокой полярностью. Первые два используются для загущения покрытий на основе растворителей, тогда как высокополярные полимочевинные загустители могут использоваться как для высокополярных покрытий на основе растворителей, так и для покрытий на водной основе. Коммерческой продукцией полимочевинных загустителей низкой, средней и высокой полярности являются BYK-411, BYK-410 и BYK-420 соответственно.

Суспензия модифицированного полиамидного воска представляет собой реологическую добавку, синтезированную путем введения гидрофильных групп, таких как ПЭГ, в молекулярную цепь амидного воска. В настоящее время некоторые бренды импортируются и в основном используются для регулировки тиксотропии системы и улучшения антитиксотропии. Защита от провисания.