Secrets des additifs pour revêtements à base d'eau

Résumé:

1. Agent mouillant et dispersant

2. Antimousse

3. Épaississant

4. Additifs filmogènes

5. Agent anticorrosion, anti-moisissure et anti-algues

6. Autres additifs

1 Agent mouillant et dispersant :

Les revêtements à base d'eau utilisent l'eau comme solvant ou milieu de dispersion, et l'eau a une constante diélectrique élevée, de sorte que les revêtements à base d'eau sont principalement stabilisés par la répulsion électrostatique lorsque la double couche électrique se chevauche. De plus, dans le système de revêtement à base d'eau, il existe souvent des polymères et des tensioactifs non ioniques, qui sont adsorbés à la surface de la charge pigmentaire, formant un obstacle stérique et stabilisant la dispersion. Par conséquent, les peintures et émulsions à base d’eau obtiennent des résultats stables grâce à l’action conjointe de la répulsion électrostatique et de l’encombrement stérique. Son inconvénient est une mauvaise résistance des électrolytes, en particulier pour les électrolytes coûteux.

1.1 Agent mouillant

Les agents mouillants pour revêtements à base d’eau sont divisés en anioniques et non ioniques.

La combinaison d'un agent mouillant et d'un agent dispersant peut obtenir des résultats idéaux. La quantité d'agent mouillant est généralement de quelques pour mille. Son effet négatif est moussant et réduisant la résistance à l'eau du film de revêtement.

L’une des tendances de développement des agents mouillants est de remplacer progressivement les agents mouillants polyoxyéthylène alkyl (benzène) phénol éther (APEO ou APE), car cela entraîne une réduction des hormones mâles chez le rat et interfère avec le système endocrinien. Les éthers de polyoxyéthylène alkyle (benzène) phénol sont largement utilisés comme émulsifiants lors de la polymérisation en émulsion.

Les tensioactifs jumeaux constituent également de nouveaux développements. Il s'agit de deux molécules amphiphiles liées par un espaceur. La caractéristique la plus notable des tensioactifs à cellules jumelles est que la concentration micellaire critique (CMC) est inférieure d’un ordre de grandeur à celle de leurs tensioactifs « à cellule unique », suivie d’une efficacité élevée. Comme le TEGO Twin 4000, il s'agit d'un tensioactif siloxane à deux cellules et possède des propriétés moussantes et antimousses instables.

Air Products a développé les tensioactifs Gemini. Les tensioactifs traditionnels ont une queue hydrophobe et une tête hydrophile, mais ce nouveau tensioactif possède deux groupes hydrophiles et deux ou trois groupes hydrophobes, qui est un tensioactif multifonctionnel, connu sous le nom d'acétylène glycols, des produits tels que EnviroGem AD01.

1.2 Dispersant

Les dispersants pour peinture au latex sont divisés en quatre catégories : les dispersants phosphatés, les dispersants homopolymères polyacides, les dispersants copolymères polyacides et autres dispersants.

Les dispersants de phosphate les plus largement utilisés sont les polyphosphates, tels que l'hexamétaphosphate de sodium, le polyphosphate de sodium (Calgon N, produit de BK Giulini Chemical Company en Allemagne), le tripolyphosphate de potassium (KTPP) et le pyrophosphate de tétrapotassium (TKPP). Le mécanisme de son action consiste à stabiliser la répulsion électrostatique par liaison hydrogène et adsorption chimique. Son avantage est que le dosage est faible, environ 0,1 %, et qu'il a un bon effet de dispersion sur les pigments et charges inorganiques. Mais il y a aussi des inconvénients : le polyphosphate, en plus de l'augmentation du pH et de la température, s'hydrolyse facilement, ce qui entraîne une mauvaise stabilité au stockage à long terme ; Une dissolution incomplète dans le médium affectera le brillant de la peinture au latex brillante.

Les dispersants d'esters phosphatés sont des mélanges de monoesters, diesters, alcools résiduels et acide phosphorique.

Les dispersants d'ester phosphaté stabilisent les dispersions de pigments, y compris les pigments réactifs tels que l'oxyde de zinc. Dans les formulations de peintures brillantes, il améliore la brillance et la nettoyabilité. Contrairement à d’autres additifs mouillants et dispersants, l’ajout de dispersants esters phosphates n’affecte pas la viscosité KU et ICI du revêtement.

Dispersant homopolymère polyacide, tel que le Tamol 1254 et le Tamol 850, le Tamol 850 est un homopolymère d'acide méthacrylique. Dispersant copolymère polyacide, tel que l'Orotan 731A, qui est un copolymère de diisobutylène et d'acide maléique. Les caractéristiques de ces deux types de dispersants sont qu'ils produisent une forte adsorption ou ancrage à la surface des pigments et des charges, ont des chaînes moléculaires plus longues pour former un obstacle stérique et ont une solubilité dans l'eau aux extrémités de la chaîne, et certains sont complétés par une répulsion électrostatique pour obtenir des résultats stables. Pour que le dispersant ait une bonne dispersibilité, le poids moléculaire doit être strictement contrôlé. Si le poids moléculaire est trop petit, l'encombrement stérique sera insuffisant ; si le poids moléculaire est trop important, une floculation se produira. Pour les dispersants polyacrylates, le meilleur effet de dispersion peut être obtenu si le degré de polymérisation est de 12 à 18.

D'autres types de dispersants, tels que l'AMP-95, portent le nom chimique de 2-amino-2-méthyl-1-propanol. Le groupe amino est adsorbé à la surface des particules inorganiques et le groupe hydroxyle s'étend jusqu'à l'eau, qui joue un rôle stabilisant grâce à l'encombrement stérique. Du fait de sa petite taille, l’encombrement stérique est limité. L'AMP-95 est principalement un régulateur de pH.

Ces dernières années, la recherche sur les dispersants a surmonté le problème de la floculation provoquée par un poids moléculaire élevé, et le développement d'un poids moléculaire élevé est l'une des tendances. Par exemple, le dispersant de haut poids moléculaire EFKA-4580 produit par polymérisation en émulsion est spécialement développé pour les revêtements industriels à base d'eau, adapté à la dispersion de pigments organiques et inorganiques et présente une bonne résistance à l'eau.

Les groupes aminés ont une bonne affinité pour de nombreux pigments grâce à des liaisons acide-base ou hydrogène. Le dispersant copolymère bloc avec de l'acide aminoacrylique comme groupe d'ancrage a fait l'objet d'une attention particulière.

Dispersant avec méthacrylate de diméthylaminoéthyle comme groupe d'ancrage

L'additif mouillant et dispersant Tego Dispers 655 est utilisé dans les peintures automobiles à base d'eau non seulement pour orienter les pigments mais également pour empêcher la poudre d'aluminium de réagir avec l'eau.

En raison de préoccupations environnementales, des agents mouillants et dispersants biodégradables ont été développés, tels que les agents mouillants et dispersants à deux cellules de la série EnviroGem AE, qui sont des agents mouillants et dispersants peu moussants.

2 antimousses :

Il existe de nombreux types d'antimousses traditionnels pour peinture à base d'eau, qui sont généralement divisés en trois catégories : les antimousses à l'huile minérale, les antimousses au polysiloxane et autres antimousses.

Les antimousses à l’huile minérale sont couramment utilisés, principalement dans les peintures au latex mates et semi-brillantes.

Les antimousses polysiloxanes ont une faible tension superficielle, de fortes capacités antimousse et antimousse et n'affectent pas la brillance, mais lorsqu'ils sont mal utilisés, ils provoqueront des défauts tels qu'un rétrécissement du film de revêtement et une mauvaise recouvrabilité.

Les antimousses de peinture traditionnels à base d'eau sont incompatibles avec la phase aqueuse pour atteindre l'objectif antimousse, il est donc facile de produire des défauts de surface dans le film de revêtement.

Ces dernières années, des antimousses au niveau moléculaire ont été développés.

Cet agent antimousse est un polymère formé par greffage direct de substances actives antimousse sur la substance porteuse. La chaîne moléculaire du polymère possède un groupe hydroxyle mouillant, la substance active antimousse est distribuée autour de la molécule, la substance active n'est pas facile à agréger et la compatibilité avec le système de revêtement est bonne. Ces antimousses au niveau moléculaire comprennent les huiles minérales – série FoamStar A10, contenant du silicium – série FoamStar A30, et les polymères sans silicium et sans huile – série FoamStar MF.

Il est également rapporté que cet antimousse au niveau moléculaire utilise des polymères étoilés super-greffés comme tensioactifs incompatibles et a obtenu de bons résultats dans les applications de revêtement à base d'eau. L'antimousse de qualité moléculaire d'Air Products rapporté par Stout et al. est un agent antimousse et antimousse à base d'acétylène glycol doté des deux propriétés mouillantes, comme le Surfynol MD 20 et le Surfynol DF 37.

De plus, afin de répondre aux besoins de production de revêtements sans COV, il existe également des antimousses sans COV, comme l'Agitan 315, l'Agitan E 255, etc.

3 Épaississants :

Il existe de nombreux types d'épaississants, actuellement couramment utilisés sont les épaississants à base d'éther de cellulose et ses dérivés, les épaississants associatifs gonflables aux alcalis (HASE) et les épaississants polyuréthanes (HEUR).

3.1. Éther de cellulose et ses dérivés

L'hydroxyéthylcellulose (HEC) a été produite pour la première fois industriellement par Union Carbide Company en 1932 et a une histoire de plus de 70 ans. À l'heure actuelle, les épaississants de l'éther de cellulose et de ses dérivés comprennent principalement l'hydroxyéthylcellulose (HEC), la méthylhydroxyéthylcellulose (MHEC), l'éthylhydroxyéthylcellulose (EHEC), la méthylhydroxypropyl base cellulose (MHPC), la méthylcellulose (MC) et la gomme xanthane, etc., ce sont des épaississants non ioniques et appartiennent également aux épaississants en phase aqueuse non associés. Parmi eux, le HEC est le plus couramment utilisé dans la peinture au latex.

La cellulose modifiée hydrophobe (HMHEC) introduit une petite quantité de groupes alkyles hydrophobes à longue chaîne sur le squelette hydrophile de la cellulose pour devenir un épaississant associatif, tel que Natrosol Plus Grade 330, 331, Cellosize SG-100, Bermocoll EHM-100. Son effet épaississant est comparable à celui des épaississants à base d'éther de cellulose ayant un poids moléculaire beaucoup plus élevé. Il améliore la viscosité et le nivellement de l'ICI et réduit la tension superficielle, par exemple la tension superficielle du HEC est d'environ 67 mN/m et la tension superficielle du HMHEC est de 55 à 65 mN/m.

3.2 Épaississant gonflable aux alcalis

Les épaississants gonflables aux alcalis sont divisés en deux catégories : les épaississants gonflables aux alcalis non associatifs (ASE) et les épaississants gonflables aux alcalis associatifs (HASE), qui sont des épaississants anioniques. L'ASE non associé est une émulsion gonflante de polyacrylate alcalin. Associative HASE est une émulsion gonflante alcaline de polyacrylate modifiée hydrophobe.

3.3. Épaississant polyuréthane et épaississant non polyuréthane modifié hydrophobe

L'épaississant de polyuréthane, appelé HEUR, est un polymère soluble dans l'eau de polyuréthane éthoxylé modifié par un groupe hydrophobe, qui appartient à l'épaississant associatif non ionique. HEUR est composé de trois parties : un groupe hydrophobe, une chaîne hydrophile et un groupe polyuréthane. Le groupe hydrophobe joue un rôle d'association et est le facteur décisif pour l'épaississement, généralement oléyle, octadécyle, dodécylphényle, nonylphénol, etc. La chaîne hydrophile peut assurer la stabilité chimique et la stabilité de la viscosité, les polyéthers couramment utilisés, tels que le polyoxyéthylène et ses dérivés. La chaîne moléculaire du HEUR est prolongée par des groupes polyuréthanes, tels que IPDI, TDI et HMDI. La caractéristique structurelle des épaississants associatifs est qu’ils se terminent par des groupes hydrophobes. Cependant, le degré de substitution des groupes hydrophobes aux deux extrémités de certains HEUR disponibles dans le commerce est inférieur à 0,9, et le meilleur n'est que de 1,7. Les conditions de réaction doivent être strictement contrôlées pour obtenir un épaississant polyuréthane avec une distribution étroite du poids moléculaire et des performances stables. La plupart des HEUR sont synthétisés par polymérisation étape par étape, de sorte que les HEUR disponibles dans le commerce sont généralement des mélanges de larges poids moléculaires.

Richey et coll. utilisé un épaississant d'association de pyrène traceur fluorescent (PAT, poids moléculaire moyen en nombre 30 000, poids moléculaire moyen en poids 60 000) pour constater qu'à une concentration de 0,02 % (poids), le degré d'agrégation des micelles d'Acrysol RM-825 et de PAT était d'environ 6. l'énergie d'association entre l'épaississant et la surface des particules de latex est d'environ 25 KJ/mol ; la surface occupée par chaque molécule épaississante PAT à la surface des particules de latex est d'environ 13 nm2, soit environ la surface occupée par l'agent mouillant Triton X-405, 14 fois celle de 0,9 nm2. Épaississant polyuréthane associatif tel que RM-2020NPR, DSX 1550, etc.

Le développement d’épaississants polyuréthanes associatifs respectueux de l’environnement a fait l’objet d’une large attention. Par exemple, le BYK-425 est un épaississant polyuréthane modifié à l'urée sans COV ni APEO. Rheolate 210, Borchi Gel 0434, Tego ViscoPlus 3010, 3030 et 3060 sont C'est un épaississant polyuréthane associatif sans COV ni APEO.

En plus des épaississants polyuréthanes associatifs linéaires décrits ci-dessus, il existe également des épaississants polyuréthanes associatifs en forme de peigne. L'épaississant polyuréthane dit à association de peigne signifie qu'il y a un groupe hydrophobe pendant au milieu de chaque molécule épaississante. Des épaississants tels que SCT-200 et SCT-275, etc.

L'épaississant aminoplaste modifié hydrophobiquement (épaississant aminoplaste éthoxylé modifié hydrophobiquement - HEAT) transforme la résine aminée spéciale en quatre groupes hydrophobes coiffés, mais la réactivité de ces quatre sites de réaction est différente. Dans l'ajout normal de groupes hydrophobes, il n'y a que deux groupes hydrophobes bloqués, de sorte que l'épaississant aminé modifié hydrophobe synthétique n'est pas très différent du HEUR, tel que Optiflo H 500. Si davantage de groupes hydrophobes sont ajoutés, par exemple jusqu'à 8 %, les conditions de réaction peuvent être ajustées pour produire des épaississants aminés avec de multiples groupes hydrophobes bloqués. Bien sûr, c'est aussi un épaississant en peigne. Cet épaississant aminé modifié hydrophobe peut empêcher la viscosité de la peinture de baisser en raison de l'ajout d'une grande quantité de tensioactifs et de solvants glycolés lors de l'ajout d'une correspondance de couleur. La raison en est que des groupes hydrophobes forts peuvent empêcher la désorption et que plusieurs groupes hydrophobes ont une forte association. Des épaississants tels que Optiflo TVS.

Épaississant polyéther modifié hydrophobe (HMPE) Les performances de l'épaississant polyéther modifié hydrophobe sont similaires à celles du HEUR, et les produits incluent Aquaflow NLS200, NLS210 et NHS300 d'Hercules.

Son mécanisme d'épaississement est l'effet à la fois de la liaison hydrogène et de l'association de groupes terminaux. Comparé aux épaississants courants, il possède de meilleures propriétés anti-décantation et anti-affaissement. Selon les différentes polarités des groupes terminaux, les épaississants polyurée modifiés peuvent être divisés en trois types : les épaississants polyurée à faible polarité, les épaississants polyurée à polarité moyenne et les épaississants polyurée à haute polarité. Les deux premiers sont utilisés pour épaissir les revêtements à base de solvants, tandis que les épaississants polyurées à haute polarité peuvent être utilisés à la fois pour les revêtements à base de solvants à haute polarité et les revêtements à base d'eau. Les produits commerciaux d'épaississants en polyurée de faible polarité, de polarité moyenne et de haute polarité sont respectivement BYK-411, BYK-410 et BYK-420.

La suspension de cire de polyamide modifiée est un additif rhéologique synthétisé en introduisant des groupes hydrophiles tels que le PEG dans la chaîne moléculaire de la cire d'amide. À l'heure actuelle, certaines marques sont importées et sont principalement utilisées pour ajuster la thixotropie du système et améliorer l'anti-thixotropie. Performance anti-affaissement.