Nowoczesne środki dyspergujące dla wodorozcieńczalnych farb i lakierów

Ich ilość w całej kompozycji jest bardzo niewielka, a jednak kluczowa (zazwyczaj nie przekracza 1% składu farby). Dyspergatory zapewniają bowiem stabilność konsystencji farby oraz nadają jej pożądane właściwości, takie jak np. siła koloru, czy też odpowiednie rozdrobnienie pigmentu i jego kompatybilność w gotowym wyrobie.

Przygotowanie wodnego koncentratu pigmentowego

Przygotowanie wodnej zawiesiny pigmentu jest wieloetapowym i stosunkowo skomplikowanym procesem. Pierwszą fazą jest proces zwilżania. Polega on na wyparciu powietrza znajdującego się w cząsteczkach pigmentów przez wodę. W drugim etapie duże aglomeraty pigmentu są rozbijane na mniejsze cząstki pod wpływem dużych sił ścinających. Ostatnia faza to stabilizacja małych, rozproszonych cząstek, tak aby uniknąć ich ponownej aglomeracji w wyniku procesu flokulacji. Wszystkie etapy przygotowania wodnego koncentratu pigmentowego prowadzone są w specjalnie zaprojektowanych urządzeniach zwanych disolwerami, które dzięki płynnej regulacji obrotów i zastosowaniu układu odpowietrzającego doskonale nadają się do produkcji wszelkich typów farb i lakierów. W celu zapewnienia odpowiedniego stopnia rozproszenia pigmentu w wodnym koncentracie stosuje się środki dyspergujące, szczególnie w pierwszym i trzecim etapie procesu.

Typy i rola dyspergatorów w wodnej zawiesinie pigmentu

Dyspergatory są niezwykle istotne podczas procesu zwilżania. Pozwalają na redukcję napięcia powierzchniowego wody, ułatwiając tym samym jej wnikanie w przestrzenie pomiędzy cząstkami pigmentu. Z kolei podczas etapu stabilizacji dyspergatory osiadają na powierzchni pigmentu, zapewniając tym samym wymaganą trwałość całego układu.

Do środków dyspergujących pierwszej generacji zalicza się standardowe surfaktanty anionowe, kationowe lub niejonowe, charakteryzujące się stosunkowo niską masą molową. W tej grupie znajdują się również sole amonowe lub sodowe kwasu poliakrylowego. Przykładem takiego dyspergatora jest Tensol DDM, który jest wykorzystywany w produkcji farb wodorozcieńczalnych. Sole sodowe kwasu poliakrylowego są powszechnie stosowanymi dyspergatorami bieli tytanowych oraz wypełniaczy mineralnych. Dodatkowo, Tensol DDM wykazuje kompatybilność z dostępnymi na rynku dyspersjami akrylowymi, styrenowo-akrylowymi oraz homo i kopolimerami octanu winylu. Sole sodowe kwasu poliakrylowego zapewniają efektywne zwilżenie pigmentu, a przy tym są stosunkowo prostymi i tanimi środkami dyspergującymi. Oczywiście związki te mają także swoje ograniczenia dotyczące ich zastosowania. Ze względu na swoją niską masę cząsteczkową sole sodowe kwasu poliakrylowego są podatne na odrywanie się od powierzchni pigmentu. Ma to negatywny wpływ na stabilizację układu. Ponadto mogą charakteryzować się wysoką pianotwórczością, co jest efektem niepożądanym, prowadzącym do powstawania defektów w aplikowanych powłokach malarskich.

W celu eliminacji wspomnianych wyżej negatywnych cech, powstały dyspergatory tzw. nowszej generacji. Zaliczane są do nich surfaktanty o złożonej budowie polimerowej. Wśród nich można wyróżnić odpowiednio modyfikowane kopolimery akrylowe, styrenowe, etylenowe, propylenowe i wiele innych. ROKAmer 1010/50 jest przykładem wodnorozpuszczalnego dyspergatora o takiej właśnie budowie chemicznej. Jest to wysokocząsteczkowy polimer o specyficznej dwufunkcyjnej budowie, co oznacza, że posiada dwie grupy hydrofilowe. Dodatkowo ROKAmer 1010/50 nie posiada punktu zmętnienia w wodzie, dzięki czemu tworzy klarowne roztwory nawet w wysokiej temperaturze. Ze względu na swoją kopolimerową budowę wykazuje on także zdolności antypienne, co jest niezwykle pożądaną cechą podczas tworzenia emulsji przeznaczonych do stosowania w przemyśle farb i lakierów. Z kolei EXOdis PC30 to polimerowy jonowy środek dyspergujący znajdujący zastosowanie w formulacjach wodorozcieńczalnych. Produkt ten zapewnia doskonałą stabilizację finalną, nawet przy bardzo niewielkich stężeniach. EXOdis PC30 pozwala na skuteczne wprowadzenie pigmentu do układu poprzez efekt silnego obniżenia lepkości wodnych zawiesin bieli tytanowej i wypełniaczy mineralnych. Kolejną grupą polimerów, mających doskonałe zdolności dyspergujące są związki soli sodowych kwasu naftalenosulfonowego z formaldehydem. Przykładem takich produktów jest seria Rodys (L i LP). Produkty te pozwalają na uzyskanie stabilnych w czasie dyspersji wodnych o pożądanych właściwościach fizykochemicznych. Charakteryzują się niskim stężeniem wolnego formaldehydu i naftalenu oraz pozwalają na uzyskanie bardzo niskich stężeń koagulantów cząstek zdyspergowanych.

Zalety stosowania dyspergatorów i ich szerokie spektrum zastosowań

Tak ogromne zróżnicowanie związków polimerowych sprawia, że potencjał projektowania ich struktur jest praktycznie nieograniczony. Oczywiście, przekłada się to także na możliwość dobrania odpowiedniego polimeru w zależności od konkretnego zastosowania. Wybór właściwego środka dyspergującego przekłada się nie tylko na samą stabilność finalnego wyrobu farbiarskiego, ale także na szereg innych jego cech. Dyspergatory powodują także poprawę kluczowych właściwości farb i lakierów, takich jak np. stopień krycia, transparentność, połysk, siła koloru, a nawet odporność na szorowanie.

Firma PCC Exol SA jako pierwsza w Polsce rozpoczęła badania nad rozwojem surfaktantów o specjalnej budowie polimerycznej, które mogą być stosowane jako specjalistyczne środki dyspergująco-zwilżające o szerokim zastosowaniu w przemyśle. Po odpowiednich modyfikacjach nowo powstałe dyspergatory będą mogły zostać użyte jako np. deemulgatory w procesach przetwórstwa ropy naftowej, dyspergatory substancji aktywnych w przemyśle agrochemicznym oraz wszędzie tam, gdzie wymagane są restrykcyjne kryteria dotyczące stabilności i właściwości aplikacyjnych kompozycji.