In bài viết cuối cùngTrong phần trước, chúng ta đã giới thiệu về sự xuất hiện của chất phân tán, một số cơ chế và chức năng của chất phân tán. Trong phần này, chúng ta sẽ tìm hiểu về các loại chất phân tán trong các thời kỳ khác nhau cùng với lịch sử phát triển của chúng.

Chất làm ướt và phân tán trọng lượng phân tử thấp truyền thống
Chất phân tán sớm nhất là muối triethanolamine của axit béo, được đưa ra thị trường khoảng 100 năm trước. Chất phân tán này rất hiệu quả và tiết kiệm trong các ứng dụng sơn công nghiệp nói chung. Việc sử dụng nó hoàn toàn khả thi, và hiệu quả ban đầu của nó trong hệ sơn alkyd dầu trung bình cũng không tồi.

Từ những năm 1940 đến những năm 1970, các chất màu được sử dụng trong ngành công nghiệp sơn phủ chủ yếu là các chất màu vô cơ và một số chất màu hữu cơ dễ phân tán hơn. Các chất phân tán trong giai đoạn này là những chất tương tự như chất hoạt động bề mặt, với một nhóm neo chất màu ở một đầu và một đoạn tương thích với nhựa ở đầu kia. Hầu hết các phân tử chỉ có một điểm neo chất màu.

Xét về mặt cấu trúc, chúng có thể được chia thành ba loại:

(1) các dẫn xuất axit béo, bao gồm amit axit béo, muối amit axit béo và polyete axit béo. Ví dụ, các axit béo biến tính với các khối được BYK phát triển vào những năm 1920-1930, được kết hợp với các amin mạch dài để thu được Anti-Terra U. Cũng có P104/104S của BYK với các nhóm chức cuối cao dựa trên phản ứng cộng DA. BESM® 9116 của Shierli là chất phân tán chống kết tụ và là chất phân tán tiêu chuẩn trong ngành công nghiệp bột trét. Nó có khả năng thấm ướt tốt, đặc tính chống lắng đọng và độ ổn định khi bảo quản. Nó cũng có thể cải thiện các đặc tính chống ăn mòn và được sử dụng rộng rãi trong sơn lót chống ăn mòn. BESM® 9104/9104S cũng là một chất phân tán kết tụ có kiểm soát điển hình với nhiều nhóm neo. Nó có thể tạo thành cấu trúc mạng khi phân tán, rất hữu ích trong việc kiểm soát sự lắng đọng sắc tố và màu nổi. Vì nguyên liệu thô dùng để sản xuất chất phân tán có nguồn gốc từ axit béo không còn phụ thuộc vào nguyên liệu hóa dầu, nên chúng có thể tái tạo được.

(2) Polyme este axit photphoric hữu cơ. Loại chất phân tán này có khả năng neo đậu phổ quát cho các sắc tố vô cơ. Ví dụ, BYK 110/180/111 và BESM® 9110/9108/9101 của Shierli là những chất phân tán tuyệt vời để phân tán titan dioxit và các sắc tố vô cơ, với khả năng giảm độ nhớt, phát triển màu sắc và hiệu suất lưu trữ vượt trội. Ngoài ra, BYK 103 và BESM® 9103 của Shierli đều cho thấy ưu điểm giảm độ nhớt và độ ổn định lưu trữ tuyệt vời khi phân tán hỗn hợp mờ.

(3) Polyete béo không ion và ete polyoxyetylen alkylphenol. Khối lượng phân tử của loại chất phân tán này thường nhỏ hơn 2000 g/mol, và tập trung nhiều hơn vào việc phân tán các sắc tố và chất độn vô cơ. Chúng có thể giúp làm ướt các sắc tố trong quá trình nghiền, hấp phụ hiệu quả trên bề mặt các sắc tố vô cơ và ngăn ngừa sự phân lớp và kết tủa của sắc tố, đồng thời có thể kiểm soát sự kết tụ và ngăn ngừa màu nổi. Tuy nhiên, do khối lượng phân tử nhỏ, chúng không thể tạo ra lực cản không gian hiệu quả, cũng như không thể cải thiện độ bóng và độ rõ nét của màng sơn. Các nhóm neo ion không thể được hấp phụ trên bề mặt các sắc tố hữu cơ.

Chất phân tán có trọng lượng phân tử cao
Năm 1970, các chất màu hữu cơ bắt đầu được sử dụng với số lượng lớn. Các chất màu phthalocyanine của ICI, chất màu quinacridone của DuPont, chất màu ngưng tụ azo của CIBA, chất màu benzimidazolone của Clariant, v.v. đều được công nghiệp hóa và thâm nhập thị trường vào những năm 1970. Các chất làm ướt và phân tán có trọng lượng phân tử thấp ban đầu không còn đủ khả năng ổn định các chất màu này, và các chất phân tán có trọng lượng phân tử cao mới bắt đầu được phát triển.

Loại chất phân tán này có trọng lượng phân tử từ 5000-25000 g/mol, với số lượng lớn các nhóm neo sắc tố trên phân tử. Chuỗi chính polymer cung cấp khả năng tương thích rộng, và chuỗi bên được solvat hóa tạo ra lực cản không gian, do đó các hạt sắc tố được phân tán hoàn toàn và ở trạng thái ổn định. Chất phân tán có trọng lượng phân tử cao có thể ổn định nhiều loại sắc tố và giải quyết hoàn toàn các vấn đề như màu bị nổi và vón cục, đặc biệt là đối với các sắc tố hữu cơ và carbon đen có kích thước hạt nhỏ và dễ bị vón cục. Các chất phân tán có trọng lượng phân tử cao đều là chất phân tán chống vón cục với nhiều nhóm neo sắc tố trên chuỗi phân tử, có thể làm giảm mạnh độ nhớt của bột màu, cải thiện độ bền màu, độ bóng và độ sống động của sơn, và cải thiện độ trong suốt của các sắc tố trong suốt. Trong hệ thống gốc nước, chất phân tán có trọng lượng phân tử cao có khả năng chống nước và chống xà phòng hóa tuyệt vời. Tất nhiên, chất phân tán có trọng lượng phân tử cao cũng có thể có một số tác dụng phụ, chủ yếu đến từ giá trị amin của chất phân tán. Giá trị amin cao sẽ dẫn đến tăng độ nhớt của hệ thống epoxy trong quá trình bảo quản; Rút ngắn thời gian kích hoạt của polyurethane hai thành phần (sử dụng isocyanat thơm); giảm khả năng phản ứng của hệ thống đóng rắn bằng axit; và làm suy yếu tác dụng xúc tác của chất xúc tác coban trong alkyd khô trong không khí.

Xét về cấu trúc hóa học, loại chất phân tán này chủ yếu được chia thành ba loại:

(1) Chất phân tán polyurethane trọng lượng phân tử cao, là các chất phân tán polyurethane điển hình. Ví dụ: BYK 160/161/163/164, BESM® 9160/9161/9163/9164, EFKA 4060/4061/4063, và thế hệ chất phân tán polyurethane mới nhất BYK 2155 và BESM® 9248. Loại chất phân tán này xuất hiện tương đối sớm và được sử dụng rộng rãi. Nó có đặc tính giảm độ nhớt và phát triển màu tốt cho các sắc tố hữu cơ và carbon đen, và từng trở thành chất phân tán tiêu chuẩn cho các sắc tố hữu cơ. Thế hệ chất phân tán polyurethane mới nhất đã cải thiện đáng kể cả đặc tính giảm độ nhớt và phát triển màu. BYK 170 và BESM® 9107 phù hợp hơn cho các hệ thống xúc tác axit. Chất phân tán này không có giá trị amin, giúp giảm nguy cơ vón cục trong quá trình bảo quản sơn và không ảnh hưởng đến quá trình sấy khô của sơn.

(2) Chất phân tán polyacrylate. Các chất phân tán này, chẳng hạn như BYK 190 và BESM® 9003, đã trở thành chất phân tán tiêu chuẩn phổ biến cho các lớp phủ gốc nước.

(3) Chất phân tán polymer phân nhánh cao. Các chất phân tán phân nhánh cao được sử dụng rộng rãi nhất là Lubrizol 24000 và BESM® 9240, là các amit + imide dựa trên polyester mạch dài. Hai sản phẩm này là sản phẩm được cấp bằng sáng chế, chủ yếu dựa vào khung polyester để ổn định sắc tố. Khả năng xử lý muội than của chúng vẫn rất tốt. Tuy nhiên, polyester sẽ kết tinh ở nhiệt độ thấp và cũng sẽ kết tủa trong sơn thành phẩm. Vấn đề này có nghĩa là 24000 chỉ có thể được sử dụng trong mực in. Tóm lại, nó có thể cho thấy khả năng phát triển màu sắc và độ ổn định rất tốt khi được sử dụng để phân tán muội than trong ngành công nghiệp mực in. Để cải thiện khả năng kết tinh, Lubrizol 32500 và BESM® 9245 lần lượt xuất hiện. So với hai loại đầu tiên, chất phân tán polymer phân nhánh cao có cấu trúc phân tử hình cầu và các nhóm liên kết sắc tố có nồng độ cao, thường có khả năng phát triển màu sắc vượt trội và khả năng giảm độ nhớt mạnh hơn. Khả năng tương thích của chất phân tán polyurethane có thể được điều chỉnh trong phạm vi rộng, chủ yếu bao gồm tất cả các loại nhựa alkyd từ dầu dài đến dầu ngắn, tất cả các loại nhựa polyester bão hòa và nhựa acrylic hydroxyl, và có thể ổn định hầu hết các loại muội than và chất màu hữu cơ có cấu trúc khác nhau. Vì vẫn còn một số lượng lớn các loại khác nhau trong khoảng trọng lượng phân tử 6000-15000, khách hàng cần sàng lọc về khả năng tương thích và lượng thêm vào.

Chất phân tán trùng hợp gốc tự do có thể kiểm soát
Sau năm 1990, nhu cầu thị trường về chất phân tán sắc tố tiếp tục được cải thiện và có những đột phá trong công nghệ tổng hợp polymer, dẫn đến sự phát triển thế hệ chất phân tán trùng hợp gốc tự do có kiểm soát mới nhất.

Phương pháp trùng hợp gốc tự do có kiểm soát (CFRP) có cấu trúc được thiết kế chính xác, với một nhóm neo ở một đầu của polymer và một đoạn hòa tan ở đầu kia. CFRP sử dụng cùng các monome như phương pháp trùng hợp thông thường, nhưng do các monome được sắp xếp đều đặn hơn trên các đoạn phân tử và sự phân bố khối lượng phân tử đồng đều hơn, nên hiệu suất của chất phân tán polymer tổng hợp có một bước tiến vượt bậc. Nhóm neo hiệu quả này cải thiện đáng kể khả năng chống vón cục của chất phân tán và khả năng phát triển màu sắc của chất màu. Đoạn hòa tan chính xác giúp chất phân tán có độ nhớt khi nghiền bột màu thấp hơn và khả năng bổ sung chất màu cao, đồng thời chất phân tán có khả năng tương thích rộng rãi với nhiều loại vật liệu nền nhựa khác nhau.

Sự phát triển của các chất phân tán sơn phủ hiện đại có lịch sử chưa đến 100 năm. Trên thị trường hiện có nhiều loại chất phân tán dành cho các loại bột màu và hệ thống khác nhau. Nguồn nguyên liệu chính của chất phân tán vẫn là nguyên liệu hóa dầu. Việc tăng tỷ lệ nguyên liệu tái tạo trong chất phân tán là một hướng phát triển rất triển vọng. Từ quá trình phát triển, chất phân tán ngày càng trở nên hiệu quả hơn. Cho dù đó là khả năng giảm độ nhớt hay khả năng phát triển màu sắc và các khả năng khác đều được cải thiện đồng thời, quá trình này sẽ tiếp tục trong tương lai.

Công ty Nanjing Reborn New Materials cung cấpChất phân tán làm ướt cho sơn và chất phủ, bao gồm một số cái tên trùng khớp với Disperbyk.