Диспергаторы для водных систем - Лаборатория Локальных Технологий

Современные технологии производства лакокрасочной продукции, пластмасс и многие другие области промышленности, где изготавливают смеси веществ из исходных компонентов, требуют использования добавок, придающих смесям те или иные технические и технологические параметры. Добавки представляют собой сложного строения химические соединения, обладающие специфическими свойствами. Обычно к добавкам относятся: диспергатры, пеногасители, добавки розлива, загустители, тарные и пленочные консерванты, платистификаторы, коалесценты и т.п. Наличие добавок в смесях определяет качество готовой продукции, удобство ее использования, а также обеспечивают соответствие тем или иным технолологическим параметрам используемого оборудования.
Производство добавок, как правило, является сложным технологичесим процессом, требующим использование дорогостоящего оборудования, а также применение опасных исходных веществ, используемых в синтезе, например, полуокиси этилена или пропилена, производных хлорсиланов, акриловых мономеров и т.д. Организация производства такого рода продукции  сопряжено с большими капиталовложениями в оборудование, технологии (ноу хау), автоматизацию, страхование экологических рисков.  Лидерами в разработке и производстве добавок на сегодняшний день являются интернациоанльные компании: BYK, Evonic, Dow, Troy и др. Эти концерны, производящие колоссальный спектр добавок всевозможного назначения, распространяют свою продукцию по всему миру, в том числе и в Россию.
Если речь идет о создании качествененной конкурентоспособной продукции, использование вышеупомомянутых высокотехнологичных добавок для производства этой продукции совершенно необходимо. И вот здесь мы подходим некоему качественному уровню понимания проблемы. Дело все в том, что добавки, посталяемые из зарубежа, как правило, достаточно дорогие. Следовательно, по Законам пропорциональности и синергии они могут быть использованы преймущественно при производстве относительно дорогой продукции, или, по крайней мере, продукции средней ценовой категории. Иными словами, дорогостоящие добавки в продукцию эконом-класса не добавить, т.к. они вносят ощутимый вклад в себестоимость. Поэтому, часто возникает ситуация, когда морнизация состава продукции (введение новых добавок, повышающих качествопродукции) приводит к значительному её удорожанию, и, следовательно, не целесообразна.
У нас имеется несколько разработок, позволяющих производить добавки, в частности диспергаторы, в обычных условиях, без применения сложного оборудования и опасных веществ в несколько раз меньшей стоимостью, чем покупные импортные.

Диспергаторы - это вспомогательные вещества, которые добавляются в пигментные пасты или непосредственно в смесь компонентов для интенсифицирования процесса диспергирования пигментов и наполнителей в жидкой фазе. Кроме того, диспергаторы улучшают смачивание твердых частиц (порошков), снижают вязкость пигментных паст, а также обеспечивают стабильность получаемой суспензии против флокуляции частиц. Применение качественных диспергаторов уменьшает время приготовления пигментной пасты, таким образом, снижает потребление энергоресурсов (элеткричества, охлаждаемой воды и т.п.).
Принцип работы основан на адсорбции части молекулы диспергатора на поверхности диспергируемых частиц, тогда как другая часть молекулы является родственной по отношению к дисперсной среде, и формировании вокруг частиц электростатического слоя (иногда и лиофильного слоя), прерятствующих (вследствие броуновского движения) сближению частиц и их слипанию (флокуляции). Иными словами, молекула диспергатора состоит из блоков раличной природы, одни из которых имеют сродство к к поверхности твердых частиц, а другие - к дисперсной среде.

Диспергатор для водно-дисперсионной системы

Синтез диспергатора из эпоксидной смолы

В тех случаях, когда стоит задача диспергирования минеральных пигментов и наполнителей, таких как, диоксид титана, железооксидные пигменты, карбонат кальция, тальк, барит, диспергатор на основе полиакриловой кислоты и триполифосфат натрия  вполне справляются со своей задачей. Сложности возникают когда необходимо диспергировать смеси фталоцианинового пигмента, диоксида титана и наполнителей. Для такого рода пигментных паст применяют диспергаторы Disperbyk 190 или TEGO Dispers 757. К сожалению, формулы этих патентованных дорогостоящих диспергаторов засекречены и мы можем только угадывать их строение. Сами производители заявляют, что это эфиры дикарбоновых кислот, кроме того, известно, что молекулярная масса диспергатора около 70 000 и в молекуле содержатся блоки полиоксиэтилированных звеньев.
Фталоцианиновый пигмент относится к органическим пигментам, молекула которого состоит из большого количества ароматических групп и положительно заряженных центров атомов азота. Диспергаторы на основе полиакриловой кислоты, по всей видимости, не содержат групп с достаточным сродством к ароматическим группам и атомам азота, поэтому не эффективны.
Диспергатор Д-1 для диспергирования фталоцианинового пигмента (в смеси с диоксидом титана и минеральными наполнителями) мы можем синтезировать из эпоксидных смол и отечественного сырья по технологии, которая реализуема в обычных реакторах с мешалкой и подогревом. Химическая формула изображена на рисунке ниже.

Рисунок 2. Формула диспергатора Д-1

Как мы видим молекула диспергатора представляет собой соль акриловой кислоты и катионактивного блоксополимера, в свою очередь являющегося аддуктом на основе эпоксидных смол и моноэтаноламина. Голубым цветом обозначены гидрофильные функциональные группы, ответственные за растворимость соединения в воде. Серым цветом выделены группы, имеющие хорошее сродство к ароматическим и конденсированным кольцам. Красным цветом выделены положительно заряженные ионы четвертичного аммония, зеленым - карбоксильная группа акриловой кислоты, несущая отрицательный заряд. Группы, несущие положительный и отрицательный заряды образуют ионную связь, чем обеспечивают хорошую адсорбцию на поверхности минеральных пигментов и наполнителей. Таким образом, диспергатор Д-1 эффективно работает и с органическими и минеральными пигментами, что позволяет получать устойчивые против флокуляции пигментные пасты, дающие интенсивные оттенки экономии дорогостоящих органических пигментов.