Samenvatting:
1. Bevochtigings- en dispergeermiddel
2. Ontschuimer
3. Verdikkingsmiddel
4. Filmvormende additieven
5. Anticorrosie-, schimmelwerend en algenwerend middel
6. Overige toevoegingen
1 Bevochtigings- en dispergeermiddel:
Coatings op waterbasis gebruiken water als oplosmiddel of dispersiemedium. Omdat water een hoge diëlektrische constante heeft, worden coatings op waterbasis voornamelijk gestabiliseerd door elektrostatische afstoting wanneer de elektrische dubbellaag overlapt. Daarnaast bevatten coatingsystemen op waterbasis vaak polymeren en niet-ionische oppervlakteactieve stoffen die geadsorbeerd zijn op het oppervlak van de pigmentvuller. Deze stoffen vormen sterische hindering en stabiliseren de dispersie. Watergedragen verven en emulsies bereiken dus stabiele resultaten door de gezamenlijke werking van elektrostatische afstoting en sterische hindering. Een nadeel is de geringe elektrolytbestendigheid, met name tegen dure elektrolyten.
1.1 Bevochtigingsmiddel
Bevochtigingsmiddelen voor watergedragen coatings worden onderverdeeld in anionische en niet-ionische middelen.
De combinatie van bevochtigingsmiddel en dispergeermiddel kan ideale resultaten opleveren. De hoeveelheid bevochtigingsmiddel bedraagt doorgaans enkele promillen. Een negatief effect hiervan is schuimvorming en een verminderde waterbestendigheid van de coating.
Een van de ontwikkelingstrends bij bevochtigingsmiddelen is de geleidelijke vervanging van polyoxyethyleenalkyl(benzeen)fenolether (APEO of APE) bevochtigingsmiddelen, omdat deze leiden tot een verlaging van mannelijke hormonen bij ratten en de endocriene regulatie verstoren. Polyoxyethyleenalkyl(benzeen)fenolethers worden veel gebruikt als emulgatoren tijdens emulsiepolymerisatie.
Twin-oppervlakteactieve stoffen zijn ook een recente ontwikkeling. Ze bestaan uit twee amfifiele moleculen die met elkaar verbonden zijn door een spacer. Het meest opvallende kenmerk van twin-cell oppervlakteactieve stoffen is dat de kritische micelconcentratie (CMC) meer dan een orde van grootte lager is dan die van hun "single-cell" tegenhangers, wat resulteert in een hoge efficiëntie. Een voorbeeld hiervan is TEGO Twin 4000, een twin-cell siloxaan oppervlakteactieve stof met instabiele schuimvormende en ontschuimende eigenschappen.
Air Products heeft Gemini-oppervlakteactieve stoffen ontwikkeld. Traditionele oppervlakteactieve stoffen hebben een hydrofobe staart en een hydrofiele kop, maar deze nieuwe oppervlakteactieve stof heeft twee hydrofiele groepen en twee of drie hydrofobe groepen. Het is een multifunctionele oppervlakteactieve stof, ook wel bekend als acetyleenglycol, zoals bijvoorbeeld EnviroGem AD01.
1.2 Dispergeermiddel
Dispergeermiddelen voor latexverf worden onderverdeeld in vier categorieën: fosfaatdispergeermiddelen, polyzuurhomopolymeerdispergeermiddelen, polyzuurcopolymeerdispergeermiddelen en overige dispergeermiddelen.
De meest gebruikte fosfaatdispergeermiddelen zijn polyfosfaten, zoals natriumhexametafosfaat, natriumpolyfosfaat (Calgon N, product van BK Giulini Chemical Company in Duitsland), kaliumtripolyfosfaat (KTPP) en tetrakaliumpyrofosfaat (TKPP). Het werkingsmechanisme berust op het stabiliseren van elektrostatische afstoting door middel van waterstofbruggen en chemische adsorptie. Het voordeel is dat de dosering laag is, ongeveer 0,1%, en dat het een goed dispergerend effect heeft op anorganische pigmenten en vulstoffen. Er zijn echter ook nadelen: ten eerste hydrolyseert polyfosfaat gemakkelijk bij een stijgende pH-waarde en temperatuur, wat de stabiliteit bij langdurige opslag vermindert; onvolledige oplossing in het medium kan de glans van glanzende latexverf beïnvloeden.
Fosfaatesterdispergeermiddelen zijn mengsels van mono-esters, di-esters, restalcoholen en fosforzuur.
Fosfaatester-dispergeermiddelen stabiliseren pigmentdispersies, waaronder reactieve pigmenten zoals zinkoxide. In glansverfformuleringen verbeteren ze de glans en de reinigbaarheid. In tegenstelling tot andere bevochtigings- en dispergeermiddelen heeft de toevoeging van fosfaatatester-dispergeermiddelen geen invloed op de KU- en ICI-viscositeit van de coating.
Polyzuurhomopolymeerdispergeermiddelen, zoals Tamol 1254 en Tamol 850 (Tamol 850 is een homopolymeer van methacrylzuur), en polyzuurcopolymeerdispergeermiddelen, zoals Orotan 731A (een copolymeer van diisobutyleen en maleïnezuur), kenmerken zich door sterke adsorptie of verankering aan het oppervlak van pigmenten en vulstoffen, langere moleculaire ketens die sterische hindering veroorzaken, en wateroplosbaarheid aan de uiteinden van de ketens. Sommige dispergeermiddelen worden bovendien versterkt door elektrostatische afstoting voor stabiele resultaten. Om een goede dispergeerbaarheid te bereiken, moet het molecuulgewicht nauwkeurig worden gecontroleerd. Een te laag molecuulgewicht leidt tot onvoldoende sterische hindering; een te hoog molecuulgewicht veroorzaakt flocculatie. Voor polyacrylaatdispergeermiddelen wordt het beste dispersie-effect bereikt bij een polymerisatiegraad van 12-18.
Andere soorten dispergeermiddelen, zoals AMP-95, hebben de chemische naam 2-amino-2-methyl-1-propanol. De aminogroep is geadsorbeerd op het oppervlak van de anorganische deeltjes en de hydroxylgroep strekt zich uit naar het water, wat een stabiliserende rol speelt door sterische hindering. Door de kleine omvang is de sterische hindering beperkt. AMP-95 is voornamelijk een pH-regulator.
De afgelopen jaren is het probleem van flocculatie als gevolg van een hoog moleculair gewicht in het onderzoek naar dispergeermiddelen overwonnen, en de ontwikkeling van dispergeermiddelen met een hoog moleculair gewicht is een van de trends. Zo is bijvoorbeeld het dispergeermiddel EFKA-4580, geproduceerd door middel van emulsiepolymerisatie, speciaal ontwikkeld voor watergedragen industriële coatings. Het is geschikt voor de dispersie van organische en anorganische pigmenten en heeft een goede waterbestendigheid.
Aminogroepen hebben een goede affiniteit voor veel pigmenten via zuur-base- of waterstofbindingen. Het blokcopolymeerdispergeermiddel met aminoacrylzuur als verankeringsgroep heeft de nodige aandacht gekregen.
Dispergeermiddel met dimethylaminoethylmethacrylaat als verankeringsgroep
Tego Dispers 655 is een bevochtigings- en dispergeermiddel dat in watergedragen autolakken wordt gebruikt om de pigmenten te oriënteren en tegelijkertijd te voorkomen dat het aluminiumpoeder met water reageert.
Vanwege milieuoverwegingen zijn biologisch afbreekbare bevochtigings- en dispergeermiddelen ontwikkeld, zoals de EnviroGem AE-serie, een bevochtigings- en dispergeermiddel met dubbele celstructuur dat weinig schuim vormt.
2 ontschuimers:
Er bestaan veel soorten traditionele watergedragen verfontschuimers, die over het algemeen in drie categorieën worden verdeeld: minerale olieontschuimers, polysiloxaanontschuimers en andere ontschuimers.
Minerale olie-ontschuimers worden veel gebruikt, met name in matte en halfglanzende latexverven.
Polysiloxaan-ontschuimers hebben een lage oppervlaktespanning, sterke ontschuimende en antischuimende eigenschappen en tasten de glans niet aan. Bij onjuist gebruik kunnen ze echter defecten veroorzaken zoals krimp van de coatinglaag en een slechte overschilderbaarheid.
Traditionele watergedragen verfontschuimers zijn niet compatibel met de waterfase om het beoogde ontschuimende effect te bereiken, waardoor er gemakkelijk oppervlaktedefecten in de verflaag kunnen ontstaan.
De afgelopen jaren zijn er schuimremmers op moleculair niveau ontwikkeld.
Dit antischuimmiddel is een polymeer dat gevormd wordt door het rechtstreeks enten van antischuimactieve stoffen op de dragerstof. De moleculaire keten van het polymeer heeft een bevochtigende hydroxylgroep, de antischuimactieve stof is verdeeld rond het molecuul, de actieve stof klontert niet gemakkelijk samen en de compatibiliteit met het coatingsysteem is goed. Voorbeelden van dergelijke antischuimmiddelen op moleculair niveau zijn minerale oliën (FoamStar A10-serie), siliconenbevattende middelen (FoamStar A30-serie) en siliconenvrije, olievrije polymeren (FoamStar MF-serie).
Er wordt ook gemeld dat deze schuimremmer op moleculair niveau supergeënte sterpolymeren als incompatibele oppervlakteactieve stoffen gebruikt en goede resultaten heeft behaald bij toepassingen met coatings op waterbasis. De door Stout et al. beschreven schuimremmer van Air Products op moleculair niveau is een op acetyleenglycol gebaseerd schuimbeheersingsmiddel en schuimremmer met zowel bevochtigende eigenschappen als Surfynol MD 20 en Surfynol DF 37.
Daarnaast zijn er, om te voldoen aan de eisen voor de productie van VOC-vrije coatings, ook VOC-vrije schuimremmers beschikbaar, zoals Agitan 315, Agitan E 255, enzovoort.
3 Verdikkingsmiddelen:
Er bestaan veel soorten verdikkingsmiddelen; momenteel worden veelal cellulose-ether en derivaten daarvan, associatieve alkali-zwelbare verdikkingsmiddelen (HASE) en polyurethaanverdikkingsmiddelen (HEUR) gebruikt.
3.1. Cellulose-ether en derivaten daarvan
Hydroxyethylcellulose (HEC) werd in 1932 voor het eerst industrieel geproduceerd door Union Carbide Company en heeft een geschiedenis van meer dan 70 jaar. Tegenwoordig omvatten de verdikkingsmiddelen op basis van cellulose-ether en derivaten daarvan voornamelijk hydroxyethylcellulose (HEC), methylhydroxyethylcellulose (MHEC), ethylhydroxyethylcellulose (EHEC), methylhydroxypropylcellulose (MHPC), methylcellulose (MC) en xanthaangom, enz. Dit zijn niet-ionische verdikkingsmiddelen en behoren tot de niet-geassocieerde waterfaseverdikkingsmiddelen. Van deze verdikkingsmiddelen wordt HEC het meest gebruikt in latexverf.
Hydrofoob gemodificeerde cellulose (HMHEC) introduceert een kleine hoeveelheid lange, hydrofobe alkylgroepen op de hydrofiele ruggengraat van cellulose, waardoor het een associatief verdikkingsmiddel wordt, zoals Natrosol Plus Grade 330, 331, Cellosize SG-100 en Bermocoll EHM-100. Het verdikkende effect is vergelijkbaar met dat van cellulose-etherverdikkingsmiddelen met een veel hoger moleculair gewicht. Het verbetert de viscositeit en de egalisatie van ICI en verlaagt de oppervlaktespanning; de oppervlaktespanning van HEC is bijvoorbeeld ongeveer 67 mN/m, terwijl die van HMHEC 55-65 mN/m bedraagt.
3.2 Alkali-zwelbaar verdikkingsmiddel
Alkalizwellende verdikkingsmiddelen worden onderverdeeld in twee categorieën: niet-associatieve alkalizwellende verdikkingsmiddelen (ASE) en associatieve alkalizwellende verdikkingsmiddelen (HASE), dit zijn anionische verdikkingsmiddelen. Niet-geassocieerde ASE is een alkalizwellende polyacrylaat-emulsie. Associatieve HASE is een hydrofoob gemodificeerde alkalizwellende polyacrylaat-emulsie.
3.3. Polyurethaan verdikkingsmiddel en hydrofoob gemodificeerd niet-polyurethaan verdikkingsmiddel
Polyurethaanverdikkingsmiddel, afgekort HEUR, is een met hydrofobe groepen gemodificeerd, geëthoxyleerd, wateroplosbaar polyurethaanpolymeer dat behoort tot de niet-ionische associatieve verdikkingsmiddelen. HEUR bestaat uit drie delen: een hydrofobe groep, een hydrofiele keten en een polyurethaangroep. De hydrofobe groep speelt een associatieve rol en is de bepalende factor voor de verdikking; meestal gaat het om oleyl-, octadecyl-, dodecylfenyl- of nonylfenolgroepen. De hydrofiele keten zorgt voor chemische stabiliteit en viscositeitsstabiliteit; hiervoor worden vaak polyethers gebruikt, zoals polyoxyethyleen en derivaten daarvan. De moleculaire keten van HEUR wordt verlengd door polyurethaangroepen, zoals IPDI, TDI en HMDI. Het structurele kenmerk van associatieve verdikkingsmiddelen is dat ze eindigen met hydrofobe groepen. De substitutiegraad van hydrofobe groepen aan beide uiteinden van sommige commercieel verkrijgbare HEUR's is echter lager dan 0,9, en de beste waarde is slechts 1,7. De reactieomstandigheden moeten strikt gecontroleerd worden om een polyurethaanverdikkingsmiddel te verkrijgen met een smalle molecuulgewichtsverdeling en stabiele prestaties. De meeste HEUR's worden gesynthetiseerd door stapsgewijze polymerisatie, waardoor commercieel verkrijgbare HEUR's over het algemeen mengsels zijn van een breed scala aan molecuulgewichten.
Richey et al. gebruikten een fluorescerende tracer, een pyreenassociatieverdikkingsmiddel (PAT, getalsgemiddeld moleculair gewicht 30000, gewichtsgemiddeld moleculair gewicht 60000), om vast te stellen dat bij een concentratie van 0,02% (gewicht) de micelaggregatiegraad van Acrysol RM-825 en PAT ongeveer 6 bedroeg. De associatie-energie tussen het verdikkingsmiddel en het oppervlak van latexdeeltjes is ongeveer 25 kJ/mol; het oppervlak dat elk PAT-verdikkingsmiddelmolecuul op het oppervlak van latexdeeltjes inneemt, is ongeveer 13 nm², wat ongeveer 14 keer zo groot is als het oppervlak dat het bevochtigingsmiddel Triton X-405 inneemt (0,9 nm²). Associatieve polyurethaanverdikkingsmiddelen zoals RM-2020NPR, DSX 1550, enz.
De ontwikkeling van milieuvriendelijke associatieve polyurethaanverdikkingsmiddelen heeft veel aandacht gekregen. BYK-425 is bijvoorbeeld een VOC- en APEO-vrij, met ureum gemodificeerd polyurethaanverdikkingsmiddel. Rheolate 210, Borchi Gel 0434, Tego ViscoPlus 3010, 3030 en 3060 zijn eveneens associatieve polyurethaanverdikkingsmiddelen zonder VOC en APEO.
Naast de hierboven beschreven lineaire associatieve polyurethaanverdikkingsmiddelen bestaan er ook kamvormige associatieve polyurethaanverdikkingsmiddelen. Een zogenaamd kamvormig associatief polyurethaanverdikkingsmiddel heeft een aanhangende hydrofobe groep in het midden van elk verdikkingsmiddelmolecuul. Voorbeelden van dergelijke verdikkingsmiddelen zijn SCT-200 en SCT-275.
De hydrofoob gemodificeerde aminoplastverdikkingsmiddel (hydrofoob gemodificeerde geëthoxyleerde aminoplastverdikkingsmiddel – HEAT) verandert de speciale aminohars in vier afgedekte hydrofobe groepen, maar de reactiviteit van deze vier reactieplaatsen is verschillend. Bij de normale toevoeging van hydrofobe groepen zijn er slechts twee geblokkeerde hydrofobe groepen, waardoor het synthetische hydrofoob gemodificeerde aminoverdikkingsmiddel niet veel verschilt van HEUR, zoals Optiflo H 500. Als er meer hydrofobe groepen worden toegevoegd, bijvoorbeeld tot 8%, kunnen de reactieomstandigheden worden aangepast om aminoverdikkingsmiddelen met meerdere geblokkeerde hydrofobe groepen te produceren. Dit is uiteraard ook een kamverdikkingsmiddel. Dit hydrofoob gemodificeerde aminoverdikkingsmiddel kan voorkomen dat de viscositeit van de verf afneemt door de toevoeging van grote hoeveelheden oppervlakteactieve stoffen en glycoloplosmiddelen bij kleuraanpassing. De reden hiervoor is dat sterke hydrofobe groepen desorptie kunnen voorkomen en dat meerdere hydrofobe groepen een sterke binding vertonen. Voorbeelden van dergelijke verdikkingsmiddelen zijn Optiflo TVS.
Hydrofoob gemodificeerd polyetherverdikkingsmiddel (HMPE) De prestaties van hydrofoob gemodificeerd polyetherverdikkingsmiddel zijn vergelijkbaar met die van HEUR, en de producten omvatten Aquaflow NLS200, NLS210 en NHS300 van Hercules.
Het verdikkingsmechanisme is het gevolg van zowel waterstofbindingen als de associatie van eindgroepen. In vergelijking met gangbare verdikkingsmiddelen heeft het betere anti-bezinkings- en anti-doorzakeigenschappen. Afhankelijk van de polariteit van de eindgroepen kunnen gemodificeerde polyureumverdikkingsmiddelen worden onderverdeeld in drie typen: polyureumverdikkingsmiddelen met lage polariteit, polyureumverdikkingsmiddelen met gemiddelde polariteit en polyureumverdikkingsmiddelen met hoge polariteit. De eerste twee worden gebruikt voor het verdikken van coatings op basis van oplosmiddelen, terwijl polyureumverdikkingsmiddelen met hoge polariteit zowel voor coatings op basis van oplosmiddelen als voor coatings op waterbasis met hoge polariteit kunnen worden gebruikt. Commerciële producten van polyureumverdikkingsmiddelen met lage, gemiddelde en hoge polariteit zijn respectievelijk BYK-411, BYK-410 en BYK-420.
Gemodificeerde polyamidewassuspensie is een reologisch additief dat wordt gesynthetiseerd door hydrofiele groepen zoals PEG in de moleculaire keten van amidewas te introduceren. Momenteel worden sommige merken geïmporteerd en worden ze voornamelijk gebruikt om de thixotropie van het systeem aan te passen en de anti-thixotropie en anti-doorzakprestaties te verbeteren.
Geplaatst op: 22 november 2022