In dernier articleNous avons présenté précédemment l'apparition des dispersants, ainsi que certains de leurs mécanismes et fonctions. Dans ce passage, nous explorerons les différents types de dispersants à différentes périodes, en retraçant leur évolution historique.

Agent mouillant et dispersant traditionnel de faible poids moléculaire
Le premier dispersant utilisé était le sel de triéthanolamine d'acide gras, commercialisé il y a environ un siècle. Ce dispersant est très efficace et économique pour la plupart des applications de peinture industrielle. Son utilisation est tout à fait envisageable et ses performances initiales dans les systèmes alkydes à teneur moyenne en huile sont satisfaisantes.

Entre les années 1940 et 1970, les pigments utilisés dans l'industrie des revêtements étaient des pigments inorganiques et quelques pigments organiques plus faciles à disperser. Les dispersants de cette période étaient des substances similaires aux tensioactifs, comportant un groupe d'ancrage du pigment à une extrémité et un segment compatible avec la résine à l'autre. La plupart des molécules ne possédaient qu'un seul point d'ancrage.

D'un point de vue structurel, elles peuvent être divisées en trois catégories :

(1) Dérivés d'acides gras, notamment les amides d'acides gras, les sels d'amides d'acides gras et les polyéthers d'acides gras. Par exemple, les acides gras modifiés par blocs développés par BYK entre 1920 et 1930, salés avec des amines à longue chaîne, ont permis d'obtenir l'Anti-Terra U. On trouve également le P104/104S de BYK, doté de groupes terminaux hautement fonctionnels et obtenu par réaction d'addition de Diels-Alder. Le BESM® 9116 de Shierli est un dispersant défloculant et un dispersant standard dans l'industrie des mastics. Il présente une bonne mouillabilité, des propriétés anti-sédimentation et une bonne stabilité au stockage. Il améliore également les propriétés anticorrosion et est largement utilisé dans les primaires anticorrosion. Le BESM® 9104/9104S est également un dispersant à floculation contrôlée typique, doté de multiples groupes d'ancrage. Il forme une structure réticulée lors de sa dispersion, ce qui est très utile pour contrôler la sédimentation des pigments et la flottation des colorants. Comme les matières premières dispersantes dérivées d'acides gras ne dépendent plus des matières premières pétrochimiques, elles sont renouvelables.

(2) Polymères d'esters d'acide phosphorique organiques. Ce type de dispersant possède une capacité d'ancrage universelle pour les pigments inorganiques. Par exemple, les BYK 110/180/111 et BESM® 9110/9108/9101 de Shierli sont d'excellents dispersants pour la dispersion du dioxyde de titane et des pigments inorganiques, offrant une réduction de viscosité, un développement de la couleur et une stabilité au stockage exceptionnels. De plus, les BYK 103 et BESM® 9103 de Shierli présentent tous deux d'excellents avantages en termes de réduction de viscosité et de stabilité au stockage lors de la dispersion de suspensions mates.

(3) Polyéthers aliphatiques non ioniques et éthers de polyoxyéthylène d'alkylphénol. Ce type de dispersant, dont la masse moléculaire est généralement inférieure à 2 000 g/mol, est principalement destiné à la dispersion des pigments et charges inorganiques. Il favorise l'humidification des pigments lors du broyage, s'adsorbe efficacement à leur surface, prévient leur stratification et leur précipitation, et contrôle la floculation et la formation de bulles de peinture. Cependant, sa faible masse moléculaire ne lui permet pas d'assurer un encombrement stérique suffisant, ni d'améliorer la brillance et la netteté du film de peinture. Les groupements ioniques ne peuvent s'adsorber à la surface des pigments organiques.

dispersants de haut poids moléculaire
En 1970, l'utilisation des pigments organiques s'est généralisée. Les pigments de phtalocyanine d'ICI, les pigments de quinacridone de DuPont, les pigments de condensation azoïque de CIBA, les pigments de benzimidazolone de Clariant, etc., ont tous été industrialisés et commercialisés dans les années 1970. Les agents mouillants et dispersants initiaux, de faible masse moléculaire, ne permettant plus de stabiliser ces pigments, de nouveaux dispersants de masse moléculaire élevée ont été mis au point.

Ce type de dispersant possède une masse moléculaire de 5 000 à 25 000 g/mol et un grand nombre de groupes d'ancrage de pigments. La chaîne principale polymère assure une large compatibilité, tandis que la chaîne latérale solvatée induit un encombrement stérique, garantissant ainsi la défloculation et la stabilité des particules de pigment. Les dispersants de masse moléculaire élevée stabilisent divers pigments et résolvent les problèmes de flottation, notamment pour les pigments organiques et le noir de carbone, caractérisés par une granulométrie fine et une floculation facile. Ces dispersants défloculants, dotés de multiples groupes d'ancrage de pigments sur leur chaîne moléculaire, réduisent fortement la viscosité des pâtes colorées, améliorent le pouvoir colorant, la brillance et l'éclat des peintures, ainsi que la transparence des pigments transparents. Dans les systèmes aqueux, ils présentent une excellente résistance à l'eau et à la saponification. Cependant, leur utilisation peut engendrer certains effets secondaires, principalement liés à leur indice d'amine. Un indice d'amine élevé peut entraîner une augmentation de la viscosité des systèmes époxy lors du stockage. période d'activation réduite des polyuréthanes à deux composants (utilisant des isocyanates aromatiques) ; réactivité réduite des systèmes de durcissement acide ; et effet catalytique affaibli des catalyseurs au cobalt dans les alkydes à séchage à l'air.

Du point de vue de la structure chimique, ce type de dispersant se divise principalement en trois catégories :

(1) Les dispersants polyuréthanes à haut poids moléculaire sont des dispersants polyuréthanes typiques. Par exemple, BYK 160/161/163/164, BESM® 9160/9161/9163/9164, EFKA 4060/4061/4063, ainsi que les dispersants polyuréthanes de dernière génération BYK 2155 et BESM® 9248. Ce type de dispersant, apparu relativement tôt, est largement utilisé. Il offre de bonnes propriétés de réduction de la viscosité et de développement de la couleur pour les pigments organiques et le noir de carbone, et a longtemps été le dispersant de référence pour les pigments organiques. La dernière génération de dispersants polyuréthanes a considérablement amélioré ces deux propriétés. BYK 170 et BESM® 9107 sont particulièrement adaptés aux systèmes catalysés par les acides. Ce dispersant est dépourvu d'indice d'amine, ce qui réduit le risque d'agglomération lors du stockage de la peinture et n'affecte pas son séchage.

(2) Dispersants polyacrylates. Ces dispersants, tels que BYK 190 et BESM® 9003, sont devenus des dispersants standards universels pour les revêtements à base d'eau.

(3) Dispersants polymères hyperbranchés. Les dispersants hyperbranchés les plus utilisés sont le Lubrizol 24000 et le BESM® 9240, des amides et imides à base de polyesters à longue chaîne. Ces deux produits brevetés reposent principalement sur le squelette polyester pour stabiliser les pigments. Leur capacité à gérer le noir de carbone reste excellente. Cependant, le polyester cristallise à basse température et précipite dans la peinture finie. De ce fait, le 24000 ne peut être utilisé que dans les encres. Néanmoins, il offre un excellent développement et une grande stabilité de la couleur lorsqu'il est utilisé pour disperser le noir de carbone dans l'industrie des encres. Afin d'améliorer la résistance à la cristallisation, le Lubrizol 32500 et le BESM® 9245 ont été développés successivement. Comparés aux deux premières catégories, les dispersants polymères hyperbranchés possèdent une structure moléculaire sphérique et des groupes d'affinité pigmentaire très concentrés, ce qui leur confère généralement un développement de la couleur exceptionnel et une réduction de la viscosité plus importante. La compatibilité des dispersants polyuréthanes est très variable et couvre principalement toutes les résines alkydes (à chaîne longue et courte), toutes les résines polyester saturées et les résines acryliques hydroxylées. Ils permettent également de stabiliser la plupart des noirs de carbone et des pigments organiques de structures diverses. Compte tenu du grand nombre de grades disponibles (de 6 000 à 15 000 Da), il est nécessaire que les clients procèdent à une sélection rigoureuse en fonction de la compatibilité et du dosage.

Dispersants de polymérisation radicalaire contrôlables
Après 1990, la demande du marché en matière de dispersion de pigments s'est encore améliorée et des percées ont eu lieu dans la technologie de synthèse des polymères, et la dernière génération de dispersants de polymérisation radicalaire contrôlée a été développée.

La polymérisation radicalaire contrôlée (PRCC) possède une structure précisément conçue, avec un groupe d'ancrage à une extrémité du polymère et un segment solvaté à l'autre. La PRCC utilise les mêmes monomères que la polymérisation conventionnelle, mais grâce à une disposition plus régulière des monomères sur les segments moléculaires et à une distribution des masses moléculaires plus uniforme, les performances du polymère dispersant synthétisé sont nettement supérieures. Ce groupe d'ancrage efficace améliore considérablement les propriétés anti-floculation du dispersant et le développement de la couleur du pigment. Le segment solvaté, quant à lui, confère au dispersant une viscosité de broyage de la pâte colorée plus faible et une capacité d'incorporation de pigment élevée. De plus, le dispersant présente une large compatibilité avec diverses résines de base.

Le développement des dispersants modernes pour revêtements a moins d'un siècle. De nombreux types de dispersants adaptés à divers pigments et systèmes sont disponibles sur le marché. Les matières premières utilisées pour les dispersants restent principalement d'origine pétrochimique. L'augmentation de la part des matières premières renouvelables dans les dispersants représente une voie de développement très prometteuse. Grâce à leur développement, les dispersants gagnent en efficacité. Qu'il s'agisse de leur capacité à réduire la viscosité, à développer la couleur ou d'autres propriétés, ces améliorations se poursuivent.

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