In último artículoPresentamos el surgimiento de los dispersantes, así como algunos de sus mecanismos y funciones. En este pasaje, exploraremos los tipos de dispersantes en diferentes períodos y su historia de desarrollo.

Agente humectante y dispersante tradicional de bajo peso molecular
El primer dispersante fue la sal de trietanolamina de ácido graso, que se comercializó hace unos 100 años. Este dispersante es muy eficiente y económico en aplicaciones generales de pintura industrial. Su uso es sencillo y su rendimiento inicial en sistemas alquídicos con un contenido medio de aceite es aceptable.

Entre las décadas de 1940 y 1970, los pigmentos utilizados en la industria de los recubrimientos eran inorgánicos y algunos orgánicos, más fáciles de dispersar. Durante este período, los dispersantes eran sustancias similares a los surfactantes, con un grupo de anclaje del pigmento en un extremo y un segmento compatible con la resina en el otro. La mayoría de las moléculas solo tenían un punto de anclaje del pigmento.

Desde un punto de vista estructural se pueden dividir en tres categorías:

(1) derivados de ácidos grasos, incluyendo amidas de ácidos grasos, sales de amidas de ácidos grasos y poliéteres de ácidos grasos. Por ejemplo, los ácidos grasos modificados con bloques desarrollados por BYK en 1920-1930, que fueron salados con aminas de cadena larga para obtener Anti-Terra U. También existe el P104/104S de BYK con grupos terminales altamente funcionales basados ​​en la reacción de adición de DA. BESM® 9116 de Shierli es un dispersante desfloculante y un dispersante estándar en la industria de la masilla. Tiene buena humectabilidad, propiedades antisedimentación y estabilidad de almacenamiento. También puede mejorar las propiedades anticorrosivas y es ampliamente utilizado en imprimaciones anticorrosivas. BESM® 9104/9104S también es un dispersante típico de floculación controlada con múltiples grupos de anclaje. Puede formar una estructura de red cuando se dispersa, lo cual es muy útil para controlar la sedimentación de pigmentos y el color flotante. Dado que las materias primas dispersantes derivadas de ácidos grasos ya no dependen de materias primas petroquímicas, son renovables.

(2) Polímeros orgánicos de ésteres de ácido fosfórico. Este tipo de dispersante posee una capacidad de anclaje universal para pigmentos inorgánicos. Por ejemplo, BYK 110/180/111 y BESM® 9110/9108/9101 de Shierli son excelentes dispersantes para la dispersión de dióxido de titanio y pigmentos inorgánicos, con una excelente reducción de la viscosidad, desarrollo de color y rendimiento de almacenamiento. Además, BYK 103 y BESM® 9103 de Shierli muestran excelentes ventajas en la reducción de la viscosidad y estabilidad de almacenamiento al dispersar lodos mates.

(3) Poliéteres alifáticos no iónicos y éteres de alquilfenol polioxietileno. El peso molecular de este tipo de dispersante es generalmente inferior a 2000 g/mol y se centra principalmente en la dispersión de pigmentos y cargas inorgánicas. Pueden ayudar a humedecer los pigmentos durante la molienda, adsorberse eficazmente en la superficie de los pigmentos inorgánicos y prevenir la estratificación y precipitación de los pigmentos, además de controlar la floculación y evitar la formación de colores flotantes. Sin embargo, debido a su bajo peso molecular, no pueden proporcionar un impedimento estérico eficaz ni mejorar el brillo ni la nitidez de la película de pintura. Los grupos de anclaje iónico no pueden adsorberse en la superficie de los pigmentos orgánicos.

Dispersantes de alto peso molecular
En 1970, se empezaron a utilizar pigmentos orgánicos en grandes cantidades. Los pigmentos de ftalocianina de ICI, los pigmentos de quinacridona de DuPont, los pigmentos de condensación azo de CIBA y los pigmentos de benzimidazolona de Clariant, entre otros, se industrializaron y entraron al mercado en la década de 1970. Los agentes humectantes y dispersantes originales de bajo peso molecular ya no lograban estabilizar estos pigmentos, por lo que se empezaron a desarrollar nuevos dispersantes de alto peso molecular.

Este tipo de dispersante tiene un peso molecular de 5000-25000 g/mol, con una gran cantidad de grupos de anclaje de pigmento en la molécula. La cadena principal del polímero proporciona una amplia compatibilidad, y la cadena lateral solvatada proporciona impedimento estérico, de modo que las partículas de pigmento están completamente desfloculadas y estables. Los dispersantes de alto peso molecular pueden estabilizar diversos pigmentos y resolver por completo problemas como el color flotante y la flotación, especialmente para pigmentos orgánicos y negro de humo con tamaño de partícula pequeño y fácil floculación. Los dispersantes de alto peso molecular son todos dispersantes desfloculantes con múltiples grupos de anclaje de pigmento en la cadena molecular, lo que puede reducir considerablemente la viscosidad de la pasta de color, mejorar la intensidad del tinte del pigmento, el brillo y la intensidad de la pintura, y mejorar la transparencia de los pigmentos transparentes. En sistemas a base de agua, los dispersantes de alto peso molecular tienen excelente resistencia al agua y a la saponificación. Por supuesto, los dispersantes de alto peso molecular también pueden tener algunos efectos secundarios, que provienen principalmente del valor de amina del dispersante. Un alto valor de amina provocará una mayor viscosidad de los sistemas epóxicos durante el almacenamiento; un período de activación reducido de los poliuretanos de dos componentes (que utilizan isocianatos aromáticos); una reactividad reducida de los sistemas de curado con ácido y un efecto catalítico debilitado de los catalizadores de cobalto en los alquídicos de secado al aire.

Desde la perspectiva de la estructura química, este tipo de dispersante se divide principalmente en tres categorías:

(1) Dispersantes de poliuretano de alto peso molecular, que son dispersantes de poliuretano típicos. Por ejemplo, BYK 160/161/163/164, BESM® 9160/9161/9163/9164, EFKA 4060/4061/4063 y la última generación de dispersantes de poliuretano BYK 2155 y BESM® 9248. Este tipo de dispersante apareció relativamente pronto y tiene un amplio público. Tiene buenas propiedades de reducción de viscosidad y desarrollo de color para pigmentos orgánicos y negro de humo, y en su momento se convirtió en el dispersante estándar para pigmentos orgánicos. La última generación de dispersantes de poliuretano ha mejorado significativamente tanto la reducción de viscosidad como las propiedades de desarrollo de color. BYK 170 y BESM® 9107 son más adecuados para sistemas catalizados por ácido. El dispersante no tiene valor de amina, lo que reduce el riesgo de aglomeración durante el almacenamiento de la pintura y no afecta el secado de la misma.

(2) Dispersantes de poliacrilato. Estos dispersantes, como BYK 190 y BESM® 9003, se han convertido en dispersantes estándar universales para recubrimientos a base de agua.

(3) Dispersantes poliméricos hiperramificados. Los dispersantes hiperramificados más utilizados son Lubrizol 24000 y BESM® 9240, que son amidas e imidas basadas en poliésteres de cadena larga. Estos dos productos, patentados, se basan principalmente en la estructura principal del poliéster para estabilizar los pigmentos. Su capacidad para manipular el negro de humo sigue siendo excelente. Sin embargo, el poliéster cristaliza a bajas temperaturas y también precipita en la pintura terminada. Este problema implica que el 24000 solo se puede utilizar en tintas. Después de todo, puede mostrar un excelente desarrollo de color y estabilidad al dispersar negro de humo en la industria de las tintas. Para mejorar el rendimiento de la cristalización, aparecieron Lubrizol 32500 y BESM® 9245 uno tras otro. En comparación con las dos primeras categorías, los dispersantes poliméricos hiperramificados presentan una estructura molecular esférica y grupos de afinidad pigmentaria altamente concentrados, generalmente con un desarrollo de color excepcional y un mayor rendimiento de reducción de la viscosidad. La compatibilidad de los dispersantes de poliuretano se puede ajustar en un amplio rango, abarcando principalmente todas las resinas alquídicas, desde las de aceite largo hasta las de aceite corto, todas las resinas de poliéster saturadas y las resinas acrílicas hidroxílicas. Además, pueden estabilizar la mayoría de los negros de humo y pigmentos orgánicos de diversas estructuras. Dado que aún existe una gran variedad de grados entre pesos moleculares de 6000 y 15000, es necesario evaluar la compatibilidad y la cantidad a añadir.

Dispersantes de polimerización por radicales libres controlables
Después de 1990, la demanda del mercado de dispersión de pigmentos mejoró aún más y hubo avances en la tecnología de síntesis de polímeros, y se desarrolló la última generación de dispersantes de polimerización de radicales libres controlados.

La polimerización por radicales libres controlable (CFRP) presenta una estructura diseñada con precisión, con un grupo de anclaje en un extremo del polímero y un segmento solvatado en el otro. El CFRP utiliza los mismos monómeros que la polimerización convencional, pero debido a que estos se disponen de forma más regular en los segmentos moleculares y la distribución del peso molecular es más uniforme, el rendimiento del dispersante polimérico sintetizado presenta un avance cualitativo. Este eficiente grupo de anclaje mejora considerablemente la capacidad antifloculación del dispersante y el desarrollo del color del pigmento. El preciso segmento solvatado confiere al dispersante una menor viscosidad de molienda de la pasta de color y una alta adición de pigmento, además de ofrecer una amplia compatibilidad con diversos materiales base de resina.

El desarrollo de dispersantes de recubrimiento modernos tiene menos de 100 años de historia. Existen en el mercado numerosos tipos de dispersantes para diversos pigmentos y sistemas. La principal fuente de materias primas para dispersantes sigue siendo la petroquímica. Aumentar la proporción de materias primas renovables en dispersantes es una dirección de desarrollo muy prometedora. Gracias al desarrollo de dispersantes, estos se están volviendo cada vez más eficientes. Ya sea por su capacidad de reducción de viscosidad, desarrollo de color y otras propiedades, este proceso continuará en el futuro.

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