“สารเคลือบ” ห้าประการของสารเคลือบสูตรน้ำ!

สรุป

1. สารทำให้เปียกและกระจายตัว

2. เครื่องลดฟอง

3. สารเพิ่มความหนา

4. สารเติมแต่งที่สร้างฟิล์ม

5. สารเติมแต่งอื่นๆ

สารทำให้เปียกและกระจายตัว

สารเคลือบสูตรน้ำใช้น้ำเป็นตัวทำละลายหรือตัวกลางในการกระจายตัว และน้ำมีค่าคงที่ไดอิเล็กตริกสูง ดังนั้นสารเคลือบสูตรน้ำจึงได้รับความเสถียรเป็นหลักโดยแรงผลักไฟฟ้าสถิตเมื่อชั้นไฟฟ้าสองชั้นทับซ้อนกัน

นอกจากนี้ ในระบบการเคลือบที่ใช้น้ำ มักจะมีโพลีเมอร์และสารลดแรงตึงผิวที่ไม่มีไอออนิก ซึ่งถูกดูดซับบนพื้นผิวของสารตัวเติมเม็ดสี ก่อให้เกิดสิ่งกีดขวางแบบ steric และทำให้การกระจายตัวมีความเสถียร ดังนั้นสีน้ำและอิมัลชันสูตรน้ำจึงได้ผลลัพธ์ที่มั่นคงผ่านการกระทำร่วมของการขับไล่ไฟฟ้าสถิตและการขัดขวางแบบสเตอริก ข้อเสียคือความต้านทานอิเล็กโทรไลต์ต่ำ โดยเฉพาะอิเล็กโทรไลต์ราคาสูง

1.1 สารทำให้เปียก

สารทำให้เปียกสำหรับการเคลือบด้วยน้ำแบ่งออกเป็นประจุลบและไม่ใช่ไอออนิก

การผสมผสานระหว่างสารทำให้เปียกและสารกระจายตัวสามารถให้ผลลัพธ์ที่ดีเยี่ยม โดยทั่วไปปริมาณสารทำให้เปียกโดยทั่วไปจะอยู่ที่ไม่กี่ต่อพัน ผลเสียคือเกิดฟองและลดความต้านทานน้ำของฟิล์มเคลือบ

แนวโน้มการพัฒนาอย่างหนึ่งของสารทำให้เปียกคือการค่อยๆ แทนที่สารทำให้เปียกโพลีออกซีเอทิลีนอัลคิล (เบนซีน) ฟีนอลอีเทอร์ (APEO หรือ APE) เนื่องจากจะทำให้ฮอร์โมนเพศชายลดลงในหนูและรบกวนระบบต่อมไร้ท่อ พอลิออกซีเอทิลีนอัลคิล (เบนซีน) ฟีนอลอีเทอร์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นอิมัลซิไฟเออร์ระหว่างการเกิดพอลิเมอไรเซชันของอิมัลชัน

สารลดแรงตึงผิวแฝดยังเป็นการพัฒนาใหม่อีกด้วย มันเป็นโมเลกุลแอมฟิฟิลิกสองตัวที่เชื่อมโยงกันด้วยตัวเว้นวรรค คุณลักษณะที่โดดเด่นที่สุดของสารลดแรงตึงผิวแบบเซลล์คู่คือความเข้มข้นของไมเซลล์วิกฤต (CMC) มีมากกว่าลำดับความสำคัญที่ต่ำกว่าของสารลดแรงตึงผิวแบบ "เซลล์เดียว" ตามมาด้วยประสิทธิภาพสูง เช่น TEGO Twin 4000 เป็นสารลดแรงตึงผิวไซลอกเซนเซลล์คู่ และมีโฟมที่ไม่เสถียรและมีคุณสมบัติในการสลายฟอง

1.2 สารช่วยกระจายตัว

สารช่วยกระจายตัวสำหรับสีน้ำยางแบ่งออกเป็นสี่ประเภท: สารช่วยกระจายตัวฟอสเฟต, สารช่วยกระจายตัวโพลีเอซิดโฮโมโพลีเมอร์, สารช่วยกระจายตัวโพลีเอซิดโคโพลีเมอร์ และสารช่วยกระจายตัวอื่น ๆ

สารช่วยกระจายตัวฟอสเฟตที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดคือโพลีฟอสเฟต เช่น โซเดียมเฮกซาเมตาฟอสเฟต, โซเดียมโพลีฟอสเฟต (Calgon N, ผลิตภัณฑ์ของบริษัท BK Giulini Chemical Company ในเยอรมนี), โพแทสเซียมไตรโพลีฟอสเฟต (KTPP) และเตตระโพแทสเซียมไพโรฟอสเฟต (TKPP)

กลไกการออกฤทธิ์คือการรักษาเสถียรภาพของแรงผลักไฟฟ้าสถิตผ่านพันธะไฮโดรเจนและการดูดซับสารเคมี ข้อได้เปรียบของมันคือปริมาณการใช้ต่ำประมาณ 0.1% และมีผลการกระจายตัวที่ดีต่อเม็ดสีอนินทรีย์และสารตัวเติม แต่ก็มีข้อบกพร่องอยู่เช่นกัน ประการหนึ่งเมื่อค่า pH และอุณหภูมิเพิ่มขึ้น โพลีฟอสเฟตจะถูกไฮโดรไลซ์ได้ง่าย ส่งผลให้ความเสถียรในการเก็บรักษาในระยะยาวไม่ดี การละลายที่ไม่สมบูรณ์ในตัวกลางจะส่งผลต่อความเงาของสีน้ำยางมัน

1 สารช่วยกระจายฟอสเฟต

สารช่วยกระจายตัวฟอสเฟตเอสเทอร์ทำให้การกระจายตัวของเม็ดสีคงตัว รวมถึงเม็ดสีที่เกิดปฏิกิริยา เช่น ซิงค์ออกไซด์ ในสูตรสีเคลือบเงา ช่วยเพิ่มความเงางามและทำความสะอาดได้ ต่างจากสารเติมแต่งที่ทำให้เปียกและกระจายตัวอื่นๆ การเติมสารช่วยกระจายตัวเอสเทอร์ฟอสเฟตไม่ส่งผลต่อความหนืดของ KU และ ICI ของสารเคลือบ

สารช่วยกระจายตัวโฮโมโพลีเมอร์โพลีกรด เช่น Tamol 1254 และ Tamol 850, Tamol 850 เป็นโฮโมโพลีเมอร์ของกรดเมทาไครลิก

สารช่วยกระจายตัวโคโพลีเมอร์โพลีอะซิด เช่น Orotan 731A ซึ่งเป็นโคโพลีเมอร์ของไดไอโซบิวทิลีนและกรดมาเลอิก คุณลักษณะของสารช่วยกระจายตัวทั้งสองประเภทนี้คือพวกมันผลิตการดูดซับที่แข็งแกร่งหรือการยึดเกาะบนพื้นผิวของเม็ดสีและสารตัวเติม มีสายโซ่โมเลกุลที่ยาวกว่าเพื่อสร้างสิ่งกีดขวางแบบสเตอริก และมีความสามารถในการละลายน้ำที่ปลายสายโซ่ และบางส่วนถูกเสริมด้วยการขับไล่ไฟฟ้าสถิต บรรลุผลลัพธ์ที่มั่นคง เพื่อให้สารช่วยกระจายตัวมีการกระจายตัวที่ดี จะต้องควบคุมน้ำหนักโมเลกุลอย่างเข้มงวด ถ้าน้ำหนักโมเลกุลน้อยเกินไป จะมีสิ่งกีดขวาง steric ไม่เพียงพอ ถ้าน้ำหนักโมเลกุลใหญ่เกินไปก็จะเกิดการตกตะกอน สำหรับสารช่วยกระจายตัวโพลีอะคริเลต ผลการกระจายตัวที่ดีที่สุดสามารถทำได้หากระดับของการเกิดพอลิเมอไรเซชันอยู่ที่ 12-18

สารช่วยกระจายตัวประเภทอื่นๆ เช่น AMP-95 มีชื่อทางเคมีเป็น 2-อะมิโน-2-เมทิล-1-โพรพานอล หมู่อะมิโนถูกดูดซับบนพื้นผิวของอนุภาคอนินทรีย์ และหมู่ไฮดรอกซิลขยายออกไปในน้ำ ซึ่งมีบทบาทในการรักษาเสถียรภาพผ่านการขัดขวางแบบสเตอริก เนื่องจากมีขนาดเล็ก อุปสรรคในการฆ่าเชื้อจึงมีจำกัด AMP-95 ส่วนใหญ่เป็นตัวควบคุม pH

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การวิจัยเกี่ยวกับสารช่วยกระจายตัวได้เอาชนะปัญหาการตกตะกอนที่เกิดจากน้ำหนักโมเลกุลสูงและการพัฒนาของน้ำหนักโมเลกุลสูงก็เป็นหนึ่งในแนวโน้ม ตัวอย่างเช่น สารช่วยกระจายตัวที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูง EFKA-4580 ที่ผลิตโดยอิมัลชันพอลิเมอไรเซชันได้รับการพัฒนาเป็นพิเศษสำหรับการเคลือบอุตสาหกรรมที่ใช้น้ำ เหมาะสำหรับการกระจายตัวของเม็ดสีอินทรีย์และอนินทรีย์ และมีความทนทานต่อน้ำได้ดี

หมู่อะมิโนมีความสัมพันธ์ที่ดีกับเม็ดสีหลายชนิดผ่านพันธะกรด-เบสหรือไฮโดรเจน สารช่วยกระจายตัวแบบบล็อกโคโพลีเมอร์ที่มีกรดอะมิโนอะคริลิกเป็นหมู่พุกได้รับความสนใจ

2 สารช่วยกระจายตัวที่มีไดเมทิลอะมิโนเอทิลเมทาคริเลตเป็นกลุ่มยึด

Tego Dispers 655 สารเติมแต่งที่ทำให้เปียกและกระจายตัวใช้ในสีน้ำยานยนต์ ไม่เพียงแต่เพื่อปรับทิศทางของเม็ดสีเท่านั้น แต่ยังเพื่อป้องกันไม่ให้ผงอลูมิเนียมทำปฏิกิริยากับน้ำอีกด้วย

เนื่องจากความกังวลด้านสิ่งแวดล้อม สารเปียกและการกระจายตัวที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพจึงได้รับการพัฒนา เช่น สารเปียกและการกระจายตัวของเซลล์คู่ EnviroGem AE ซีรีส์ ซึ่งเป็นสารทำให้เปียกและการกระจายตัวที่มีฟองต่ำ

เครื่องลดฟอง

มีสารลดฟองสำหรับสีน้ำแบบดั้งเดิมหลายประเภท ซึ่งโดยทั่วไปแบ่งออกเป็น 3 ประเภท ได้แก่ สารลดฟองจากน้ำมันแร่ สารลดฟองโพลีไซลอกเซน และสารลดฟองอื่นๆ

สารลดฟองของน้ำมันแร่มักใช้ในสีน้ำลาเท็กซ์แบบเรียบและกึ่งเงาเป็นหลัก

สารลดฟองโพลีไซลอกเซนมีแรงตึงผิวต่ำ มีความสามารถในการละลายฟองและป้องกันการเกิดฟองสูง และไม่ส่งผลกระทบต่อความมันเงา แต่เมื่อใช้อย่างไม่เหมาะสม จะทำให้เกิดข้อบกพร่อง เช่น การหดตัวของฟิล์มเคลือบและความสามารถในการเคลือบซ้ำได้ไม่ดี

สารลดฟองสำหรับสีน้ำแบบดั้งเดิมเข้ากันไม่ได้กับเฟสของน้ำเพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ในการไล่ฟอง ดังนั้นจึงทำให้เกิดข้อบกพร่องที่พื้นผิวในฟิล์มเคลือบได้ง่าย

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีการพัฒนาสารลดฟองระดับโมเลกุล

สารป้องกันการเกิดฟองนี้เป็นโพลีเมอร์ที่เกิดขึ้นจากการต่อกิ่งสารออกฤทธิ์ต้านการเกิดฟองโดยตรงบนสารตัวพา สายโซ่โมเลกุลของพอลิเมอร์มีกลุ่มไฮดรอกซิลแบบเปียก สารออกฤทธิ์สลายฟองจะกระจายอยู่รอบโมเลกุล สารออกฤทธิ์ไม่สามารถรวมตัวได้ง่าย และเข้ากันได้กับระบบการเคลือบก็ดี สารลดฟองระดับโมเลกุลดังกล่าวประกอบด้วยน้ำมันแร่ — ซีรีส์ FoamStar A10, ที่ประกอบด้วยซิลิคอน — ซีรีส์ FoamStar A30 และโพลีเมอร์ที่ไม่ใช่ซิลิคอนและไม่ใช่น้ำมัน — ซีรีส์ FoamStar MF

เครื่องลดฟองระดับโมเลกุลนี้ใช้สตาร์โพลีเมอร์ซุปเปอร์กราฟต์เป็นสารลดแรงตึงผิวที่เข้ากันไม่ได้ และได้ผลลัพธ์ที่ดีในการเคลือบด้วยน้ำ สารลดฟองระดับโมเลกุลของ Air Products รายงานโดย Stout และคณะ เป็นสารควบคุมโฟมและสารลดฟองที่ใช้อะเซทิลีนไกลคอล ซึ่งมีคุณสมบัติในการทำให้เปียก เช่น Surfynol MD 20 และ Surfynol DF 37

นอกจากนี้ เพื่อตอบสนองความต้องการในการผลิตการเคลือบที่ไม่มี VOC จึงยังมีสารลดฟองที่ปราศจาก VOC เช่น Agitan 315, Agitan E 255 เป็นต้น

สารเพิ่มความข้น

สารเพิ่มความหนามีหลายประเภท ปัจจุบันที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ เซลลูโลสอีเทอร์และสารเพิ่มความหนาอนุพันธ์ของมัน สารเพิ่มความข้นแบบอัลคาไลที่บวมได้ (HASE) และสารเพิ่มความหนาโพลียูรีเทน (HEUR)

3.1. เซลลูโลสอีเทอร์และอนุพันธ์ของมัน

ไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลส (HEC)ผลิตครั้งแรกในอุตสาหกรรมโดย Union Carbide Company ในปี 1932 และมีประวัติยาวนานกว่า 70 ปี

ปัจจุบันสารเพิ่มความข้นของเซลลูโลสอีเทอร์และอนุพันธ์ของมันส่วนใหญ่ประกอบด้วยไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลส (HEC), เมทิลไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลส (MHEC), เอทิลไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลส (EHEC), เมทิลไฮดรอกซีโพรพิลเบสเซลลูโลส (MHPC), เมทิลเซลลูโลส (MC) และแซนแทนกัม ฯลฯ เหล่านี้เป็นสารเพิ่มความหนาที่ไม่ใช่ไอออนิกและยังเป็นของสารเพิ่มความหนาในช่วงน้ำที่ไม่เกี่ยวข้องอีกด้วย หนึ่งในนั้นคือ HEC ที่ใช้กันมากที่สุดในสีน้ำยาง

3.2 สารเพิ่มความข้นแบบอัลคาไล

สารเพิ่มความหนาที่บวมได้ของอัลคาไลแบ่งออกเป็นสองประเภท: สารเพิ่มความหนาที่บวมได้ของอัลคาไลแบบไม่เชื่อมโยง (ASE) และสารเพิ่มความหนาที่บวมได้ของด่างที่บวมได้ (HASE) ซึ่งเป็นสารเพิ่มความหนาที่มีประจุลบ ASE ที่ไม่เกี่ยวข้องคืออิมัลชันบวมด่างโพลีอะคริเลต

3.3. สารเพิ่มความหนาโพลียูรีเทนและสารเพิ่มความหนาที่ไม่ใช่โพลียูรีเทนที่ดัดแปลงโดยไม่ชอบน้ำ

สารเพิ่มความข้นโพลียูรีเทนหรือที่เรียกว่า HEUR เป็นโพลีเมอร์ที่ละลายน้ำได้ด้วยเอทอกซิเลตโพลียูรีเทนที่ดัดแปลงโดยกลุ่มที่ไม่ชอบน้ำ ซึ่งเป็นของสารทำให้ข้นชนิดไม่มีไอออนิกเชื่อมโยงกัน

HEUR ประกอบด้วยสามส่วน: กลุ่มที่ไม่ชอบน้ำ, โซ่ที่ชอบน้ำ และกลุ่มโพลียูรีเทน

กลุ่มที่ไม่ชอบน้ำมีบทบาทในการเชื่อมโยงและเป็นปัจจัยชี้ขาดสำหรับการทำให้หนาขึ้น ซึ่งมักจะเป็นโอเอิล ออคตาเดซิล โดเดซิลฟีนิล โนนิลฟีนอล เป็นต้น

อย่างไรก็ตาม ระดับของการทดแทนหมู่ที่ไม่ชอบน้ำที่ปลายทั้งสองของ HEUR ที่มีจำหน่ายในท้องตลาดบางชนิดนั้นต่ำกว่า 0.9 และค่าที่ดีที่สุดคือเพียง 1.7 เท่านั้น สภาวะของปฏิกิริยาควรได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวดเพื่อให้ได้สารเพิ่มความข้นโพลียูรีเทนที่มีการกระจายน้ำหนักโมเลกุลแคบและประสิทธิภาพที่มั่นคง HEUR ส่วนใหญ่ถูกสังเคราะห์โดยปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชันแบบขั้นตอน ดังนั้น HEUR ที่มีจำหน่ายในท้องตลาดโดยทั่วไปจึงเป็นของผสมที่มีน้ำหนักโมเลกุลกว้าง

นอกเหนือจากสารเพิ่มความหนาโพลียูรีเทนชนิดเชื่อมโยงเชิงเส้นที่อธิบายไว้ข้างต้น ยังมีสารเพิ่มความหนาโพลียูรีเทนชนิดเชื่อมโยงคล้ายหวีอีกด้วย สิ่งที่เรียกว่าสารทำให้ข้นโพลียูรีเทนแบบสมาคมหวีหมายความว่ามีกลุ่มที่ไม่ชอบน้ำแบบจี้อยู่ตรงกลางของโมเลกุลของสารทำให้ข้นแต่ละโมเลกุล สารเพิ่มความหนาเช่น SCT-200 และ SCT-275 เป็นต้น

เมื่อเติมกลุ่มที่ไม่ชอบน้ำในปริมาณปกติ จะมีกลุ่มที่ไม่ชอบน้ำแบบฝาท้ายเพียง 2 กลุ่มเท่านั้น ดังนั้นสารทำให้ข้นอะมิโนที่ดัดแปลงโดยไม่ชอบน้ำที่สังเคราะห์ขึ้นจึงไม่แตกต่างจาก HEUR มากนัก เช่น Optiflo H 500 ดูรูปที่ 3

หากเพิ่มกลุ่มที่ไม่ชอบน้ำมากขึ้น เช่น มากถึง 8% สภาวะของปฏิกิริยาสามารถปรับได้เพื่อสร้างสารเพิ่มความข้นของอะมิโนที่มีหมู่ที่ไม่ชอบน้ำที่ถูกบล็อกหลายกลุ่ม แน่นอนว่านี่เป็นสารเพิ่มความข้นของหวีด้วย

สารเพิ่มความหนาอะมิโนดัดแปลงที่ไม่ชอบน้ำนี้สามารถป้องกันไม่ให้ความหนืดของสีลดลงเนื่องจากการเติมสารลดแรงตึงผิวและตัวทำละลายไกลคอลจำนวนมากเมื่อเพิ่มการจับคู่สี เหตุผลก็คือกลุ่มที่ไม่ชอบน้ำอย่างรุนแรงสามารถป้องกันการดูดซับได้ และกลุ่มที่ไม่ชอบน้ำหลายกลุ่มก็มีความสัมพันธ์ที่แน่นแฟ้น