Segredos dos aditivos para revestimentos à base de água

Resumo:

1. Agente umectante e dispersante

2. Antiespumante

3. Espessante

4. Aditivos formadores de filme

5. Agente anticorrosivo, antimofo e antialgas

6. Outros aditivos

1 Agente umectante e dispersante:

Os revestimentos à base de água usam água como solvente ou meio de dispersão, e a água tem uma grande constante dielétrica, portanto, os revestimentos à base de água são estabilizados principalmente pela repulsão eletrostática quando a dupla camada elétrica se sobrepõe. Além disso, no sistema de revestimento à base de água, muitas vezes existem polímeros e surfactantes não iônicos, que são adsorvidos na superfície da carga de pigmento, formando um obstáculo estérico e estabilizando a dispersão. Portanto, tintas e emulsões à base de água alcançam resultados estáveis ​​através da ação conjunta de repulsão eletrostática e impedimento estérico. Sua desvantagem é a baixa resistência eletrolítica, especialmente para eletrólitos caros.

1.1 Agente umectante

Os agentes umectantes para revestimentos à base de água são divididos em aniônicos e não iônicos.

A combinação de agente umectante e agente dispersante pode alcançar resultados ideais. A quantidade de agente umectante é geralmente de alguns por mil. Seu efeito negativo é a formação de espuma e a redução da resistência à água do filme de revestimento.

Uma das tendências de desenvolvimento de agentes umectantes é a substituição gradual dos agentes umectantes de polioxietileno alquil (benzeno) fenol éter (APEO ou APE), pois leva à redução dos hormônios masculinos em ratos e interfere no sistema endócrino. Éteres de polioxietileno alquil (benzeno) fenol são amplamente utilizados como emulsificantes durante a polimerização em emulsão.

Os surfactantes gêmeos também são novos desenvolvimentos. São duas moléculas anfifílicas ligadas por um espaçador. A característica mais notável dos surfactantes de célula dupla é que a concentração micelar crítica (CMC) é mais do que uma ordem de grandeza inferior à de seus surfactantes de “célula única”, seguida por alta eficiência. Tal como TEGO Twin 4000, é um surfactante de siloxano de célula dupla e possui espuma instável e propriedades antiespumantes.

A Air Products desenvolveu surfactantes Gemini. Os surfactantes tradicionais possuem cauda hidrofóbica e cabeça hidrofílica, mas este novo surfactante possui dois grupos hidrofílicos e dois ou três grupos hidrofóbicos, que é um surfactante multifuncional, conhecido como acetilenoglicóis, produtos como o EnviroGem AD01.

1.2 Dispersante

Os dispersantes para tinta látex são divididos em quatro categorias: dispersantes de fosfato, dispersantes de homopolímero poliácido, dispersantes de copolímero poliácido e outros dispersantes.

Os dispersantes de fosfato mais utilizados são os polifosfatos, como hexametafosfato de sódio, polifosfato de sódio (Calgon N, produto da BK Giulini Chemical Company na Alemanha), tripolifosfato de potássio (KTPP) e pirofosfato tetrapotássico (TKPP). O mecanismo de sua ação é estabilizar a repulsão eletrostática por meio de ligações de hidrogênio e adsorção química. Sua vantagem é que a dosagem é baixa, cerca de 0,1%, e tem bom efeito de dispersão em pigmentos inorgânicos e cargas. Mas também existem deficiências: aquela, juntamente com o aumento do valor do pH e da temperatura, o polifosfato é facilmente hidrolisado, causa má estabilidade no armazenamento a longo prazo; A dissolução incompleta no meio afetará o brilho da tinta látex brilhante.

Os dispersantes de éster de fosfato são misturas de monoésteres, diésteres, álcoois residuais e ácido fosfórico.

Os dispersantes de éster de fosfato estabilizam as dispersões de pigmentos, incluindo pigmentos reativos, como o óxido de zinco. Em formulações de tintas brilhantes, melhora o brilho e a facilidade de limpeza. Ao contrário de outros aditivos umectantes e dispersantes, a adição de dispersantes de éster de fosfato não afeta a viscosidade KU e ICI do revestimento.

Dispersante homopolímero poliácido, como Tamol 1254 e Tamol 850, Tamol 850 é um homopolímero de ácido metacrílico. Dispersante de copolímero poliácido, como Orotan 731A, que é um copolímero de diisobutileno e ácido maleico. As características desses dois tipos de dispersantes são que eles produzem forte adsorção ou ancoragem na superfície de pigmentos e cargas, possuem cadeias moleculares mais longas para formar impedimento estérico e possuem solubilidade em água nas extremidades da cadeia, e alguns são complementados por repulsão eletrostática para alcançar resultados estáveis. Para que o dispersante tenha boa dispersibilidade, o peso molecular deve ser rigorosamente controlado. Se o peso molecular for muito pequeno, haverá impedimento estérico insuficiente; se o peso molecular for muito grande, ocorrerá floculação. Para dispersantes de poliacrilato, o melhor efeito de dispersão pode ser alcançado se o grau de polimerização for 12-18.

Outros tipos de dispersantes, como o AMP-95, têm o nome químico de 2-amino-2-metil-1-propanol. O grupo amino é adsorvido na superfície das partículas inorgânicas, e o grupo hidroxila se estende até a água, que desempenha um papel estabilizador através do impedimento estérico. Devido ao seu pequeno tamanho, o impedimento estérico é limitado. AMP-95 é principalmente um regulador de pH.

Nos últimos anos, a pesquisa sobre dispersantes superou o problema da floculação causada pelo alto peso molecular, e o desenvolvimento de alto peso molecular é uma das tendências. Por exemplo, o dispersante de alto peso molecular EFKA-4580 produzido por polimerização em emulsão é especialmente desenvolvido para revestimentos industriais à base de água, adequado para dispersão de pigmentos orgânicos e inorgânicos e possui boa resistência à água.

Os grupos amino têm uma boa afinidade com muitos pigmentos através de ligações ácido-base ou de hidrogênio. O dispersante de copolímero em bloco com ácido aminoacrílico como grupo de ancoragem recebeu atenção.

Dispersante com metacrilato de dimetilaminoetil como grupo de ancoragem

O aditivo umectante e dispersante Tego Dispers 655 é usado em tintas automotivas à base de água não apenas para orientar os pigmentos, mas também para evitar que o pó de alumínio reaja com a água.

Devido a preocupações ambientais, foram desenvolvidos agentes umectantes e dispersantes biodegradáveis, como os agentes umectantes e dispersantes de células duplas da série EnviroGem AE, que são agentes umectantes e dispersantes com baixa formação de espuma.

2 antiespumante:

Existem muitos tipos de antiespumantes tradicionais à base de água, que geralmente são divididos em três categorias: antiespumantes de óleo mineral, antiespumantes de polissiloxano e outros antiespumantes.

Os antiespumantes de óleo mineral são comumente usados, principalmente em tintas látex lisas e semibrilhantes.

Os antiespumantes de polissiloxano têm baixa tensão superficial, fortes capacidades antiespumantes e antiespumantes e não afetam o brilho, mas quando usados ​​​​indevidamente, causarão defeitos como encolhimento do filme de revestimento e baixa capacidade de repintura.

Os antiespumantes tradicionais de tinta à base de água são incompatíveis com a fase aquosa para atingir o objetivo de antiespumante, por isso é fácil produzir defeitos superficiais no filme de revestimento.

Nos últimos anos, foram desenvolvidos antiespumantes de nível molecular.

Este agente antiespumante é um polímero formado pelo enxerto direto de substâncias ativas antiespumantes na substância transportadora. A cadeia molecular do polímero possui um grupo hidroxila umectante, a substância ativa antiespumante é distribuída ao redor da molécula, a substância ativa não é fácil de agregar e a compatibilidade com o sistema de revestimento é boa. Esses antiespumantes de nível molecular incluem óleos minerais - série FoamStar A10, contendo silício - série FoamStar A30 e polímeros sem silício e sem óleo - série FoamStar MF.

Também é relatado que este antiespumante de nível molecular usa polímeros em estrela superenxertados como surfactantes incompatíveis e alcançou bons resultados em aplicações de revestimento à base de água. O antiespumante de grau molecular da Air Products relatado por Stout et al. é um agente de controle de espuma e antiespumante à base de acetilenoglicol com propriedades umectantes, como Surfynol MD 20 e Surfynol DF 37.

Além disso, para atender às necessidades de produção de revestimentos com zero VOC, também existem antiespumantes sem VOC, como Agitan 315, Agitan E 255, etc.

3 Espessantes:

Existem muitos tipos de espessantes, atualmente comumente usados ​​são éter de celulose e seus derivados, espessantes associativos de expansão alcalina (HASE) e espessantes de poliuretano (HEUR).

3.1. Éter de celulose e seus derivados

A hidroxietilcelulose (HEC) foi produzida industrialmente pela primeira vez pela Union Carbide Company em 1932 e tem uma história de mais de 70 anos. Atualmente, os espessantes de éter de celulose e seus derivados incluem principalmente hidroxietil celulose (HEC), metil hidroxietil celulose (MHEC), etil hidroxietil celulose (EHEC), metil hidroxipropil celulose base (MHPC), metil celulose (MC) e goma xantana, etc., estes são espessantes não iônicos e também pertencem a espessantes de fase aquosa não associados. Dentre eles, o HEC é o mais utilizado em tintas látex.

A celulose hidrofobicamente modificada (HMHEC) introduz uma pequena quantidade de grupos alquil hidrofóbicos de cadeia longa na estrutura hidrofílica da celulose para se tornar um espessante associativo, como Natrosol Plus Grau 330, 331, Cellosize SG-100, Bermocoll EHM-100. Seu efeito espessante é comparável ao dos espessantes de éter de celulose com peso molecular muito maior. Melhora a viscosidade e o nivelamento do ICI e reduz a tensão superficial, como a tensão superficial do HEC é de cerca de 67mN/m, e a tensão superficial do HMHEC é de 55-65mN/m.

3.2 Espessante alcalino-intumescente

Os espessantes intumescentes com álcalis são divididos em duas categorias: espessantes intumescentes com álcalis não associativos (ASE) e espessantes intumescentes com álcalis associativos (HASE), que são espessantes aniônicos. ASE não associado é uma emulsão de expansão alcalina de poliacrilato. Associative HASE é uma emulsão de expansão alcalina de poliacrilato hidrofobicamente modificada.

3.3. Espessante de poliuretano e espessante não poliuretano modificado hidrofobicamente

O espessante de poliuretano, conhecido como HEUR, é um polímero solúvel em água de poliuretano etoxilado modificado com grupo hidrofóbico, que pertence ao espessante associativo não iônico. HEUR é composto por três partes: grupo hidrofóbico, cadeia hidrofílica e grupo poliuretano. O grupo hidrofóbico desempenha um papel de associação e é o fator decisivo para o espessamento, geralmente oleil, octadecil, dodecilfenil, nonilfenol, etc. A cadeia hidrofílica pode fornecer estabilidade química e estabilidade de viscosidade, comumente utilizados são os poliéteres, como o polioxietileno e seus derivados. A cadeia molecular do HEUR é estendida por grupos de poliuretano, como IPDI, TDI e HMDI. A característica estrutural dos espessantes associativos é que eles terminam em grupos hidrofóbicos. No entanto, o grau de substituição de grupos hidrofóbicos em ambas as extremidades de alguns HEURs comercialmente disponíveis é inferior a 0,9, e o melhor é apenas 1,7. As condições de reação devem ser rigorosamente controladas para obter um espessante de poliuretano com distribuição estreita de peso molecular e desempenho estável. A maioria dos HEURs são sintetizados por polimerização gradual, portanto os HEURs disponíveis comercialmente são geralmente misturas de amplos pesos moleculares.

Richey et al. utilizou espessante de associação de pireno traçador fluorescente (PAT, peso molecular médio 30.000, peso molecular médio ponderal 60.000) para descobrir que em uma concentração de 0,02% (peso), o grau de agregação micelar de Acrysol RM-825 e PAT era de cerca de 6. O a energia de associação entre o espessante e a superfície das partículas de látex é de cerca de 25 KJ/mol; a área ocupada por cada molécula espessante PAT na superfície das partículas de látex é de cerca de 13 nm2, que é aproximadamente a área ocupada pelo agente umectante Triton X-405 14 vezes maior que 0,9 nm2. Espessante associativo de poliuretano, como RM-2020NPR, DSX 1550, etc.

O desenvolvimento de espessantes de poliuretano associativos ecologicamente corretos tem recebido ampla atenção. Por exemplo, BYK-425 é um espessante de poliuretano modificado com ureia livre de VOC e APEO. Rheolate 210, Borchi Gel 0434, Tego ViscoPlus 3010, 3030 e 3060 são É um espessante associativo de poliuretano sem VOC e APEO.

Além dos espessantes de poliuretano associativos lineares descritos acima, também existem espessantes de poliuretano associativos em forma de pente. O chamado espessante de poliuretano de associação de pente significa que existe um grupo hidrofóbico pendente no meio de cada molécula espessante. Espessantes como SCT-200 e SCT-275 etc.

O espessante aminoplástico modificado hidrofobicamente (espessador aminoplástico etoxilado modificado hidrofobicamente - HEAT) transforma a resina amino especial em quatro grupos hidrofóbicos revestidos, mas a reatividade desses quatro locais de reação é diferente. Na adição normal de grupos hidrofóbicos, existem apenas dois grupos hidrofóbicos bloqueados, de modo que o espessante amino modificado hidrofóbico sintético não é muito diferente do HEUR, como o Optiflo H 500. Se mais grupos hidrofóbicos forem adicionados, como até 8%, as condições de reação podem ser ajustadas para produzir espessantes amino com múltiplos grupos hidrofóbicos bloqueados. Claro, este também é um espessante de pente. Este espessante amino hidrofóbico modificado pode evitar que a viscosidade da tinta caia devido à adição de uma grande quantidade de surfactantes e solventes de glicol quando a correspondência de cores é adicionada. A razão é que grupos hidrofóbicos fortes podem prevenir a dessorção, e vários grupos hidrofóbicos têm forte associação. Espessantes como Optiflo TVS.

Espessante de poliéter modificado hidrofóbico (HMPE) O desempenho do espessante de poliéter modificado hidrofobicamente é semelhante ao HEUR, e os produtos incluem Aquaflow NLS200, NLS210 e NHS300 da Hercules.

Seu mecanismo de espessamento é o efeito tanto da ligação de hidrogênio quanto da associação de grupos terminais. Comparado com espessantes comuns, possui melhores propriedades anti-sedimentação e anti-declínio. De acordo com as diferentes polaridades dos grupos finais, os espessantes de poliureia modificados podem ser divididos em três tipos: espessantes de poliureia de baixa polaridade, espessantes de poliureia de polaridade média e espessantes de poliureia de alta polaridade. Os dois primeiros são usados ​​para espessar revestimentos à base de solvente, enquanto os espessantes de poliureia de alta polaridade podem ser usados ​​tanto para revestimentos à base de solvente de alta polaridade quanto para revestimentos à base de água. Os produtos comerciais de espessantes de poliureia de baixa polaridade, média e alta polaridade são BYK-411, BYK-410 e BYK-420 respectivamente.

A pasta de cera de poliamida modificada é um aditivo reológico sintetizado pela introdução de grupos hidrofílicos como o PEG na cadeia molecular da cera de amida. Atualmente, algumas marcas são importadas e são utilizadas principalmente para ajustar a tixotropia do sistema e melhorar a antitixotropia. Desempenho anti-queda.