In último artigo, apresentamos o surgimento dos dispersantes, alguns mecanismos e funções dos dispersantes. Nesta passagem, exploraremos os tipos de dispersantes em diferentes períodos da história do desenvolvimento dos dispersantes.

Agente dispersante e umectante tradicional de baixo peso molecular
O dispersante mais antigo foi o sal de trietanolamina de ácido graxo, lançado no mercado há cerca de 100 anos. Este dispersante é muito eficiente e econômico em aplicações gerais de tintas industriais. Não é impossível utilizá-lo, e seu desempenho inicial em sistemas alquídicos de óleo médio não é ruim.

Entre as décadas de 1940 e 1970, os pigmentos utilizados na indústria de revestimentos eram pigmentos inorgânicos e alguns pigmentos orgânicos mais fáceis de dispersar. Durante esse período, os dispersantes eram substâncias semelhantes aos surfactantes, com um grupo de ancoragem do pigmento em uma extremidade e um segmento compatível com a resina na outra. A maioria das moléculas tinha apenas um ponto de ancoragem do pigmento.

Do ponto de vista estrutural, eles podem ser divididos em três categorias:

(1) derivados de ácidos graxos, incluindo amidas de ácidos graxos, sais de amidas de ácidos graxos e poliéteres de ácidos graxos. Por exemplo, os ácidos graxos modificados com blocos desenvolvidos pela BYK em 1920-1930, que foram salgados com aminas de cadeia longa para obter Anti-Terra U. Há também o P104/104S da BYK com grupos terminais altamente funcionais baseados na reação de adição de DA. O BESM® 9116 da Shierli é um dispersante defloculante e um dispersante padrão na indústria de massas. Possui boa molhabilidade, propriedades anti-sedimentação e estabilidade de armazenamento. Também pode melhorar as propriedades anticorrosivas e é amplamente utilizado em primers anticorrosivos. O BESM® 9104/9104S também é um dispersante típico de floculação controlada com múltiplos grupos de ancoragem. Ele pode formar uma estrutura de rede quando disperso, o que é muito útil no controle da sedimentação de pigmentos e da cor flutuante. Como as matérias-primas dispersantes derivadas de ácidos graxos não dependem mais de matérias-primas petroquímicas, elas são renováveis.

(2) Polímeros orgânicos de éster de ácido fosfórico. Este tipo de dispersante possui capacidade de ancoragem universal para pigmentos inorgânicos. Por exemplo, BYK 110/180/111 e BESM® 9110/9108/9101 da Shierli são excelentes dispersantes para dispersar dióxido de titânio e pigmentos inorgânicos, com excelente redução de viscosidade, desenvolvimento de cor e desempenho de armazenamento. Além disso, BYK 103 e BESM® 9103 da Shierli apresentam excelentes vantagens em redução de viscosidade e estabilidade de armazenamento ao dispersar suspensões foscas.

(3) Poliéteres alifáticos não iônicos e éteres de alquilfenol polioxietileno. O peso molecular desse tipo de dispersante é geralmente inferior a 2.000 g/mol e concentra-se mais na dispersão de pigmentos e cargas inorgânicas. Eles podem ajudar a umedecer os pigmentos durante a moagem, adsorver efetivamente na superfície de pigmentos inorgânicos e prevenir a estratificação e precipitação de pigmentos, além de controlar a floculação e evitar a flutuação de cores. No entanto, devido ao seu baixo peso molecular, eles não podem fornecer impedimento estérico eficaz, nem podem melhorar o brilho e a nitidez da película de tinta. Grupos de ancoragem iônicos não podem ser adsorvidos na superfície de pigmentos orgânicos.

Dispersantes de alto peso molecular
Em 1970, pigmentos orgânicos começaram a ser utilizados em grandes quantidades. Os pigmentos de ftalocianina da ICI, os pigmentos de quinacridona da DuPont, os pigmentos de condensação azo da CIBA, os pigmentos de benzimidazolona da Clariant, etc., foram todos industrializados e entraram no mercado na década de 1970. Os agentes umectantes e dispersantes de baixo peso molecular originais não conseguiam mais estabilizar esses pigmentos, e novos dispersantes de alto peso molecular começaram a ser desenvolvidos.

Este tipo de dispersante tem um peso molecular de 5000-25000 g/mol, com um grande número de grupos de ancoragem de pigmentos na molécula. A cadeia principal do polímero proporciona ampla compatibilidade, e a cadeia lateral solvatada proporciona impedimento estérico, de modo que as partículas de pigmento estejam completamente desfloculadas e estáveis. Dispersantes de alto peso molecular podem estabilizar vários pigmentos e resolver completamente problemas como a flutuação de cor e a flutuação, especialmente para pigmentos orgânicos e negro de fumo com tamanho de partícula pequeno e fácil floculação. Dispersantes de alto peso molecular são todos dispersantes desfloculantes com múltiplos grupos de ancoragem de pigmentos na cadeia molecular, o que pode reduzir significativamente a viscosidade da pasta de cor, melhorar a força de coloração do pigmento, o brilho e a vivacidade da tinta, e melhorar a transparência de pigmentos transparentes. Em sistemas à base de água, dispersantes de alto peso molecular apresentam excelente resistência à água e à saponificação. É claro que dispersantes de alto peso molecular também podem ter alguns efeitos colaterais, que vêm principalmente do valor de amina do dispersante. O alto valor de amina levará ao aumento da viscosidade dos sistemas epóxi durante o armazenamento; período de ativação reduzido de poliuretanos de dois componentes (usando isocianatos aromáticos); reatividade reduzida de sistemas de cura ácida; e efeito catalítico enfraquecido de catalisadores de cobalto em alquídicos de secagem ao ar.

Do ponto de vista da estrutura química, esse tipo de dispersante é dividido principalmente em três categorias:

(1) Dispersantes de poliuretano de alto peso molecular, que são dispersantes típicos de poliuretano. Por exemplo, BYK 160/161/163/164, BESM® 9160/9161/9163/9164, EFKA 4060/4061/4063 e a última geração de dispersantes de poliuretano BYK 2155 e BESM® 9248. Este tipo de dispersante apareceu relativamente cedo e tem um amplo público. Possui boas propriedades de redução de viscosidade e desenvolvimento de cor para pigmentos orgânicos e negro de fumo, e já se tornou o dispersante padrão para pigmentos orgânicos. A última geração de dispersantes de poliuretano melhorou significativamente as propriedades de redução de viscosidade e desenvolvimento de cor. BYK 170 e BESM® 9107 são mais adequados para sistemas catalisados ​​por ácido. O dispersante não possui valor de amina, o que reduz o risco de aglomeração durante o armazenamento da tinta e não afeta a secagem da tinta.

(2) Dispersantes de poliacrilato. Esses dispersantes, como BYK 190 e BESM® 9003, tornaram-se dispersantes padrão universais para revestimentos à base de água.

(3) Dispersantes poliméricos hiperramificados. Os dispersantes hiperramificados mais amplamente utilizados são o Lubrizol 24000 e o BESM® 9240, que são amidas + imidas à base de poliésteres de cadeia longa. Esses dois produtos são patenteados e dependem principalmente da estrutura do poliéster para estabilizar pigmentos. Sua capacidade de lidar com negro de fumo ainda é excelente. No entanto, o poliéster cristaliza em baixas temperaturas e também precipita na tinta acabada. Esse problema significa que o 24000 só pode ser usado em tintas. Afinal, ele pode apresentar excelente desenvolvimento de cor e estabilidade quando usado para dispersar negro de fumo na indústria de tintas. Para melhorar o desempenho da cristalização, o Lubrizol 32500 e o BESM® 9245 surgiram um após o outro. Comparados às duas primeiras categorias, os dispersantes poliméricos hiperramificados têm uma estrutura molecular esférica e grupos de afinidade de pigmento altamente concentrados, geralmente com excelente desenvolvimento de cor e desempenho mais forte na redução da viscosidade. A compatibilidade dos dispersantes de poliuretano pode ser ajustada em uma ampla faixa, abrangendo principalmente todas as resinas alquídicas, de óleo longo a óleo curto, todas as resinas de poliéster saturadas e resinas acrílicas hidroxiladas, e pode estabilizar a maioria dos negros de fumo e pigmentos orgânicos de diversas estruturas. Como ainda existe um grande número de graus diferentes entre 6.000 e 15.000 pesos moleculares, os clientes precisam verificar a compatibilidade e a quantidade de adição.

Dispersantes de polimerização de radicais livres controláveis
Após 1990, a demanda do mercado por dispersão de pigmentos aumentou ainda mais e houve avanços na tecnologia de síntese de polímeros, e a última geração de dispersantes de polimerização de radicais livres controlada foi desenvolvida.

A polimerização por radicais livres controlável (PRFC) possui uma estrutura precisamente projetada, com um grupo de ancoragem em uma extremidade do polímero e um segmento solvatado na outra. A PRFC utiliza os mesmos monômeros da polimerização convencional, mas como os monômeros são dispostos de forma mais regular nos segmentos moleculares e a distribuição do peso molecular é mais uniforme, o desempenho do dispersante polimérico sintetizado apresenta um salto qualitativo. Este eficiente grupo de ancoragem melhora significativamente a capacidade antifloculação do dispersante e o desenvolvimento da cor do pigmento. O segmento solvatado preciso confere ao dispersante menor viscosidade de moagem da pasta colorida e alta capacidade de adição de pigmento, além de ampla compatibilidade com diversos materiais à base de resina.

O desenvolvimento de dispersantes de revestimento modernos tem menos de 100 anos de história. Existem diversos tipos de dispersantes para diversos pigmentos e sistemas no mercado. A principal fonte de matérias-primas dispersantes ainda são as matérias-primas petroquímicas. Aumentar a proporção de matérias-primas renováveis ​​em dispersantes é uma direção de desenvolvimento muito promissora. A partir do processo de desenvolvimento de dispersantes, estes estão se tornando cada vez mais eficientes. Seja na capacidade de redução de viscosidade ou no desenvolvimento de cor, e outras capacidades estão sendo aprimoradas simultaneamente, esse processo continuará no futuro.

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