In viimane artikkel, tutvustasime dispergeerivate ainete teket, mõningaid nende toimemehhanisme ja funktsioone. Selles lõigus uurime dispergeerivate ainete tüüpe eri perioodidel, arvestades dispergeerivate ainete arengulugu.
Traditsiooniline madala molekulmassiga märgav ja dispergeeriv aine
Varaseim dispergaator oli rasvhappe trietanoolamiinsool, mis toodi turule umbes 100 aastat tagasi. See dispergaator on väga tõhus ja ökonoomne üldistes tööstusvärvimise rakendustes. Selle kasutamine pole võimatu ja selle esialgne jõudlus keskmise õlisisaldusega alküüdsüsteemis pole halb.
1940.–1970. aastatel kasutati kattekihitööstuses anorgaanilisi ja mõningaid orgaanilisi pigmente, mida oli kergem dispergeerida. Selle perioodi dispergeerivad ained olid pindaktiivsete ainetega sarnased ained, mille ühes otsas oli pigmendi kinnitusrühm ja teises otsas vaiguga ühilduv segment. Enamikul molekulidel oli ainult üks pigmendi kinnituspunkt.
Struktuurilisest vaatepunktist saab neid jagada kolme kategooriasse:
(1) rasvhapete derivaadid, sealhulgas rasvhapete amiidid, rasvhapete amiidsoolad ja rasvhapete polüeetrid. Näiteks BYK poolt aastatel 1920–1930 välja töötatud modifitseeritud plokkidega rasvhapped, mida soolati pika ahelaga amiinidega, et saada Anti-Terra U. Samuti on BYK-l P104/104S, millel on DA liitumisreaktsioonil põhinev kõrge funktsionaalrühmade sisaldus. Shierli BESM® 9116 on deflokuleeriv dispergeeriv aine ja standardne dispergeeriv aine pahtlitööstuses. Sellel on hea märguvus, settimisvastased omadused ja ladustamisstabiilsus. See võib parandada ka korrosioonivastaseid omadusi ja seda kasutatakse laialdaselt korrosioonivastastes kruntvärvides. BESM® 9104/9104S on samuti tüüpiline kontrollitud flokuleeriv dispergeeriv aine mitme ankurdusrühmaga. Dispergeerimisel võib see moodustada võrgustiku struktuuri, mis on väga kasulik pigmendi settimise ja ujuva värvi kontrollimisel. Kuna rasvhapete derivaatide dispergeerivate ainete toorained ei sõltu enam naftakeemiatoodetest, on need taastuvad.
(2) Orgaanilised fosforhappe esterpolümeerid. Seda tüüpi dispergeerivatel ainetel on universaalne sidumisvõime anorgaaniliste pigmentide suhtes. Näiteks Shierli BYK 110/180/111 ja BESM® 9110/9108/9101 on suurepärased dispergeerivad ained titaandioksiidi ja anorgaaniliste pigmentide dispergeerimiseks, pakkudes suurepärast viskoossuse vähendamist, värvimuutust ja säilivusomadusi. Lisaks näitavad nii Shierli BYK 103 kui ka BESM® 9103 suurepäraseid viskoossuse vähendamise eeliseid ja säilivusstabiilsust mattide suspensioonide dispergeerimisel.
(3) Mitteioonsed alifaatsed polüeetrid ja alküülfenooli polüoksüetüleeneetrid. Seda tüüpi dispergeeriva aine molekulmass on üldiselt alla 2000 g/mol ja see on suunatud eelkõige anorgaaniliste pigmentide ja täiteainete dispergeerimisele. Need aitavad pigmente jahvatamise ajal niisutada, adsorbeeruvad tõhusalt anorgaaniliste pigmentide pinnale, takistades pigmentide kihistumist ja sadestumist ning kontrollivad flokulatsiooni ja takistavad värvide ujumist. Väikese molekulmassi tõttu ei suuda need aga pakkuda tõhusat steerilist takistust ega parandada värvikile läiget ja eristuvust. Ioonsed kinnitusrühmad ei saa orgaaniliste pigmentide pinnale adsorbeeruda.
Suure molekulmassiga dispergeerivad ained
1970. aastal hakati orgaanilisi pigmente suurtes kogustes kasutama. ICI ftalotsüaniinpigmendid, DuPonti kinakridoonipigmendid, CIBA asokondensatsioonipigmendid, Clarianti bensimidasoloonpigmendid jne industrialiseeriti ja tulid turule 1970. aastatel. Algsed madalmolekulaarsed märgavad ja dispergeerivad ained ei suutnud neid pigmente enam stabiliseerida ning hakati välja töötama uusi kõrgmolekulaarseid dispergeerivaid aineid.
Seda tüüpi dispergeeriva aine molekulmass on 5000–25000 g/mol ja molekulis on palju pigmendi kinnitusrühmi. Polümeeri põhiahel tagab laia ühilduvuse ja solvateeritud külgahel loob steerilise takistuse, nii et pigmendiosakesed on täielikult deflokuleeritud ja stabiilses olekus. Suure molekulmassiga dispergeerivad ained suudavad stabiliseerida mitmesuguseid pigmente ja lahendada täielikult selliseid probleeme nagu värvi hõljumine ja hõljumine, eriti orgaaniliste pigmentide ja väikese osakeste suurusega ning kergesti flokuleeruva süsinikmusta puhul. Suure molekulmassiga dispergeerivad ained on kõik deflokuleerivad dispergeerivad ained, millel on molekulaarahelas mitu pigmendi kinnitusrühma, mis võivad oluliselt vähendada värvipasta viskoossust, parandada pigmendi toonimistugevust, värvi läiget ja erksust ning parandada läbipaistvate pigmentide läbipaistvust. Veepõhistes süsteemides on suure molekulmassiga dispergeerivatel ainetel suurepärane veekindlus ja seebistumiskindlus. Loomulikult võivad suure molekulmassiga dispergeerivatel ainetel olla ka mõningaid kõrvalmõjusid, mis tulenevad peamiselt dispergeeriva aine amiiniväärtusest. Suur amiiniväärtus suurendab epoksüsüsteemide viskoossust ladustamise ajal; kahekomponentsete polüuretaanide lühenenud aktiveerimisperiood (aromaatsete isotsüanaatide kasutamisel); happega kõvenevate süsteemide vähenenud reaktsioonivõime; ja koobaltkatalüsaatorite nõrgenenud katalüütiline toime õhkkuivavates alküüdides.
Keemilise struktuuri seisukohast jaguneb seda tüüpi dispergeeriv aine peamiselt kolme kategooriasse:
(1) Suure molekulmassiga polüuretaandispergandid, mis on tüüpilised polüuretaandispergandid. Näiteks BYK 160/161/163/164, BESM® 9160/9161/9163/9164, EFKA 4060/4061/4063 ja uusima põlvkonna polüuretaandispergandid BYK 2155 ja BESM® 9248. Seda tüüpi dispergandid ilmusid suhteliselt varakult ja neil on lai valik. Neil on head viskoossuse vähendamise ja värviarenduse omadused orgaaniliste pigmentide ja süsinikmusta jaoks ning kunagi sai neist orgaaniliste pigmentide standarddispergaator. Uusima põlvkonna polüuretaandispergaatorid on oluliselt parandanud nii viskoossuse vähendamise kui ka värviarenduse omadusi. BYK 170 ja BESM® 9107 sobivad paremini happega katalüüsitud süsteemidele. Dispergaatoril puudub amiiniväärtus, mis vähendab värvi ladustamise ajal aglomeratsiooni ohtu ega mõjuta värvi kuivamist.
(2) Polüakrülaatdispergaatorid. Need dispergaatorid, näiteks BYK 190 ja BESM® 9003, on saanud universaalseteks standardseteks dispergaatoriteks veepõhiste katete jaoks.
(3) Hüperhargnenud polümeersed dispergandid. Kõige laialdasemalt kasutatavad hüperhargnenud dispergandid on Lubrizol 24000 ja BESM® 9240, mis on pika ahelaga polüestritel põhinevad amiidid ja imiidid. Need kaks toodet on patenteeritud ja tuginevad pigmentide stabiliseerimiseks peamiselt polüesterkarkassile. Nende võime süsinikmustaga toime tulla on endiselt suurepärane. Polüester kristalliseerub aga madalatel temperatuuridel ja sadestub ka valmisvärvis. See probleem tähendab, et 24000 saab kasutada ainult tintides. Lõppude lõpuks suudab see tinditööstuses süsinikmusta hajutamiseks kasutada väga head värviarendust ja stabiilsust. Kristalliseerumisvõime parandamiseks ilmusid üksteise järel Lubrizol 32500 ja BESM® 9245. Võrreldes kahe esimese kategooriaga on hüperhargnenud polümeersetel dispergaatoritel sfääriline molekulaarstruktuur ja väga kontsentreeritud pigmendi afiinsusrühmad, millel on tavaliselt suurepärane värviarendus ja tugevam viskoossuse vähendamise võime. Polüuretaandispergeerivate ainete ühilduvust saab reguleerida laias vahemikus, hõlmates peamiselt kõiki alküüdvaike pikkadest õlidest lühikeste õlideni, kõiki küllastunud polüestervaike ja hüdroksüülakrüülvaike ning need suudavad stabiliseerida enamikku süsinikmusta ja erineva struktuuriga orgaanilisi pigmente. Kuna molekulmassiga 6000–15000 on endiselt palju erinevaid klasse, peavad kliendid sobivust ja lisamiskogust kontrollima.
Kontrollitavad vabade radikaalide polümerisatsiooni dispergeerivad ained
Pärast 1990. aastat paranes pigmendi dispersiooni turunõudlus veelgi ning polümeeride sünteesitehnoloogias toimus läbimurre ning töötati välja uusima põlvkonna kontrollitud vabade radikaalide polümerisatsiooni dispergeerivad ained.
Kontrollitaval vabade radikaalide polümerisatsioonil (CFRP) on täpselt konstrueeritud struktuur, kus polümeeri ühes otsas on ankurrühm ja teises otsas solvateerunud segment. CFRP kasutab samu monomeere nagu tavapärases polümerisatsioonis, kuid kuna monomeerid on molekulaarsegmentidel korrapärasemalt paigutunud ja molekulmassi jaotus on ühtlasem, on sünteesitud polümeerdispergandi toimivus kvalitatiivselt paranenud. See tõhus ankurrühm parandab oluliselt dispergandi flokulatsioonivastast võimet ja pigmendi värvimuutust. Täpne solvateerunud segment annab dispergandile madalama värvipasta jahvatusviskoossuse ja suure pigmendi lisamise ning dispergandi ühilduvus erinevate vaigupõhiste materjalidega on lai.
Kaasaegsete kattedispergeerivate ainete väljatöötamise ajalugu on alla 100 aasta. Turul on saadaval mitut tüüpi dispergeerivaid aineid erinevate pigmentide ja süsteemide jaoks. Dispergeerivate ainete peamine tooraine on endiselt naftakeemiatooted. Taastuvate toorainete osakaalu suurendamine dispergeerivates ainetes on väga paljutõotav arengusuund. Dispergeerivate ainete arendusprotsessist lähtuvalt muutuvad dispergeerivad ained üha tõhusamaks. Olgu tegemist viskoossuse vähendamise võime või värvimuutusega ja muude võimetega, mis paranevad samaaegselt, jätkub see protsess ka tulevikus.
Nanjingi taassündinud uued materjalid pakuvadvärvide ja katete niisutav dispergeeriv aine, sealhulgas mõned, mis sobivad Disperbykiga.
Postituse aeg: 25. aprill 2025