أسرار المواد المضافة للطلاء المائي

ملخص:

1. عامل ترطيب وتشتيت

2. مزيل الرغوة

3. مثخن

4. إضافات تشكيل الفيلم

5. عامل مضاد للتآكل ومضاد للعفن والطحالب

6. إضافات أخرى

1 عامل الترطيب والتشتت:

تستخدم الطلاءات المائية الماء كمذيب أو وسط تشتت، والماء لديه ثابت عازل كبير، لذلك يتم تثبيت الطلاءات المائية بشكل أساسي عن طريق التنافر الكهروستاتيكي عندما تتداخل الطبقة الكهربائية المزدوجة. بالإضافة إلى ذلك، في نظام الطلاء المائي، غالبًا ما تكون هناك بوليمرات ومواد خافضة للتوتر السطحي غير الأيونية، والتي يتم امتصاصها على سطح حشو الصباغ، مما يشكل عائقًا استاتيكيًا ويثبت التشتت. ولذلك، فإن الدهانات والمستحلبات ذات الأساس المائي تحقق نتائج مستقرة من خلال العمل المشترك للتنافر الكهروستاتيكي والعائق الاستاتيكي. عيبه هو ضعف مقاومة الإلكتروليتات، خاصة بالنسبة للإلكتروليتات باهظة الثمن.

1.1 عامل الترطيب

تنقسم عوامل الترطيب للطلاءات المنقولة بالماء إلى أنيونية وغير أيونية.

إن الجمع بين عامل الترطيب وعامل التشتيت يمكن أن يحقق نتائج مثالية. تكون كمية عامل الترطيب عمومًا قليلة في الألف. تأثيره السلبي هو الرغوة وتقليل مقاومة الماء لفيلم الطلاء.

أحد اتجاهات تطوير عوامل الترطيب هو استبدال عوامل الترطيب بولي أوكسي إيثيلين ألكيل (البنزين) وإيثر الفينول (APEO أو APE) تدريجيًا، لأنها تؤدي إلى تقليل الهرمونات الذكرية لدى الجرذان وتتداخل مع الغدد الصماء. تستخدم إثيرات الفينول بولي أوكسي إيثيلين (البنزين) على نطاق واسع كمستحلبات أثناء بلمرة المستحلب.

تعتبر المواد الخافضة للتوتر السطحي المزدوجة أيضًا تطورات جديدة. وهو عبارة عن جزيئين برمائيين مرتبطين بفاصل. الميزة الأكثر بروزًا للمواد الخافضة للتوتر السطحي ثنائية الخلية هي أن تركيز المذيلة الحرج (CMC) أقل بكثير من تركيز المواد الخافضة للتوتر السطحي "أحادية الخلية"، تليها الكفاءة العالية. مثل TEGO Twin 4000، فهو عبارة عن مادة خافضة للتوتر السطحي مكونة من خلية مزدوجة من السيلوكسان، ولها رغوة غير مستقرة وخصائص مزيلة للرغوة.

قامت شركة Air Products بتطوير مواد خافضة للتوتر السطحي من نوع Gemini. تحتوي المواد الخافضة للتوتر السطحي التقليدية على ذيل كاره للماء ورأس محب للماء، لكن هذا العامل الخافضة للتوتر السطحي الجديد يحتوي على مجموعتين محبتين للماء ومجموعتين أو ثلاث مجموعات كارهة للماء، وهي مادة خافضة للتوتر السطحي متعددة الوظائف، تُعرف باسم جلايكول الأسيتيلين، ومنتجات مثل EnviroGem AD01.

1.2 المشتت

تنقسم مشتتات طلاء اللاتكس إلى أربع فئات: مشتتات الفوسفات، مشتتات البوليمر المتجانس متعدد الأحماض، مشتتات البوليمر المشترك متعدد الأحماض والمشتتات الأخرى.

مشتتات الفوسفات الأكثر استخدامًا هي متعددات الفوسفات، مثل سداسي ميتافوسفات الصوديوم، وبولي فوسفات الصوديوم (كالجون إن، منتج شركة BK Giulini Chemical Company في ألمانيا)، وثلاثي بوليفوسفات البوتاسيوم (KTPP) وبيروفوسفات رباعي البوتاسيوم (TKPP). آلية عملها هي تثبيت التنافر الكهروستاتيكي من خلال الرابطة الهيدروجينية والامتزاز الكيميائي. ميزته هي أن الجرعة منخفضة، حوالي 0.1%، ولها تأثير جيد على التشتت على الأصباغ والمواد المالئة غير العضوية. ولكن هناك أيضًا أوجه قصور: فإلى جانب ارتفاع قيمة الرقم الهيدروجيني ودرجة الحرارة، يتحلل البولي فوسفات بسهولة، مما يؤدي إلى سوء استقرار التخزين على المدى الطويل؛ سوف يؤثر الذوبان غير الكامل في الوسط على لمعان طلاء اللاتكس اللامع.

مشتتات إستر الفوسفات عبارة عن مخاليط من الإستر الأحادي والإستر والكحولات المتبقية وحمض الفوسفوريك.

تعمل مشتتات إستر الفوسفات على تثبيت مشتتات الصباغ، بما في ذلك الأصباغ التفاعلية مثل أكسيد الزنك. في تركيبات الطلاء اللامع، فإنه يحسن اللمعان وقابلية التنظيف. على عكس إضافات الترطيب والتشتيت الأخرى، فإن إضافة مشتتات إستر الفوسفات لا تؤثر على لزوجة الطلاء KU وICI.

مشتت البوليمر المتجانس متعدد الأحماض، مثل تامول 1254 وتامول 850، تامول 850 هو بوليمر متجانس من حمض الميثاكريليك. مشتت البوليمر المشترك متعدد الأحماض، مثل Orotan 731A، وهو بوليمر مشترك من ثنائي إيزوبوتيلين وحمض الماليك. تتمثل خصائص هذين النوعين من المشتتات في أنهما ينتجان امتزازًا قويًا أو تثبيتًا على سطح الأصباغ والحشوات، ولديهما سلاسل جزيئية أطول لتشكيل عائق استاتيكي، ولها قابلية للذوبان في الماء عند نهايات السلسلة، ويتم استكمال بعضها عن طريق التنافر الكهروستاتيكي إلى تحقيق نتائج مستقرة. لجعل المشتت يتمتع بتشتت جيد، يجب التحكم بدقة في الوزن الجزيئي. إذا كان الوزن الجزيئي صغيرًا جدًا، فلن يكون هناك عائق ستيركي كافٍ؛ إذا كان الوزن الجزيئي كبيرًا جدًا، فسوف يحدث التلبد. بالنسبة لمشتتات بولي أكريلات، يمكن تحقيق أفضل تأثير تشتت إذا كانت درجة البلمرة 12-18.

أنواع أخرى من المشتتات، مثل AMP-95، لها اسم كيميائي 2-أمينو-2-ميثيل-1-بروبانول. يتم امتصاص المجموعة الأمينية على سطح الجزيئات غير العضوية، وتمتد مجموعة الهيدروكسيل إلى الماء، الذي يلعب دورًا مثبتًا من خلال العائق الاستاتيكي. نظرًا لصغر حجمها، فإن العوائق الاستاتيكية محدودة. AMP-95 هو في الأساس منظم لدرجة الحموضة.

في السنوات الأخيرة، تغلبت الأبحاث المتعلقة بالمشتتات على مشكلة التلبد الناجمة عن الوزن الجزيئي العالي، ويعد تطوير الوزن الجزيئي المرتفع أحد الاتجاهات. على سبيل المثال، تم تطوير المشتت ذو الوزن الجزيئي العالي EFKA-4580 الناتج عن بلمرة المستحلب خصيصًا للطلاءات الصناعية ذات الأساس المائي، وهو مناسب لتشتيت الأصباغ العضوية وغير العضوية، وله مقاومة جيدة للماء.

تتمتع المجموعات الأمينية بتقارب جيد للعديد من الأصباغ من خلال الرابطة الحمضية القاعدية أو الرابطة الهيدروجينية. تم الاهتمام بكتلة البوليمر المشترك المشتت مع حمض الأمينو أكريليك كمجموعة التثبيت.

مشتت مع ثنائي ميثيل أمينو إيثيل ميثاكريلات كمجموعة تثبيت

يتم استخدام مادة الترطيب والتشتيت المضافة Tego Dispers 655 في دهانات السيارات المنقولة بالماء ليس فقط لتوجيه الأصباغ ولكن أيضًا لمنع مسحوق الألومنيوم من التفاعل مع الماء.

بسبب المخاوف البيئية، تم تطوير عوامل ترطيب وتشتيت قابلة للتحلل الحيوي، مثل عوامل ترطيب وتشتيت ثنائية الخلية من سلسلة EnviroGem AE، وهي عوامل ترطيب وتشتيت منخفضة الرغوة.

2 مزيل الرغوة:

هناك أنواع عديدة من مزيلات رغوة الطلاء التقليدية ذات الأساس المائي، والتي تنقسم عمومًا إلى ثلاث فئات: مزيلات رغوة الزيوت المعدنية، ومزيلات رغوة البولي سيلوكسان ومزيلات الرغوة الأخرى.

تُستخدم مزيلات رغوة الزيوت المعدنية بشكل شائع، بشكل رئيسي في دهانات اللاتكس المسطحة وشبه اللامعة.

تتميز مزيلات رغوة البولي سيلوكسان بتوتر سطحي منخفض، وقدرات قوية على إزالة الرغوة ومقاومة الرغوة، ولا تؤثر على اللمعان، ولكن عند استخدامها بشكل غير صحيح، فإنها ستتسبب في حدوث عيوب مثل انكماش طبقة الطلاء وضعف قابلية إعادة الطلاء.

لا تتوافق مزيلات رغوة الطلاء التقليدية ذات الأساس المائي مع الطور المائي لتحقيق غرض إزالة الرغوة، لذلك من السهل إنتاج عيوب سطحية في طبقة الطلاء.

في السنوات الأخيرة، تم تطوير مزيلات الرغوة على المستوى الجزيئي.

عامل مضاد الرغوة هذا عبارة عن بوليمر يتكون عن طريق تطعيم المواد الفعالة المضادة للرغوة مباشرة على المادة الحاملة. تحتوي السلسلة الجزيئية للبوليمر على مجموعة هيدروكسيل مبللة، ويتم توزيع المادة الفعالة لإزالة الرغوة حول الجزيء، وليس من السهل تجميع المادة الفعالة، والتوافق مع نظام الطلاء جيد. تشتمل مزيلات الرغوة هذه على المستوى الجزيئي على الزيوت المعدنية - سلسلة FoamStar A10، المحتوية على السيليكون - سلسلة FoamStar A30، والبوليمرات غير السيليكونية وغير الزيتية - سلسلة FoamStar MF.

يُذكر أيضًا أن مزيل الرغوة هذا على المستوى الجزيئي يستخدم بوليمرات نجمية فائقة المطعمة كمواد خافضة للتوتر السطحي غير متوافقة، وقد حقق نتائج جيدة في تطبيقات الطلاء المائي. مزيل الرغوة من الدرجة الجزيئية لشركة Air Products الذي أبلغ عنه Stout et al. هو عامل تحكم في الرغوة يعتمد على الأسيتيلين جليكول ومزيل للرغوة يتمتع بخصائص الترطيب، مثل Surfynol MD 20 وSurfynol DF 37.

بالإضافة إلى ذلك، من أجل تلبية احتياجات إنتاج الطلاءات الخالية من المركبات العضوية المتطايرة، هناك أيضًا مزيلات رغوة خالية من المركبات العضوية المتطايرة، مثل Agitan 315، وAgitan E 255، وما إلى ذلك.

3 مكثفات:

هناك أنواع عديدة من المكثفات، شائعة الاستخدام حاليًا هي إيثر السليلوز ومكثفات مشتقاته، والمكثفات القلوية القابلة للانتفاخ (HASE) ومكثفات البولي يوريثان (HEUR).

3.1. إيثر السليلوز ومشتقاته

تم إنتاج هيدروكسي إيثيل السليلوز (HEC) صناعيًا لأول مرة بواسطة شركة يونيون كاربايد في عام 1932، وله تاريخ يمتد لأكثر من 70 عامًا. في الوقت الحاضر، تشمل مكثفات إيثر السليلوز ومشتقاته بشكل رئيسي هيدروكسي إيثيل السليلوز (HEC)، ميثيل هيدروكسي إيثيل السليلوز (MHEC)، إيثيل هيدروكسي إيثيل السليلوز (EHEC)، ميثيل هيدروكسي بروبيل السليلوز (MHPC)، ميثيل السليلوز (MC) وصمغ الزانثان، وما إلى ذلك، وهي مكثفات غير أيونية، وتنتمي أيضًا إلى مكثفات الطور المائي غير المرتبطة. من بينها، HEC هو الأكثر استخدامًا في طلاء اللاتكس.

يقدم السليلوز المعدل الكاره للماء (HMHEC) كمية صغيرة من مجموعات الألكيل الكارهة للماء طويلة السلسلة على العمود الفقري للسليلوز المحب للماء ليصبح مثخنًا ترابطيًا، مثل Natrosol Plus Grade 330، 331، Cellosize SG-100، Bermocoll EHM-100. تأثيره السميك مشابه لمكثفات إيثر السليلوز ذات الوزن الجزيئي الأكبر بكثير. إنه يحسن لزوجة وتسوية ICI، ويقلل من التوتر السطحي، مثل التوتر السطحي لـ HEC حوالي 67mN/m، والتوتر السطحي لـ HMHEC هو 55-65mN/m.

3.2 مثخن قلوي قابل للانتفاخ

تنقسم المكثفات القلوية القابلة للانتفاخ إلى فئتين: المكثفات القلوية القابلة للانتفاخ غير الرابطة (ASE) والمكثفات القلوية القابلة للانتفاخ (HASE)، وهي مكثفات أنيونية. ASE غير المرتبط هو مستحلب منتفخ قلوي متعدد الأكريلات. Associative HASE عبارة عن مستحلب منتفخ قلوي متعدد الأكريلات معدّل بشكل كاره للماء.

3.3. مثخن من مادة البولي يوريثين ومثخن غير بولي يوريثين معدّل بشكل كاره للماء

مثخن البولي يوريثين، المشار إليه بـ HEUR، عبارة عن بوليمر قابل للذوبان في الماء من مادة البولي يوريثين الإيثوكسيلية المعدلة بالمجموعة، والذي ينتمي إلى مثخن ترابطي غير أيوني. يتكون HEUR من ثلاثة أجزاء: مجموعة كارهة للماء، وسلسلة محبة للماء، ومجموعة البولي يوريثين. تلعب المجموعة الكارهة للماء دورًا ترابطيًا وهي العامل الحاسم في التثخين، وعادة ما تكون أولييل، أوكتاديسيل، دوديسيل فينيل، نونيلفينول، إلخ. يمكن أن توفر السلسلة المحبة للماء الاستقرار الكيميائي واستقرار اللزوجة، ويشيع استخدام البولي إيثرات، مثل بولي أوكسي إيثيلين ومشتقاته. يتم تمديد السلسلة الجزيئية لـ HEUR بواسطة مجموعات البولي يوريثين، مثل IPDI وTDI وHMDI. السمة الهيكلية للمكثفات الترابطية هي أنه يتم إنهاؤها بواسطة مجموعات كارهة للماء. ومع ذلك، فإن درجة استبدال المجموعات الكارهة للماء عند طرفي بعض HEURs المتاحة تجاريًا أقل من 0.9، والأفضل هو 1.7 فقط. يجب التحكم بشكل صارم في ظروف التفاعل للحصول على مثخن من مادة البولي يوريثين مع توزيع ضيق للوزن الجزيئي وأداء مستقر. يتم تصنيع معظم HEURs عن طريق البلمرة التدريجية، لذا فإن HEURs المتاحة تجاريًا هي بشكل عام خليط من الأوزان الجزيئية العريضة.

ريتشي وآخرون. استخدمت مثخن رابطة البيرين التتبع الفلوريسنت (PAT، متوسط ​​الوزن الجزيئي 30000، متوسط ​​الوزن الجزيئي 60000) لتجد أنه عند تركيز 0.02٪ (وزن)، كانت درجة تجميع المذيلة لـ Acrysol RM-825 وPAT حوالي 6. تبلغ طاقة الارتباط بين المثخن وسطح جزيئات اللاتكس حوالي 25 كيلو جول/مول؛ تبلغ المساحة التي يشغلها كل جزيء مثخن PAT على سطح جزيئات اللاتكس حوالي 13 نانومتر2، وهي حوالي المساحة التي يشغلها عامل الترطيب Triton X-405 14 ضعف مساحة 0.9 نانومتر2. مثخن البولي يوريثين النقابي مثل RM-2020NPR، DSX 1550، إلخ.

لقد حظي تطوير مكثفات البولي يوريثان الصديقة للبيئة باهتمام واسع النطاق. على سبيل المثال، BYK-425 عبارة عن مثخن بولي يوريثين معدّل باليوريا خالي من المركبات العضوية المتطايرة وAPEO. Rheolate 210، Borchi Gel 0434، Tego ViscoPlus 3010، 3030 و3060 عبارة عن مثخن بولي يوريثين ترابطي بدون المركبات العضوية المتطايرة وAPEO.

بالإضافة إلى مكثفات البولي يوريثين الارتباطية الخطية الموصوفة أعلاه، هناك أيضًا مكثفات البولي يوريثين الارتباطية الشبيهة بالمشط. إن ما يسمى بمثخن البولي يوريثين المرتبط بالمشط يعني أن هناك مجموعة معلقة كارهة للماء في منتصف كل جزيء مثخن. مكثفات مثل SCT-200 وSCT-275 وما إلى ذلك.

يقوم مُثخن أمينوبلاست المعدل الكاره للماء (مثخن أمينوبلاست الإيثوكسيلات المعدل الكاره للماء - HEAT) بتغيير الراتنج الأميني الخاص إلى أربع مجموعات كارهة للماء، لكن تفاعلية مواقع التفاعل الأربعة هذه مختلفة. في الإضافة العادية للمجموعات الكارهة للماء، هناك مجموعتان محجوبتان كارهة للماء، وبالتالي فإن مثخن الأمينو المعدل الكاره للماء الاصطناعي لا يختلف كثيرًا عن HEUR، مثل Optiflo H 500. إذا تمت إضافة المزيد من المجموعات الكارهة للماء، مثل ما يصل إلى 8٪، يمكن تعديل ظروف التفاعل لإنتاج مكثفات أمينية ذات مجموعات متعددة كارهة للماء. وبطبيعة الحال، وهذا هو أيضا مثخن مشط. يمكن لهذا المثخن الأميني المعدل الكاره للماء أن يمنع لزوجة الطلاء من الانخفاض بسبب إضافة كمية كبيرة من المواد الخافضة للتوتر السطحي ومذيبات الجليكول عند إضافة مطابقة الألوان. والسبب هو أن المجموعات القوية الكارهة للماء يمكن أن تمنع الامتزاز، والمجموعات المتعددة الكارهة للماء لها ارتباط قوي. مكثفات مثل Optiflo TVS.

مثخن البولي إيثر المعدل الكاره للماء (HMPE) أداء مثخن البولي إيثر المعدل الكاره للماء يشبه HEUR، وتشمل المنتجات Aquaflow NLS200 وNLS210 وNHS300 من Hercules.

آلية سماكتها هي تأثير كل من الترابط الهيدروجيني وربط المجموعات النهائية. بالمقارنة مع المكثفات الشائعة، فهي تتمتع بخصائص أفضل مضادة للترهل ومضادة للترهل. وفقا للأقطاب المختلفة للمجموعات النهائية، يمكن تقسيم مكثفات البوليوريا المعدلة إلى ثلاثة أنواع: مكثفات البوليوريا ذات القطبية المنخفضة، ومثخنات البوليوريا ذات القطبية المتوسطة ومثخنات البوليوريا ذات القطبية العالية. يتم استخدام الأولين لتكثيف الطلاءات القائمة على المذيبات، في حين يمكن استخدام مكثفات البوليوريا عالية القطبية لكل من الطلاءات القائمة على المذيبات عالية القطبية والطلاءات القائمة على الماء. المنتجات التجارية ذات القطبية المنخفضة، والقطبية المتوسطة، ومكثفات البوليوريا ذات القطبية العالية هي BYK-411، وBYK-410، وBYK-420 على التوالي.

يعد ملاط ​​شمع البولياميد المعدل مادة مضافة ريولوجية يتم تصنيعها عن طريق إدخال مجموعات محبة للماء مثل PEG في السلسلة الجزيئية لشمع الأميد. في الوقت الحاضر، يتم استيراد بعض العلامات التجارية وتستخدم بشكل رئيسي لضبط تسيُّل النظام وتحسين مقاومة تسيُّل الانسيابية. أداء مضاد للترهل.