Lima “agen” pelapis berbahan dasar air!

ringkasan

1. Bahan pembasah dan pendispersi

2. Penghilang Busa

3. Pengental

4. Aditif pembentuk film

5. Bahan tambahan lainnya

Agen pembasah dan pendispersi

Pelapis berbahan dasar air menggunakan air sebagai media pelarut atau pendispersi, dan air memiliki konstanta dielektrik yang besar, sehingga pelapis berbahan dasar air terutama distabilkan oleh tolakan elektrostatik ketika lapisan ganda listrik tumpang tindih.

Selain itu, dalam sistem pelapisan berbahan dasar air, seringkali terdapat polimer dan surfaktan non-ionik, yang teradsorpsi pada permukaan pengisi pigmen, membentuk penghalang sterik dan menstabilkan dispersi. Oleh karena itu, cat dan emulsi berbahan dasar air mencapai hasil yang stabil melalui aksi gabungan tolakan elektrostatis dan hambatan sterik. Kerugiannya adalah ketahanan elektrolit yang buruk, terutama untuk elektrolit yang harganya mahal.

1.1 Bahan pembasah

Bahan pembasah untuk pelapis yang mengandung air dibagi menjadi anionik dan nonionik.

Kombinasi bahan pembasah dan bahan pendispersi dapat mencapai hasil yang ideal. Jumlah bahan pembasah umumnya beberapa per seribu. Efek negatifnya adalah berbusa dan mengurangi ketahanan air pada lapisan film.

Salah satu tren perkembangan bahan pembasah adalah penggantian bahan pembasah polioksietilen alkil (benzena) fenol eter (APEO atau APE) secara bertahap, karena menyebabkan penurunan hormon pria pada tikus dan mengganggu endokrin. Polioksietilen alkil (benzena) fenol eter banyak digunakan sebagai pengemulsi selama polimerisasi emulsi.

Surfaktan kembar juga merupakan perkembangan baru. Ini adalah dua molekul amfifilik yang dihubungkan oleh spacer. Ciri yang paling menonjol dari surfaktan sel kembar adalah bahwa konsentrasi misel kritis (CMC) lebih rendah dibandingkan dengan surfaktan “sel tunggal”, diikuti dengan efisiensi yang tinggi. Seperti TEGO Twin 4000, ini adalah surfaktan siloksan sel kembar, dan memiliki sifat busa dan penghilang busa yang tidak stabil.

1.2 Dispersan

Dispersan untuk cat lateks dibagi menjadi empat kategori: dispersan fosfat, dispersan homopolimer asam poli, dispersan kopolimer asam poli dan dispersan lainnya.

Dispersan fosfat yang paling banyak digunakan adalah polifosfat, seperti natrium heksametafosfat, natrium polifosfat (Calgon N, produk BK Giulini Chemical Company di Jerman), kalium tripolifosfat (KTPP) dan tetrapotassium pirofosfat (TKPP).

Mekanisme kerjanya adalah menstabilkan tolakan elektrostatik melalui ikatan hidrogen dan adsorpsi kimia. Keuntungannya adalah dosisnya rendah, sekitar 0,1%, dan memiliki efek dispersi yang baik pada pigmen dan bahan pengisi anorganik. Namun ada juga kekurangannya: seiring dengan kenaikan nilai pH dan suhu, polifosfat mudah terhidrolisis, menyebabkan stabilitas penyimpanan jangka panjang menjadi buruk; Pelarutan yang tidak sempurna dalam medium akan mempengaruhi kilap cat lateks yang mengkilap.

1 Dispersan fosfat

Dispersan ester fosfat menstabilkan dispersi pigmen, termasuk pigmen reaktif seperti seng oksida. Dalam formulasi cat kilap, ini meningkatkan kilap dan kebersihan. Berbeda dengan bahan aditif pembasah dan pendispersi lainnya, penambahan dispersan ester fosfat tidak mempengaruhi viskositas KU dan ICI lapisan.

Dispersan homopolimer asam poli, seperti Tamol 1254 dan Tamol 850, Tamol 850 adalah homopolimer asam metakrilat.

Dispersan kopolimer asam poli, seperti Orotan 731A, yang merupakan kopolimer diisobutilena dan asam maleat. Ciri-ciri kedua jenis dispersan ini adalah menghasilkan adsorpsi atau penahan yang kuat pada permukaan pigmen dan bahan pengisi, memiliki rantai molekul yang lebih panjang untuk membentuk hambatan sterik, dan memiliki kelarutan dalam air pada ujung rantai, dan ada pula yang dilengkapi dengan tolakan elektrostatik untuk mencapai hasil yang stabil. Agar pendispersi memiliki kemampuan dispersi yang baik, berat molekul harus dikontrol dengan ketat. Jika berat molekul terlalu kecil, hambatan sterik tidak akan mencukupi; jika berat molekul terlalu besar, akan terjadi flokulasi. Untuk pendispersi poliakrilat, efek dispersi terbaik dapat dicapai jika derajat polimerisasinya 12-18.

Jenis dispersan lainnya, seperti AMP-95, memiliki nama kimia 2-amino-2-metil-1-propanol. Gugus amino teradsorpsi pada permukaan partikel anorganik, dan gugus hidroksil meluas ke air, yang berperan sebagai penstabil melalui hambatan sterik. Karena ukurannya yang kecil, hambatan steriknya terbatas. AMP-95 pada dasarnya adalah pengatur pH.

Dalam beberapa tahun terakhir, penelitian tentang dispersan telah mengatasi masalah flokulasi yang disebabkan oleh berat molekul tinggi, dan perkembangan berat molekul tinggi adalah salah satu trennya. Misalnya, dispersan berbobot molekul tinggi EFKA-4580 yang dihasilkan melalui polimerisasi emulsi dikembangkan secara khusus untuk pelapis industri berbahan dasar air, cocok untuk dispersi pigmen organik dan anorganik, dan memiliki ketahanan air yang baik.

Gugus amino mempunyai afinitas yang baik terhadap banyak pigmen melalui ikatan asam-basa atau hidrogen. Dispersan kopolimer blok dengan asam aminoakrilat sebagai gugus penahan telah diperhatikan.

2 Dispersan dengan dimetilaminoetil metakrilat sebagai gugus penahan

Aditif pembasah dan pendispersi Tego Dispers 655 digunakan pada cat otomotif yang mengandung air tidak hanya untuk mengarahkan pigmen tetapi juga untuk mencegah bubuk aluminium bereaksi dengan air.

Karena masalah lingkungan, bahan pembasah dan pendispersi yang dapat terbiodegradasi telah dikembangkan, seperti bahan pembasah dan pendispersi sel kembar seri EnviroGem AE, yang merupakan bahan pembasah dan pendispersi dengan busa rendah.

pencegah busa

Ada banyak jenis pencegah busa cat berbahan dasar air tradisional, yang umumnya dibagi menjadi tiga kategori: pencegah busa minyak mineral, pencegah busa polisiloksan, dan pencegah busa lainnya.

Penghilang busa minyak mineral biasanya digunakan, terutama pada cat lateks datar dan semi-gloss.

Pencegah busa polisiloksan memiliki tegangan permukaan yang rendah, kemampuan penghilang busa dan antibusa yang kuat, dan tidak mempengaruhi kilap, tetapi bila digunakan secara tidak tepat, akan menyebabkan cacat seperti penyusutan lapisan film dan kemampuan pelapisan ulang yang buruk.

Penghilang busa cat berbahan dasar air tradisional tidak sesuai dengan fase air untuk mencapai tujuan penghilang busa, sehingga mudah menyebabkan cacat permukaan pada film pelapis.

Dalam beberapa tahun terakhir, penghilang busa tingkat molekuler telah dikembangkan.

Agen antibusa ini merupakan polimer yang dibentuk dengan cara mencangkokkan langsung zat aktif antibusa pada zat pembawa. Rantai molekul polimer memiliki gugus hidroksil pembasah, zat aktif penghilang busa didistribusikan ke seluruh molekul, zat aktif tidak mudah beragregasi, dan kompatibilitas dengan sistem pelapisan baik. Pencegah busa tingkat molekuler tersebut mencakup minyak mineral — seri FoamStar A10, yang mengandung silikon — seri FoamStar A30, dan polimer non-silikon, non-minyak — seri FoamStar MF.

Pencegah busa skala molekuler ini menggunakan polimer bintang supergraft sebagai surfaktan yang tidak kompatibel dan telah mencapai hasil yang baik dalam aplikasi pelapisan yang ditularkan melalui air. Pencegah busa tingkat molekuler Air Products yang dilaporkan oleh Stout dkk. adalah bahan pengontrol busa dan penghilang busa berbahan dasar asetilen glikol dengan kedua sifat pembasahan, seperti Surfynol MD 20 dan Surfynol DF 37.

Selain itu, untuk memenuhi kebutuhan produksi pelapis zero-VOC, tersedia pula pencegah busa bebas VOC seperti Agitan 315, Agitan E 255, dll.

pengental

Pengental ada banyak macamnya, yang saat ini umum digunakan adalah pengental selulosa eter dan turunannya, pengental alkali-swellable asosiatif (HASE) dan pengental poliuretan (HEUR).

3.1. Selulosa eter dan turunannya

Hidroksietil selulosa (HEC)pertama kali diproduksi secara industri oleh Union Carbide Company pada tahun 1932, dan memiliki sejarah lebih dari 70 tahun.

Saat ini, pengental selulosa eter dan turunannya terutama meliputi hidroksietil selulosa (HEC), metil hidroksietil selulosa (MHEC), etil hidroksietil selulosa (EHEC), metil hidroksipropil Basa selulosa (MHPC), metil selulosa (MC) dan gom xanthan, dll., ini adalah pengental non-ionik, dan juga termasuk pengental fase air yang tidak terkait. Diantaranya, HEC adalah yang paling umum digunakan pada cat lateks.

3.2 Pengental yang dapat mengembang secara alkali

Pengental yang dapat mengembang secara alkali dibagi menjadi dua kategori: pengental yang dapat mengembang dengan alkali non-asosiatif (ASE) dan pengental yang dapat mengembang dengan alkali yang bersifat asosiatif (HASE), yang merupakan pengental anionik. ASE yang tidak terkait adalah emulsi pembengkakan alkali poliakrilat.

3.3. Pengental poliuretan dan pengental non-poliuretan yang dimodifikasi secara hidrofobik

Pengental poliuretan, disebut sebagai HEUR, adalah polimer larut dalam air poliuretan teretoksilasi yang dimodifikasi gugus hidrofobik, yang termasuk dalam pengental asosiatif non-ionik.

HEUR terdiri dari tiga bagian: gugus hidrofobik, rantai hidrofilik, dan gugus poliuretan.

Gugus hidrofobik memainkan peran asosiasi dan merupakan faktor penentu pengentalan, biasanya oleil, oktadesil, dodesilfenil, nonilfenol, dll.

Namun, derajat substitusi gugus hidrofobik di kedua ujung beberapa HEUR yang tersedia secara komersial lebih rendah dari 0,9, dan yang terbaik hanya 1,7. Kondisi reaksi harus dikontrol secara ketat untuk mendapatkan pengental poliuretan dengan distribusi berat molekul yang sempit dan kinerja yang stabil. Kebanyakan HEUR disintesis melalui polimerisasi bertahap, sehingga HEUR yang tersedia secara komersial umumnya merupakan campuran dengan berat molekul besar.

Selain pengental poliuretan asosiatif linier yang dijelaskan di atas, ada juga pengental poliuretan asosiatif seperti sisir. Yang disebut pengental poliuretan asosiasi sisir berarti terdapat gugus hidrofobik liontin di tengah setiap molekul pengental. Pengental seperti SCT-200 dan SCT-275 dll.

Ketika penambahan gugus hidrofobik dalam jumlah normal, hanya terdapat 2 gugus hidrofobik yang tertutup ujung, sehingga pengental amino termodifikasi secara hidrofobik yang disintesis tidak jauh berbeda dengan HEUR, seperti Optiflo H 500, lihat Gambar 3.

Jika lebih banyak gugus hidrofobik yang ditambahkan, misalnya hingga 8%, kondisi reaksi dapat disesuaikan untuk menghasilkan pengental amino dengan beberapa gugus hidrofobik yang diblokir. Tentu saja ini juga merupakan pengental sisir.

Pengental amino termodifikasi hidrofobik ini dapat mencegah penurunan viskositas cat akibat penambahan surfaktan dan pelarut glikol dalam jumlah besar saat ditambahkan pencocokan warna. Alasannya adalah gugus hidrofobik yang kuat dapat mencegah desorpsi, dan beberapa gugus hidrofobik memiliki hubungan yang kuat.