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Aditivos umectantes e dispersantes defloculantes

Polímeros de baixo peso molecular

Os aditivos umectantes e dispersantes já estão disponíveis há algum tempo, frequentemente a base de ácido graxo, com um grupo adesivo por molécula (aniônico, catiônico, não-ionogênico) e que podem ser classificados como polímeros de baixo peso molecular. Eles possuem um efeito defloculante que tem sido usado com êxito para estabilizar pigmentos inorgânicos e são ainda usados atualmente. Por exemplo, o muito estabelecido ANTI-TERRA-U é um aditivo deste grupo que continua amplamente em uso. Novos desenvolvimentos incluem produtos como DISPERBYK-107 ou DISPERBYK-108 os quais preenchem os modernos requisitos, como o de não conter solventes aromáticos ou nenhum tipo de solvente. Produtos como DISPERBYK-111 ou DISPERBYK-180 são usados para estabilizar o dióxido de titânio e pigmentos inorgânicos no setor automobilístico e nos sistemas de tintas industriais.

Porém, quando é necessário estabilizar pigmentos orgânicos (ou também pigmentos com partículas muito finas, como o negro de fumo) contra a floculação, esses aditivos mostram fraquezas consideráveis. Uma adsorção durável e permanente na superfície do pigmento é muito importante, para que os aditivos sejam efetivos, uma vez que é a única forma de um envelope protetivo estável se poder formar. Pigmentos inorgânicos são ionicamente concebidos e mostram uma superfície polar relativamente alta, assim, a adsorção do aditivo é relativamente facilitada. Os pigmentos orgânicos têm uma estrutura completamente diferente. Aqui, os cristais dos pigmentos são constituídos por moléculas individuais que são também predominantemente não polares e mantidas juntas através de forças intermoleculares. Como resultado, os pigmentos orgânicos têm superfícies muito não polares e portanto, a propriedade de adsorção de aditivos convencionais fica dificultada. Tendo em conta as forças interativas insignificantes entre os grupos adesivos e a superfície do pigmento, os aditivos dispersantes são capazes de se afastar disto muito facilmente e não existe nenhum envelope protetor estável em torno das partículas de pigmento. Na prática, isso significa que, em muitos casos, os pigmentos orgânicos são insuficientemente defloculados e estabilizados usando aditivos umectantes e dispersantes de baixo peso molecular. Além do mais, isto é composto pelo fato de que os pigmentos orgânicos de partículas finas têm maior tendência para flocular que os pigmentos de partículas grossas inorgânicas. Uma vez que toda a superfície do pigmento deve estar coberta por moléculas de aditivo e, devido o seu reduzido tamanho de partícula, os pigmentos orgânicos possuem uma superfície específica maior, são necessárias doses de aditivo consideravelmente maiores. As elevadas quantidades de aditivo podem ter um efeito negativo nas propriedades do filme de tinta (por ex. dureza, resistência à água).

Aditivo umectante e dispersante de baixo peso molecular

Polímeros de alto peso molecular

O polímero dos aditivos umectantes e dispersantes: multíplos grupos de ancoragem causam boa adsorção mesmo em superfícies de pigmentos menos polares, ex. no caso de pigmentos orgânicos. Os segmentos de polímero altamente solvatados, que se estendem também na superfície do pigmento, causam uma estabilização estérica dos pigmentos.

 

 

Pelos mais variados motivos, no passado cada vez mais pigmentos orgânicos foram usados (por ex. sistemas sem metal pesado, mais brilhantes) e esta tendência levou ao desenvolvimento de um novo grupo de aditivos. Aditivos poliméricos, umectantes e dispersantes. Estão longe dos produtos convencionais de baixo peso molecular, principalmente por duas funções estruturais: por um lado, possuem uma massa molecular consideravelmente maior e portanto uma característica semelhante à das resinas. Porém, isto é apenas um efeito secundário; o que é mais significativo é que esses aditivos contêm um grande número de grupos adesivos. A molécula deve ser aumentada para acomodar todos esses grupos adesivos. Mesmo se a adsorção de um grupo adesivo na superfície de pigmento for apenas fraca, o maior número de pontos de contato entre o aditivo e o pigmento alcança uma adsorção estável e durável, mesmo em pigmentos orgânicos. Esses aditivos desenvolvem o seu efeito estabilizante - da mesma forma que os produtos convencionais - por impedimento estérico, como resultado dos segmentos de polímero que se estendem para a solução de resina.

A ótima estabilização somente é possível quando tais cadeias poliméricas são abertas propriamente e portanto, praticamente compatíveis com a solução de polímeros circundante. Se essa compatibilidade for restrita, ocorrerá um colapso na cadeia polimérica. Consequentemente, todas as chances para o impedimento estérico e a estabilização resultante se perdem. A compatibilidade de aditivos altamente poliméricos com várias resinas de tintas é consideravelmente mais restrita do que a variedade de produtos de baixo peso molecular. Dessa forma uma família inteira de aditivos quimicamente relatados (classificados de acordo com peso molecular, polaridade e compatibilidade), está disponível.

Os segmentos com grupos adesivos e os segmentos compatíveis com a resina na forma de laços e cadeias poliméricas podem ser combinados entre si de várias formas. O bloqueio estatístico e copolímeros de ligação já estão provados como bem sucedidos. Um número de fatores é importante para uma boa estabilização estérica dos pigmentos defloculados. A massa molecular e a distribuição de massa molecular tem um papel chave juntamente com a arquitetura do polímero.

Diferentes combinações de segmentos com grupos adesivos e cadeias laterais compatíveis com resinas são possíveis com aditivos poliméricos umectantes e dispersantes.

 

 

A umectação de aditivos umectantes e dispersantes de alto peso molecular têm sido de fato especialmente desenvolvidos para pigmentos orgânicos, mas na verdade são também adequados para pigmentos inorgânicos e em especial também para estabilizar misturas de pigmento.

Os aditivos mais importantes desse grupo são DISPERBYK-161 para tintas industriais de alta qualidade como as tintas automotivas e DISPERBYK-2163 ou DISPERBYK-2164 (sem substâncias aromáticas) para uma escala mais universal de aplicações industriais. Esses aditivos contêm grupos de ancoragem catiônicos os quais, em casos isolados, podem interagir com os componentes ácidos na formulação da tinta (por ex., catalisador ácido para coil coatings). Nesses casos, são recomendados os aditivos das famílias DISPERBYK-170 ou DISPERBYK-174. Eles usam uma química de grupo adesivo diferente e, portanto, evitam tais problemas. Além disso, há estruturas de ramos modernos, com grupos adesivos catiônicos com impedimentos estéricos (DISPERBYK-2155) ou polímeros de carcaça de núcleo completo, em que o bloco de grupos afins é encapsulado (DISPERBYK-2152). Isto reduz a reatividade dos aditivos em relação aos sistemas de tintas para o mínimo, com a efetividade constante na estabilização dos pigmentos inorgânicos e orgânicos, assim como negro de fumo.

Sistemas à base de água

Em sistemas aquosos baseados em resinas de emulsão e principalmente para tintas de emulsão e estuques, que são utilizados na área de tintas arquitetônicas, os pigmentos são predominantemente estabilizados por repulsão eletrostática. Os sais de amônio de ácidos policarboxílicos (como BYK-154) são usados frequentemente.

Em princípio, os sistemas aquosos que são baseados em resinas solúveis em água ou combinações de emulsões com resinas solúveis em água (sistemas híbridos), podem também usar a repulsão eletrostática para a estabilização do pigmento. Porém, na prática se nota que a estabilização estérica com aditivos poliméricos dispersantes e umectantes é frequentemente preferida, especialmente nas tintas industriais de alta qualidade. O mecanismo funciona do mesmo modo que nas tintas de base solvente, o único requisito é que os aditivos poliméricos devem ser polares o suficiente para assegurar compatibilidade com os veículos aquosos. Não é necessariamente desejável para tais aditivos que sejam solúveis em água já que uma polaridade muito alta pode afetar negativamente a durabilidade do filme da tinta (ex., resistência à água). Os produtos típicos que representam este tipo de grupo aditivo são DISPERBYK-184, DISPERBYK-190, DISPERBYK-194 N e DISPERBYK-198.