Năm “tác nhân” của sơn gốc nước!

bản tóm tắt

1. Chất làm ướt và phân tán

2. Chất khử bọt

3. Chất làm đặc

4. Phụ gia tạo màng

5. Các chất phụ gia khác

Chất làm ướt và phân tán

Lớp phủ gốc nước sử dụng nước làm dung môi hoặc môi trường phân tán, nước có hằng số điện môi lớn nên lớp phủ gốc nước chủ yếu được ổn định nhờ lực đẩy tĩnh điện khi lớp điện kép chồng lên nhau.

Ngoài ra, trong hệ thống phủ gốc nước thường có các polyme và chất hoạt động bề mặt không ion, được hấp phụ trên bề mặt của chất độn sắc tố, tạo thành lực cản không gian và ổn định sự phân tán. Vì vậy, sơn và nhũ tương gốc nước đạt được kết quả ổn định nhờ tác động chung của lực đẩy tĩnh điện và lực cản không gian. Nhược điểm của nó là khả năng kháng điện kém, đặc biệt đối với các chất điện phân giá cao.

1.1 Chất làm ướt

Chất làm ướt cho lớp phủ gốc nước được chia thành anion và không ion.

Sự kết hợp giữa chất làm ướt và chất phân tán có thể đạt được kết quả lý tưởng. Lượng chất làm ướt thường là vài phần nghìn. Tác động tiêu cực của nó là tạo bọt và làm giảm khả năng chống nước của màng phủ.

Một trong những xu hướng phát triển của chất làm ướt là thay thế dần chất làm ướt polyoxyethylene alkyl (benzen) phenol ether (APEO hoặc APE), vì nó dẫn đến giảm nội tiết tố nam ở chuột và cản trở nội tiết. Ete phenol polyoxyethylene alkyl (benzen) được sử dụng rộng rãi làm chất nhũ hóa trong quá trình trùng hợp nhũ tương.

Chất hoạt động bề mặt kép cũng là sự phát triển mới. Nó là hai phân tử lưỡng tính được liên kết bởi một miếng đệm. Đặc điểm đáng chú ý nhất của chất hoạt động bề mặt tế bào đôi là nồng độ mixen tới hạn (CMC) thấp hơn nhiều so với chất hoạt động bề mặt “đơn bào” của chúng, tiếp theo là hiệu quả cao. Chẳng hạn như TEGO Twin 4000, nó là chất hoạt động bề mặt siloxane tế bào kép và có đặc tính tạo bọt và khử bọt không ổn định.

1.2 Chất phân tán

Chất phân tán cho sơn latex được chia thành bốn loại: chất phân tán phốt phát, chất phân tán homopolyme polyaxit, chất phân tán copolyme polyaxit và các chất phân tán khác.

Các chất phân tán phốt phát được sử dụng rộng rãi nhất là polyphosphate, chẳng hạn như natri hexametaphosphate, natri polyphosphate (Calgon N, sản phẩm của Công ty hóa chất BK Giulini ở Đức), kali tripolyphosphate (KTPP) và tetrapotassium pyrophosphate (TKPP).

Cơ chế hoạt động của nó là ổn định lực đẩy tĩnh điện thông qua liên kết hydro và hấp phụ hóa học. Ưu điểm của nó là liều lượng thấp, khoảng 0,1% và có tác dụng phân tán tốt trên các chất màu và chất độn vô cơ. Nhưng cũng có những bất cập: một là, cùng với việc tăng độ pH và nhiệt độ, polyphosphate dễ bị thủy phân, gây mất ổn định bảo quản lâu dài; Hòa tan không hoàn toàn trong môi trường sẽ ảnh hưởng đến độ bóng của sơn latex.

1 chất phân tán phốt phát

Chất phân tán este photphat ổn định sự phân tán sắc tố, bao gồm các sắc tố phản ứng như oxit kẽm. Trong công thức sơn bóng, nó cải thiện độ bóng và khả năng làm sạch. Không giống như các chất phụ gia làm ướt và phân tán khác, việc bổ sung chất phân tán este photphat không ảnh hưởng đến độ nhớt KU và ICI của lớp phủ.

Chất phân tán homopolyme polyaxit, như Tamol 1254 và Tamol 850, Tamol 850 là chất đồng nhất của axit metacrylic.

Chất phân tán copolyme polyaxit, chẳng hạn như Orotan 731A, là chất đồng trùng hợp của diisobutylene và axit maleic. Đặc điểm của hai loại chất phân tán này là chúng tạo ra sự hấp phụ hoặc neo mạnh trên bề mặt chất màu và chất độn, có chuỗi phân tử dài hơn để tạo thành lực cản không gian và có khả năng hòa tan trong nước ở đầu chuỗi và một số được bổ sung lực đẩy tĩnh điện để đạt được kết quả ổn định. Để làm cho chất phân tán có khả năng phân tán tốt thì trọng lượng phân tử phải được kiểm soát chặt chẽ. Nếu trọng lượng phân tử quá nhỏ thì sẽ không có đủ lực cản về mặt không gian; nếu trọng lượng phân tử quá lớn sẽ xảy ra hiện tượng keo tụ. Đối với chất phân tán polyacrylate, hiệu quả phân tán tốt nhất có thể đạt được nếu mức độ trùng hợp là 12-18.

Các loại chất phân tán khác, chẳng hạn như AMP-95, có tên hóa học là 2-amino-2-methyl-1-propanol. Nhóm amino được hấp phụ trên bề mặt của các hạt vô cơ và nhóm hydroxyl kéo dài đến nước, đóng vai trò ổn định thông qua cản trở không gian. Do kích thước nhỏ nên cản trở không gian bị hạn chế. AMP-95 chủ yếu là chất điều chỉnh độ pH.

Trong những năm gần đây, nghiên cứu về chất phân tán đã khắc phục được vấn đề keo tụ do trọng lượng phân tử cao và sự phát triển của chất phân tán cao là một trong những xu hướng. Ví dụ, chất phân tán trọng lượng phân tử cao EFKA-4580 được sản xuất bằng phương pháp trùng hợp nhũ tương được phát triển đặc biệt cho lớp phủ công nghiệp gốc nước, thích hợp cho việc phân tán sắc tố hữu cơ và vô cơ và có khả năng chống nước tốt.

Các nhóm amin có ái lực tốt với nhiều sắc tố thông qua liên kết axit-bazơ hoặc hydro. Chất phân tán copolyme khối với axit aminoacrylic làm nhóm neo đã được chú ý.

2 Chất phân tán với dimethylaminoethyl methacrylate làm nhóm neo

Phụ gia làm ướt và phân tán Tego Dispers 655 được sử dụng trong sơn ô tô gốc nước không chỉ để định hướng các sắc tố mà còn để ngăn bột nhôm phản ứng với nước.

Do những lo ngại về môi trường, các chất làm ướt và phân tán có khả năng phân hủy sinh học đã được phát triển, chẳng hạn như chất làm ướt và phân tán tế bào đôi dòng EnviroGem AE, là chất làm ướt và phân tán ít tạo bọt.

chất khử bọt

Có nhiều loại chất khử bọt sơn gốc nước truyền thống, thường được chia thành ba loại: chất khử bọt dầu khoáng, chất khử bọt polysiloxane và các chất khử bọt khác.

Chất khử bọt dầu khoáng được sử dụng phổ biến, chủ yếu trong sơn latex phẳng và bán bóng.

Chất khử bọt Polysiloxane có sức căng bề mặt thấp, khả năng khử bọt và chống tạo bọt mạnh, không ảnh hưởng đến độ bóng, nhưng khi sử dụng không đúng cách sẽ gây ra các khuyết tật như co rút màng phủ và khả năng thu hồi kém.

Các chất khử bọt sơn gốc nước truyền thống không tương thích với pha nước để đạt được mục đích khử bọt nên dễ tạo ra các khuyết tật bề mặt của màng phủ.

Trong những năm gần đây, chất khử bọt ở cấp độ phân tử đã được phát triển.

Chất chống tạo bọt này là một loại polymer được hình thành bằng cách ghép trực tiếp các hoạt chất chống tạo bọt lên chất mang. Chuỗi phân tử của polymer có nhóm hydroxyl làm ướt, hoạt chất khử bọt được phân bố xung quanh phân tử, hoạt chất không dễ tổng hợp và khả năng tương thích với hệ thống phủ tốt. Các chất khử bọt ở cấp độ phân tử như vậy bao gồm dầu khoáng - dòng FoamStar A10, dòng có chứa silicon - dòng FoamStar A30 và polyme không chứa silicon, không dầu - dòng FoamStar MF.

Chất khử bọt ở quy mô phân tử này sử dụng polyme hình sao siêu ghép làm chất hoạt động bề mặt không tương thích và đã đạt được kết quả tốt trong các ứng dụng phủ trong nước. Chất khử bọt cấp phân tử của Air Products được báo cáo bởi Stout et al. là chất kiểm soát bọt và chất khử bọt dựa trên acetylene glycol với cả hai đặc tính làm ướt, chẳng hạn như Surfynol MD 20 và Surfynol DF 37.

Ngoài ra, để đáp ứng nhu cầu sản xuất lớp phủ không VOC, còn có các chất khử bọt không chứa VOC như Agitan 315, Agitan E 255, v.v.

chất làm đặc

Có nhiều loại chất làm đặc, hiện nay được sử dụng phổ biến là ete cellulose và các chất làm đặc dẫn xuất của nó, chất làm đặc có thể trương nở bằng kiềm kết hợp (HASE) và chất làm đặc polyurethane (HEUR).

3.1. Cellulose ether và các dẫn xuất của nó

Hydroxyetyl ​​xenlulo (HEC)được sản xuất công nghiệp lần đầu tiên bởi Union Carbide Company vào năm 1932 và có lịch sử hơn 70 năm.

Hiện nay, các chất làm đặc của ete cellulose và các dẫn xuất của nó chủ yếu bao gồm hydroxyethyl cellulose (HEC), methyl hydroxyethyl cellulose (MHEC), ethyl hydroxyethyl cellulose (EHEC), methyl hydroxypropyl Base cellulose (MHPC), methyl cellulose (MC) và xanthan gum, v.v., đây là những chất làm đặc không ion và cũng thuộc loại chất làm đặc pha nước không liên kết. Trong số đó, HEC được sử dụng phổ biến nhất trong sơn latex.

3.2 Chất làm đặc có thể trương nở bằng kiềm

Chất làm đặc có thể trương nở bằng kiềm được chia thành hai loại: chất làm đặc có thể trương nở bằng kiềm không liên kết (ASE) và chất làm đặc có thể trương nở bằng kiềm liên kết (HASE), là chất làm đặc anion. ASE không liên kết là nhũ tương trương nở kiềm polyacrylate.

3.3. Chất làm đặc polyurethane và chất làm đặc không phải polyurethane biến tính kỵ nước

Chất làm đặc polyurethane, được gọi là HEUR, là một loại polymer hòa tan trong nước ethoxylated polyurethane biến đổi nhóm kỵ nước, thuộc về chất làm đặc liên kết không ion.

HEUR bao gồm ba phần: nhóm kỵ nước, chuỗi ưa nước và nhóm polyurethane.

Nhóm kỵ nước đóng vai trò liên kết và là yếu tố quyết định sự tạo độ đặc, thường là oleyl, octadecyl, dodecylphenyl, nonylphenol, v.v..

Tuy nhiên, mức độ thay thế của các nhóm kỵ nước ở cả hai đầu của một số HEUR bán trên thị trường thấp hơn 0,9 và tốt nhất chỉ là 1,7. Các điều kiện phản ứng phải được kiểm soát chặt chẽ để thu được chất làm đặc polyurethane có phân bố trọng lượng phân tử hẹp và hiệu suất ổn định. Hầu hết các HEUR được tổng hợp bằng quá trình trùng hợp từng bước, do đó các HEUR có bán trên thị trường thường là hỗn hợp có trọng lượng phân tử rộng.

Ngoài các chất làm đặc polyurethane liên kết tuyến tính được mô tả ở trên, còn có các chất làm đặc polyurethane liên kết giống như chiếc lược. Cái gọi là chất làm đặc polyurethane liên kết dạng lược có nghĩa là có một nhóm kỵ nước treo ở giữa mỗi phân tử chất làm đặc. Các chất làm đặc như SCT-200 và SCT-275, v.v.

Khi thêm một lượng nhóm kỵ nước thông thường chỉ có 2 nhóm kỵ nước có đầu cuối nên chất làm đặc amino biến tính kỵ nước được tổng hợp không khác biệt nhiều so với HEUR, chẳng hạn như Optiflo H 500, xem Hình 3.

Nếu thêm nhiều nhóm kỵ nước hơn, chẳng hạn như lên tới 8%, điều kiện phản ứng có thể được điều chỉnh để tạo ra chất làm đặc amino với nhiều nhóm kỵ nước bị chặn. Tất nhiên, đây cũng là chất làm đặc của lược.

Chất làm đặc amino biến đổi kỵ nước này có thể ngăn độ nhớt của sơn giảm do bổ sung một lượng lớn chất hoạt động bề mặt và dung môi glycol khi thêm màu sắc. Lý do là vì các nhóm kỵ nước mạnh có thể ngăn cản quá trình giải hấp và nhiều nhóm kỵ nước có mối liên kết chặt chẽ.