In letzter ArtikelWir haben die Entstehung von Dispergiermitteln sowie einige ihrer Mechanismen und Funktionen vorgestellt. In diesem Abschnitt werden wir die Arten von Dispergiermitteln in verschiedenen Zeiträumen anhand ihrer Entwicklungsgeschichte untersuchen.

Traditionelles Netz- und Dispergiermittel mit niedrigem Molekulargewicht
Das erste Dispergiermittel war das Triethanolaminsalz einer Fettsäure, das vor etwa 100 Jahren auf den Markt kam. Dieses Dispergiermittel ist sehr effizient und wirtschaftlich in allgemeinen industriellen Lackanwendungen. Es ist problemlos einsetzbar, und seine anfängliche Leistung in mittelöligen Alkydsystemen ist nicht schlecht.

In den 1940er bis 1970er Jahren wurden in der Lackindustrie vor allem anorganische und einige organische Pigmente verwendet, die sich leichter dispergieren ließen. Dispergiermittel waren in dieser Zeit tensidähnliche Substanzen mit einer Pigmentverankerungsgruppe an einem und einem harzkompatiblen Segment am anderen Ende. Die meisten Moleküle besaßen nur einen Pigmentverankerungspunkt.

Aus struktureller Sicht lassen sie sich in drei Kategorien unterteilen:

(1) Fettsäurederivate, einschließlich Fettsäureamide, Fettsäureamidsalze und Fettsäurepolyether. Beispielsweise wurden die modifizierten Fettsäuren mit Blöcken, die 1920–1930 von BYK entwickelt und mit langkettigen Aminen gesalzen wurden, um Anti-Terra U zu erhalten. Außerdem gibt es BYKs P104/104S mit hochfunktionellen Endgruppen auf Basis einer DA-Additionsreaktion. BESM® 9116 von Shierli ist ein deflockulierendes Dispergiermittel und ein Standarddispergiermittel in der Kittindustrie. Es verfügt über gute Benetzbarkeit, Antiabsetzeigenschaften und ist lagerstabil. Es kann auch die Korrosionsschutzeigenschaften verbessern und wird häufig in Korrosionsschutzprimern verwendet. BESM® 9104/9104S ist auch ein typisches Dispergiermittel mit kontrollierter Flockung und mehreren Verankerungsgruppen. Es kann beim Dispergieren eine Netzwerkstruktur bilden, die sehr hilfreich bei der Kontrolle der Pigmentsedimentation und des Ausschwimmens von Farbe ist. Da die Rohstoffe für Dispergiermittel aus Fettsäurederivaten nicht mehr von petrochemischen Rohstoffen abhängig sind, sind sie erneuerbar.

(2) Organische Phosphorsäureesterpolymere. Diese Dispergiermittel besitzen eine universelle Verankerungskraft für anorganische Pigmente. Beispielsweise eignen sich BYK 110/180/111 und BESM® 9110/9108/9101 von Shierli hervorragend zur Dispergierung von Titandioxid und anorganischen Pigmenten und zeichnen sich durch hervorragende Viskositätsreduzierung, Farbentwicklung und Lagerfähigkeit aus. Darüber hinaus bieten BYK 103 und BESM® 9103 von Shierli hervorragende Vorteile hinsichtlich Viskositätsreduzierung und Lagerstabilität bei der Dispergierung matter Slurries.

(3) Nichtionische aliphatische Polyether und Alkylphenolpolyoxyethylenether. Das Molekulargewicht dieser Dispergiermittel liegt in der Regel unter 2000 g/mol und ist eher für die Dispersion anorganischer Pigmente und Füllstoffe geeignet. Sie können die Pigmentbenetzung beim Mahlen unterstützen, effektiv an der Oberfläche anorganischer Pigmente adsorbieren und deren Schichtung und Ausfällung verhindern. Sie können die Flockung kontrollieren und das Ausschwimmen von Farben verhindern. Aufgrund ihres geringen Molekulargewichts bieten sie jedoch keine wirksame sterische Hinderung und können weder Glanz noch Klarheit des Farbfilms verbessern. Ionische Ankergruppen können nicht an der Oberfläche organischer Pigmente adsorbieren.

Dispergiermittel mit hohem Molekulargewicht
Ab 1970 wurden organische Pigmente in großen Mengen eingesetzt. Phthalocyaninpigmente von ICI, Chinacridonpigmente von DuPont, Azokondensationspigmente von CIBA und Benzimidazolonpigmente von Clariant wurden in den 1970er Jahren industriell hergestellt und kamen auf den Markt. Die ursprünglichen niedermolekularen Netz- und Dispergiermittel konnten diese Pigmente nicht mehr stabilisieren, und man begann mit der Entwicklung neuer hochmolekularer Dispergiermittel.

Dieser Dispergiermitteltyp hat ein Molekulargewicht von 5.000–25.000 g/mol und eine große Anzahl pigmentverankerter Gruppen pro Molekül. Die Polymerhauptkette bietet breite Kompatibilität, und die solvatisierte Seitenkette sorgt für sterische Hinderung, sodass die Pigmentpartikel vollständig deflockuliert und stabil sind. Dispergiermittel mit hohem Molekulargewicht können verschiedene Pigmente stabilisieren und Probleme wie Farbausschwimmen und Ausflocken vollständig lösen, insbesondere bei organischen Pigmenten und Ruß mit kleiner Partikelgröße und leichter Flockung. Dispergiermittel mit hohem Molekulargewicht sind allesamt deflockulierende Dispergiermittel mit mehreren pigmentverankerten Gruppen pro Molekülkette, die die Viskosität der Farbpaste stark reduzieren, die Farbstärke des Pigments, den Glanz und die Lebendigkeit der Farbe verbessern und die Transparenz transparenter Pigmente steigern können. In wasserbasierten Systemen weisen Dispergiermittel mit hohem Molekulargewicht eine ausgezeichnete Wasser- und Verseifungsbeständigkeit auf. Natürlich können Dispergiermittel mit hohem Molekulargewicht auch Nebenwirkungen haben, die hauptsächlich von der Aminzahl des Dispergiermittels herrühren. Ein hoher Aminwert führt zu einer erhöhten Viskosität von Epoxidsystemen während der Lagerung, einer verkürzten Aktivierungsdauer von Zweikomponenten-Polyurethanen (unter Verwendung aromatischer Isocyanate), einer verringerten Reaktivität von säurehärtenden Systemen und einer geschwächten katalytischen Wirkung von Kobaltkatalysatoren in lufttrocknenden Alkyden.

Aus Sicht der chemischen Struktur wird diese Art von Dispergiermitteln hauptsächlich in drei Kategorien unterteilt:

(1) Hochmolekulare Polyurethan-Dispergiermittel sind typische Polyurethan-Dispergiermittel. Beispiele hierfür sind BYK 160/161/163/164, BESM® 9160/9161/9163/9164, EFKA 4060/4061/4063 sowie die neueste Generation der Polyurethan-Dispergiermittel BYK 2155 und BESM® 9248. Diese Dispergiermittel wurden bereits relativ früh eingeführt und sind weit verbreitet. Sie weisen gute Viskositätsreduzierungs- und Farbentwicklungseigenschaften für organische Pigmente und Ruß auf und wurden einst zum Standarddispergiermittel für organische Pigmente. Die neueste Generation der Polyurethan-Dispergiermittel weist sowohl eine deutlich verbesserte Viskositätsreduzierung als auch Farbentwicklungseigenschaften auf. BYK 170 und BESM® 9107 eignen sich besser für säurekatalysierte Systeme. Das Dispergiermittel weist keine Aminzahl auf, wodurch die Gefahr der Agglomeration während der Lacklagerung verringert und die Lacktrocknung nicht beeinträchtigt wird.

(2) Polyacrylat-Dispergiermittel. Diese Dispergiermittel, wie BYK 190 und BESM® 9003, haben sich zu universellen Standarddispergiermitteln für wasserbasierte Lacke entwickelt.

(3) Hyperverzweigte Polymerdispergiermittel. Die am häufigsten verwendeten hyperverzweigten Dispergiermittel sind Lubrizol 24000 und BESM® 9240, Amide und Imide auf Basis langkettiger Polyester. Diese beiden patentierten Produkte basieren hauptsächlich auf der Polyesterkette zur Stabilisierung von Pigmenten. Ihre Fähigkeit zur Verarbeitung von Ruß ist nach wie vor hervorragend. Polyester kristallisiert jedoch bei niedrigen Temperaturen und setzt sich im fertigen Lack ab. Daher kann 24000 nur in Druckfarben verwendet werden. Es zeigt jedoch eine sehr gute Farbentwicklung und Stabilität, wenn es zur Dispergierung von Ruß in der Druckfarbenindustrie verwendet wird. Um die Kristallisationsleistung zu verbessern, erschienen nacheinander Lubrizol 32500 und BESM® 9245. Im Vergleich zu den ersten beiden Kategorien haben hyperverzweigte Polymerdispergiermittel eine sphärische Molekülstruktur und hochkonzentrierte Pigmentaffinitätsgruppen, was üblicherweise zu einer hervorragenden Farbentwicklung und einer stärkeren Viskositätsreduzierung führt. Die Verträglichkeit von Polyurethan-Dispergiermitteln lässt sich über einen weiten Bereich einstellen und deckt hauptsächlich alle Alkydharze von Langöl bis Kurzöl, alle gesättigten Polyesterharze und Hydroxylacrylharze ab. Sie können die meisten Ruße und organischen Pigmente unterschiedlicher Struktur stabilisieren. Da es weiterhin eine große Anzahl unterschiedlicher Qualitäten mit Molekulargewichten zwischen 6000 und 15000 gibt, müssen Kunden die Verträglichkeit und die Zugabemenge prüfen.

Kontrollierbare Dispergiermittel für die radikalische Polymerisation
Nach 1990 stieg die Marktnachfrage nach Pigmentdispersionen weiter an, es kam zu Durchbrüchen in der Polymersynthesetechnologie und die neueste Generation von Dispergiermitteln durch kontrollierte radikalische Polymerisation wurde entwickelt.

Die kontrollierbare freie radikalische Polymerisation (CFRP) weist eine präzise Struktur mit einer Ankergruppe an einem Ende des Polymers und einem solvatisierten Segment am anderen Ende auf. CFRP verwendet die gleichen Monomere wie die konventionelle Polymerisation, jedoch ist die Monomeranordnung auf den Molekülsegmenten regelmäßiger und die Molekulargewichtsverteilung gleichmäßiger. Dies führt zu einer qualitativ besseren Leistung des synthetisierten Polymerdispergiermittels. Diese effiziente Ankergruppe verbessert die Antiflockungsfähigkeit des Dispergiermittels und die Farbentwicklung des Pigments erheblich. Das präzise solvatisierte Segment verleiht dem Dispergiermittel eine geringere Farbpasten-Mahlviskosität und eine hohe Pigmentzugabe. Zudem ist das Dispergiermittel mit verschiedenen Harzbasismaterialien kompatibel.

Die Entwicklung moderner Beschichtungsdispergiermittel hat eine Geschichte von weniger als 100 Jahren. Auf dem Markt sind zahlreiche Dispergiermittel für unterschiedliche Pigmente und Systeme erhältlich. Die Hauptquelle für Dispergiermittelrohstoffe sind nach wie vor petrochemische Rohstoffe. Die Erhöhung des Anteils nachwachsender Rohstoffe in Dispergiermitteln ist eine vielversprechende Entwicklungsrichtung. Im Laufe der Entwicklung werden Dispergiermittel immer effizienter. Ob Viskositätsreduzierung oder Farbentwicklung – dieser Prozess wird sich auch in Zukunft fortsetzen.

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