In บทความสุดท้ายในบทที่แล้ว เราได้กล่าวถึงการเกิดขึ้นของสารกระจายตัว กลไกและหน้าที่บางประการของสารกระจายตัว ในบทความนี้ เราจะสำรวจประเภทของสารกระจายตัวในแต่ละยุคสมัย พร้อมทั้งประวัติการพัฒนาของสารกระจายตัว

สารลดแรงตึงผิวและสารกระจายตัวแบบดั้งเดิมที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำ
สารช่วยกระจายตัวชนิดแรกสุดคือเกลือไตรเอทานอลอะมีนของกรดไขมัน ซึ่งออกสู่ตลาดเมื่อประมาณ 100 ปีที่แล้ว สารช่วยกระจายตัวชนิดนี้มีประสิทธิภาพและประหยัดมากในการใช้งานสีอุตสาหกรรมทั่วไป ไม่ใช่เรื่องที่เป็นไปไม่ได้ที่จะใช้ และประสิทธิภาพเริ่มต้นในระบบสีอัลคิดที่มีส่วนผสมของน้ำมันปานกลางก็ไม่เลว

ในช่วงทศวรรษ 1940 ถึง 1970 เม็ดสีที่ใช้ในอุตสาหกรรมสีเคลือบเป็นเม็ดสีอนินทรีย์ และเม็ดสีอินทรีย์บางชนิดที่กระจายตัวได้ง่ายกว่า สารช่วยกระจายตัวในยุคนั้นเป็นสารที่มีลักษณะคล้ายสารลดแรงตึงผิว โดยมีกลุ่มยึดเม็ดสีอยู่ที่ปลายด้านหนึ่งและส่วนที่เข้ากันได้กับเรซินอยู่ที่ปลายอีกด้านหนึ่ง โมเลกุลส่วนใหญ่มีจุดยึดเม็ดสีเพียงจุดเดียว

ในแง่ของโครงสร้าง สามารถแบ่งออกได้เป็นสามประเภท:

(1) อนุพันธ์ของกรดไขมัน ได้แก่ กรดไขมันอะไมด์ เกลือกรดไขมันอะไมด์ และกรดไขมันโพลีอีเทอร์ ตัวอย่างเช่น กรดไขมันดัดแปลงที่มีบล็อกซึ่งพัฒนาโดย BYK ในช่วงปี 1920-1930 ซึ่งถูกทำให้เป็นเกลือด้วยเอมีนสายยาวเพื่อให้ได้ Anti-Terra U นอกจากนี้ยังมี P104/104S ของ BYK ที่มีหมู่ปลายฟังก์ชันสูงโดยอาศัยปฏิกิริยาการเติม DA BESM® 9116 จาก Shierli เป็นสารกระจายตัวที่ไม่จับตัวเป็นก้อนและเป็นสารกระจายตัวมาตรฐานในอุตสาหกรรมสีโป๊ว มีคุณสมบัติในการเปียกที่ดี ป้องกันการตกตะกอน และมีเสถียรภาพในการจัดเก็บ นอกจากนี้ยังสามารถปรับปรุงคุณสมบัติป้องกันการกัดกร่อนและใช้กันอย่างแพร่หลายในสีรองพื้นป้องกันการกัดกร่อน BESM® 9104/9104S ยังเป็นสารกระจายตัวแบบควบคุมการจับตัวเป็นก้อนทั่วไปที่มีหมู่ยึดเกาะหลายหมู่ สามารถสร้างโครงสร้างเครือข่ายเมื่อกระจายตัว ซึ่งมีประโยชน์มากในการควบคุมการตกตะกอนของเม็ดสีและสีที่ลอยตัว เนื่องจากวัตถุดิบสำหรับสารกระจายตัวอนุพันธ์กรดไขมันไม่ขึ้นอยู่กับวัตถุดิบปิโตรเคมีอีกต่อไป จึงเป็นทรัพยากรหมุนเวียนได้

(2) โพลิเมอร์เอสเทอร์กรดฟอสฟอริกอินทรีย์ สารกระจายตัวประเภทนี้มีความสามารถในการยึดเกาะกับเม็ดสีอนินทรีย์ได้อย่างครอบคลุม ตัวอย่างเช่น BYK 110/180/111 และ BESM® 9110/9108/9101 จาก Shierli เป็นสารกระจายตัวที่ดีเยี่ยมสำหรับการกระจายตัวของไทเทเนียมไดออกไซด์และเม็ดสีอนินทรีย์ โดยมีประสิทธิภาพในการลดความหนืด การพัฒนาสี และการเก็บรักษาที่ดีเยี่ยม นอกจากนี้ BYK 103 และ BESM® 9103 จาก Shierli ยังแสดงให้เห็นถึงข้อดีในการลดความหนืดและความเสถียรในการเก็บรักษาที่ดีเยี่ยมเมื่อใช้ในการกระจายตัวของสารละลายแมท

(3) โพลีอีเทอร์อะลิฟาติกที่ไม่เป็นไอออนและอัลคิลฟีนอลโพลีออกซีเอทิลีนอีเทอร์ โดยทั่วไปน้ำหนักโมเลกุลของสารกระจายตัวประเภทนี้จะน้อยกว่า 2000 กรัม/โมล และเน้นไปที่การกระจายตัวของเม็ดสีอนินทรีย์และสารเติมแต่งเป็นหลัก พวกมันสามารถช่วยให้เม็ดสีเปียกในระหว่างการบด ดูดซับบนพื้นผิวของเม็ดสีอนินทรีย์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ และป้องกันการแยกชั้นและการตกตะกอนของเม็ดสี และสามารถควบคุมการจับตัวเป็นก้อนและป้องกันสีลอยได้ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากน้ำหนักโมเลกุลน้อย พวกมันจึงไม่สามารถสร้างการกีดขวางเชิงสเตอริกที่มีประสิทธิภาพ หรือปรับปรุงความมันเงาและความคมชัดของฟิล์มสีได้ กลุ่มยึดเกาะไอออนิกไม่สามารถถูกดูดซับบนพื้นผิวของเม็ดสีอินทรีย์ได้

สารช่วยกระจายตัวที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูง
ในปี 1970 เม็ดสีอินทรีย์เริ่มถูกนำมาใช้ในปริมาณมาก เม็ดสีฟทาโลไซยานีนของ ICI เม็ดสีควินาคริดอนของ DuPont เม็ดสีอะโซคอนเดนเซชันของ CIBA เม็ดสีเบนซิมิดาโซโลนของ Clariant เป็นต้น ล้วนถูกนำมาผลิตในเชิงอุตสาหกรรมและเข้าสู่ตลาดในช่วงทศวรรษ 1970 สารลดแรงตึงผิวและสารช่วยกระจายตัวที่มีโมเลกุลน้ำหนักต่ำแบบเดิมไม่สามารถทำให้เม็ดสีเหล่านี้คงตัวได้อีกต่อไป จึงเริ่มมีการพัฒนาสารช่วยกระจายตัวที่มีโมเลกุลน้ำหนักสูงขึ้นขึ้นมา

สารช่วยกระจายตัวประเภทนี้มีน้ำหนักโมเลกุล 5000-25000 กรัม/โมล โดยมีหมู่ยึดจับเม็ดสีจำนวนมากบนโมเลกุล โซ่หลักของพอลิเมอร์ให้ความเข้ากันได้กว้าง และโซ่ข้างที่ละลายให้การกีดขวางทางสเตอริก ทำให้เม็ดสีกระจายตัวอย่างสมบูรณ์และอยู่ในสภาวะที่เสถียร สารช่วยกระจายตัวที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงสามารถทำให้เม็ดสีต่างๆ มีความเสถียรและแก้ปัญหาต่างๆ เช่น สีลอยและการเกาะติดได้อย่างสมบูรณ์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับเม็ดสีอินทรีย์และคาร์บอนแบล็กที่มีขนาดอนุภาคเล็กและจับตัวเป็นก้อนได้ง่าย สารช่วยกระจายตัวที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงทั้งหมดเป็นสารช่วยกระจายตัวที่ทำให้เม็ดสีไม่จับตัวเป็นก้อน โดยมีหมู่ยึดจับเม็ดสีหลายหมู่บนโซ่โมเลกุล ซึ่งสามารถลดความหนืดของสีได้อย่างมาก ปรับปรุงความเข้มของสี ความเงางาม และความสดใสของสี และปรับปรุงความโปร่งใสของเม็ดสีโปร่งใส ในระบบที่ใช้น้ำเป็นตัวทำละลาย สารช่วยกระจายตัวที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงมีความทนทานต่อน้ำและการเกิดสบู่ได้ดีเยี่ยม แน่นอนว่า สารช่วยกระจายตัวที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงอาจมีผลข้างเคียงบางประการ ซึ่งส่วนใหญ่มาจากค่าอะมีนของสารช่วยกระจายตัว ค่าอะมีนสูงจะส่งผลให้ความหนืดของระบบอีพ็อกซีเพิ่มขึ้นระหว่างการเก็บรักษา ระยะเวลาการกระตุ้นของโพลียูรีเทนสององค์ประกอบ (โดยใช้ไอโซไซยาเนตอะโรมาติก) ลดลง ปฏิกิริยาของระบบบ่มด้วยกรดลดลง และผลกระทบเร่งปฏิกิริยาของตัวเร่งปฏิกิริยาโคบอลต์ในอัลคิดที่แห้งตัวในอากาศลดลง

จากมุมมองด้านโครงสร้างทางเคมี สารกระจายตัวประเภทนี้แบ่งออกเป็น 3 ประเภทหลักๆ ดังนี้:

(1) สารกระจายตัวโพลียูรีเทนที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูง ซึ่งเป็นสารกระจายตัวโพลียูรีเทนทั่วไป เช่น BYK 160/161/163/164, BESM® 9160/9161/9163/9164, EFKA 4060/4061/4063 และสารกระจายตัวโพลียูรีเทนรุ่นล่าสุด BYK 2155 และ BESM® 9248 สารกระจายตัวประเภทนี้ปรากฏขึ้นค่อนข้างเร็วและมีผู้ใช้จำนวนมาก มีคุณสมบัติในการลดความหนืดและพัฒนาสีที่ดีสำหรับเม็ดสีอินทรีย์และคาร์บอนแบล็ก และครั้งหนึ่งเคยเป็นสารกระจายตัวมาตรฐานสำหรับเม็ดสีอินทรีย์ สารกระจายตัวโพลียูรีเทนรุ่นล่าสุดได้ปรับปรุงทั้งคุณสมบัติการลดความหนืดและการพัฒนาสีอย่างมีนัยสำคัญ BYK 170 และ BESM® 9107 เหมาะสำหรับระบบเร่งปฏิกิริยาด้วยกรดมากกว่า สารช่วยกระจายตัวนี้ไม่มีค่าอะมีน ซึ่งช่วยลดความเสี่ยงของการจับตัวเป็นก้อนระหว่างการเก็บรักษาสี และไม่ส่งผลกระทบต่อการแห้งตัวของสี

(2) สารกระจายตัวโพลีอะคริเลต สารกระจายตัวเหล่านี้ เช่น BYK 190 และ BESM® 9003 ได้กลายเป็นสารกระจายตัวมาตรฐานสากลสำหรับสีเคลือบแบบน้ำ

(3) สารกระจายตัวโพลิเมอร์แบบไฮเปอร์แบรนช์ สารกระจายตัวแบบไฮเปอร์แบรนช์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดคือ Lubrizol 24000 และ BESM® 9240 ซึ่งเป็นเอไมด์ + อิไมด์ที่ใช้โพลีเอสเตอร์สายยาวเป็นพื้นฐาน ผลิตภัณฑ์ทั้งสองนี้เป็นผลิตภัณฑ์ที่ได้รับการจดสิทธิบัตรซึ่งส่วนใหญ่อาศัยโครงสร้างโพลีเอสเตอร์ในการทำให้เม็ดสีคงตัว ความสามารถในการจัดการกับคาร์บอนแบล็กยังคงยอดเยี่ยม อย่างไรก็ตาม โพลีเอสเตอร์จะตกผลึกที่อุณหภูมิต่ำและจะตกตะกอนในสีสำเร็จรูป ปัญหานี้หมายความว่า 24000 สามารถใช้ได้เฉพาะในหมึกพิมพ์เท่านั้น อย่างไรก็ตาม มันสามารถแสดงการพัฒนาสีและความเสถียรที่ดีมากเมื่อใช้ในการกระจายคาร์บอนแบล็กในอุตสาหกรรมหมึกพิมพ์ เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการตกผลึก Lubrizol 32500 และ BESM® 9245 จึงปรากฏขึ้นตามลำดับ เมื่อเปรียบเทียบกับสองประเภทแรก สารกระจายตัวโพลิเมอร์แบบไฮเปอร์แบรนช์มีโครงสร้างโมเลกุลทรงกลมและกลุ่มความสัมพันธ์กับเม็ดสีที่มีความเข้มข้นสูง โดยทั่วไปแล้วจะมีประสิทธิภาพในการพัฒนาสีที่โดดเด่นและลดความหนืดได้ดีกว่า สารช่วยกระจายตัวของโพลียูรีเทนสามารถปรับความเข้ากันได้ในวงกว้าง โดยส่วนใหญ่ครอบคลุมเรซินอัลคิดทั้งหมดตั้งแต่ชนิดน้ำมันยาวไปจนถึงชนิดน้ำมันสั้น เรซินโพลีเอสเตอร์อิ่มตัวทั้งหมด และเรซินอะคริลิกไฮดรอกซิล และสามารถทำให้คาร์บอนแบล็กและเม็ดสีอินทรีย์ที่มีโครงสร้างต่างๆ ส่วนใหญ่มีความเสถียรได้ เนื่องจากยังมีเกรดที่แตกต่างกันจำนวนมากในช่วงน้ำหนักโมเลกุล 6000-15000 ลูกค้าจึงจำเป็นต้องคัดกรองความเข้ากันได้และปริมาณการเติม

สารช่วยกระจายตัวของพอลิเมอไรเซชันแบบอนุมูลอิสระที่ควบคุมได้
หลังปี 1990 ความต้องการของตลาดสำหรับสารกระจายตัวของเม็ดสีดีขึ้นอย่างต่อเนื่อง และมีความก้าวหน้าในเทคโนโลยีการสังเคราะห์พอลิเมอร์ ส่งผลให้มีการพัฒนาสารกระจายตัวแบบพอลิเมอไรเซชันอนุมูลอิสระควบคุมรุ่นล่าสุดขึ้นมา

พอลิเมอไรเซชันแบบอนุมูลอิสระที่ควบคุมได้ (CFRP) มีโครงสร้างที่ออกแบบมาอย่างแม่นยำ โดยมีกลุ่มยึดเกาะอยู่ที่ปลายด้านหนึ่งของพอลิเมอร์และส่วนที่ละลายอยู่ที่ปลายอีกด้านหนึ่ง CFRP ใช้โมโนเมอร์ชนิดเดียวกับพอลิเมอไรเซชันแบบดั้งเดิม แต่เนื่องจากโมโนเมอร์เรียงตัวอย่างสม่ำเสมอมากขึ้นบนส่วนโมเลกุลและการกระจายน้ำหนักโมเลกุลมีความสม่ำเสมอมากขึ้น ประสิทธิภาพของสารช่วยกระจายตัวของพอลิเมอร์ที่สังเคราะห์ขึ้นจึงดีขึ้นอย่างมาก กลุ่มยึดเกาะที่มีประสิทธิภาพนี้ช่วยปรับปรุงความสามารถในการป้องกันการจับตัวเป็นก้อนของสารช่วยกระจายตัวและการพัฒนาสีของเม็ดสีได้อย่างมาก ส่วนที่ละลายอย่างแม่นยำทำให้สารช่วยกระจายตัวมีความหนืดในการบดสีต่ำลงและสามารถเติมเม็ดสีได้สูง และสารช่วยกระจายตัวยังเข้ากันได้ดีกับวัสดุฐานเรซินต่างๆ

การพัฒนาสารช่วยกระจายตัวในงานเคลือบสมัยใหม่มีประวัติความเป็นมาไม่ถึง 100 ปี ปัจจุบันมีสารช่วยกระจายตัวหลายประเภทสำหรับเม็ดสีและระบบต่างๆ วางจำหน่ายในตลาด แหล่งวัตถุดิบหลักของสารช่วยกระจายตัวยังคงเป็นวัตถุดิบปิโตรเคมี การเพิ่มสัดส่วนของวัตถุดิบหมุนเวียนในสารช่วยกระจายตัวเป็นทิศทางการพัฒนาที่น่าสนใจมาก จากการพัฒนาสารช่วยกระจายตัว ทำให้สารช่วยกระจายตัวมีประสิทธิภาพมากขึ้นเรื่อยๆ ไม่ว่าจะเป็นความสามารถในการลดความหนืด การพัฒนาสี และความสามารถอื่นๆ กระบวนการนี้จะดำเนินต่อไปในอนาคต

บริษัท Nanjing Reborn New Materials จัดจำหน่ายผลิตภัณฑ์ต่างๆสารช่วยกระจายตัวและเพิ่มความเปียกชื้นสำหรับสีและสารเคลือบรวมถึงบางส่วนที่ตรงกับสี Disperbyk ด้วย