|
|
|
DISPERSANTI SI AGENTI DE UMECTARE - PRODUSE ECOLOGICE CU PROPRIETATI SUPERIOARE
Alchilfenoletoxilatii sunt surfactanti neionici cu proprietati foarte bune de emulsifiere, dispersare si umectare [73]. O perioada, acesti agenti s-au folosit in compozitii de tipul : agenti de curatare, aditivi pentru textile, emulgatori pentru uleiuri la aschierea si gaurirea metalelor, etc.
Figura 3.67. Nonilfenoletoxilatul
In industria vopselelor se folosesc pentru dispersarea pigentilor si materialelor de umplutura in sistemele pe baza de apa [73].
Faptul ca produsele de degradare ale unor astfel de surfactanti au un efect daunator asupra vietuitoarelor acvatice precum si suspiciunea ca ar putea sa influenteze fertilitatea organismelor cu care acestea vin in contact, a determinat mai multe tari sa reduca utilizarea unor astfel de substante sau chiar sa le interzica.
Incepand din 2003 a intrat in vogoare, in Comunitatea Europeana, prin Directiva 76/769/EEC Anexa 1, restrictii privind promovarea si utilizarea lor in unele aplicatii ca: agenti de spalare industriala si casnica, cosmetice, industria hartiei, emulsifianti. Restrictiile nu se refera inca si la industria de produse de acoperire, din consdiderente legate de utilizarea relativ redusa din acesta industrie. Chiar si asa, politica industriei de vopsele si a furnizorilor de materii prime este sa se lucreze in modul cel mai ecologic, si oricum, exista factori tehnici care sustin neutralizarea surfactantilor neionici.
Avantajele pe care le confera alchilfenoletoxilatii sunt date de proprietatile excelente de umectare, pretul convenabil al materiilor prime care se folosesc la fabricarea acestora si faptul ca punctul de curgere scazut care il caracterizeaza, permite utilizarea acestor polimeri intr-o forma care nu contine solventi.
Utilizarea alchilfenoletoxilatilor (APEO) are si cateva dezavantaje.
Pentru ca se vorbeste despre agentii de umectare neionici, capacitatea acestora de absorbtie superficiala pe pigmenti polari este mai putin eficienta decat cea a pigentilor de umectare incarcati electric, ceea ce inseamna ca trebuie sa se foloseasca cantitati semnificativ mai mari. Datorita masei moleculare relativ scazute pe care o au, de maximum 1000 g/mol, acest tip de agenti de umectare nu poate sa creeze o bariera sterica suficient de protectiva in jurul particulei de pigment [74].
Produsele de degradare ale APEO pot afecta fertilitatea omului si animalelor.
In timpul degradarii biologice a polimerului, pe langa etilen glicol se mai produce si un alchilfenol, care este relativ stabil la degradare in mediul inconjurator si prin urmare poate patrunde in lantul produselor alimentare si se absoarbe in organism odata cu acestea.
Structura sa chimica este similara cu cea a scheletului de estrogen, cu dihidrofoliculina/estradiol - cel mai eficient reprezentant al acestui grup de hormoni din organismul uman.
Figura 3.68. Produsele de degradare
Receptorii estrogenului recunosc structura alchilfenolului si il preiau in loc de estrogen, chiar daca eficienta alchilfenolilor este mai scazuta dacat a estrogenului cu un factor de circa 1000. In concluzie, influenta acestora asupra fertilitatii organismelor nu se poate elimina complet.
Se stie ca in cele mai multe cazuri dispersiile apoase de pigmenti se pot stabiliza prin respingere electrostatica. Totusi, acest mecanism nu functioneaza intotdeauna in cazul amestecurilor de pigmenti organici. Motivul il constituie potentialele electrice ξ (zeta) diferite ale pigentilor.
In plus, ionii straini sau alte impuritati pot sa impiedice echilibrul sarcinilor electrice, generand un proces nedorit de floculare [73].
Metodele moderne de stabilizare a pigentilor au la baza principiul impiedicarii sterice - chiar si in mediu apos.
Figura 3.69. Mecanismele de stabilizare
Acest principiu se bazeaza pe prezenta unui strat protector de polimer care inconjoara particulele de pigment si previne coleziunea cauzata de miscarea Browniana si deci a oricarui contact final permanent.
O conditie importanta care trebuie indeplinita pentru obtinerea unei impiedicari sterice eficiente, este ca in jurul particulei de pigment sa se formeze o pelicula cu grosimea de cel putin 100 Å. Acest lucru se poate realiza daca se foloseste un polimer cu masa moleculara foarte mare.
Se crede ca polimerii cu masa moleculara cuprinsa intre 10 000 si 15 000 g/mol (de 10-30 ori mai mare decat cea mentionata anterior in cazul surfactantilor neionici) si care contin cel putin 2, de preferat chiar mai multe, grupari de ancorare per molecula, au cele mai bune proprietati. In tabelele 3.70 si 3.71 de mai jos sunt ilustrate structurile chimice posibile [73].
Figura 3.70. Structura chimica a PUR (poliuretan)
Figura 3.71. Structura chimica a poliacrilatului
Polimerii indicati mai sus trebuie solubilizati in apa prin deprotonarea grupelor functionale carboxil. Se prefera aminele volatile, cum ar fi DMEA (dimetiletanol amina) sau AMP - 90 (aminometilpropanol). Volatilitatea acestor amine confera avantajul ca acestea se evapora in timpul procesului de uscare. Dupa evaporarea agentilor de neutralizare, prin reconstructia succesiva a gruparilor carboxil, liantul devine rezistent la apa. Chiar si asa, daca se foloseste un asemenea agent de neutralizare, trebuie ca valoarea pH-ului sistemului nu scade sub 8. Datorita prezentei aminelor, un astfel de sistem nu este lipsit de SOLVENTI ORGANICI VOLATILI (VOC) (compusi organici volatili) si acesta face ca acest sistem sa nu aiba aplicabilitate universala.
Ultimele descoperiri au avut ca scop obtinerea solubilitatii in apa a intregului polimer acrilat prin incluziune selectiva a portiunilor de lant solubile in apa, solubilitate care se pierde apoi treptat la uscarea fizica a peliculei de vopsea. Se presupune ca in timpul fazei de uscare, adica in medii care trec de la caracterul hidrofil la cel hidrofob, aceste portiuni ale lanturilor polimerice isi pierd solubilitatea in apa in urma procesului de aglomerare. In acesta faza, grupele polare ale acestor portiuni de lant polimeric sunt foarte apropiate, astfel incat fortele interne dipolare din stratul interior combinate cu actiunea protectoare a componentelor hidrofobe prezente in stratul exterior, pot produce o solubilitate ireversibila in apa.
Ca rezultat, forma solubila in apa a poliacrilatilor devine independenta de pH, ceea ce inseamna ca dispersantul are aplicatie universala. Deoarece nu se folosesc nici amine volatile nici alti agenti de neutralizare, sistemul nu va mai contine compusi organici volatili - nici polimerii folositi si nici produsele lor de degradare nu sunt daunatoare mediului inconjurator.
Inversarea polaritatii in timpul procesului de uscare, poate conduce la formarea unei mici cantitati de pasta de pigment pe marginile agitatorului, pasta care este dificil sau imposibil de dizolvat. Totusi, aceste particule se pot indeparta printr-o simpla filtrare [74].
Figura 3.72. Structura chimica a poliacrilatilor « inteligenti »
Polimerii cu masa moleculara mare utilizati in dispersiile de pigmenti au la baza principiul deja verificat al « pigentilor ancorati ». Toti polimerii contin compusi de azot care pot adera pe pigmentii anorganici prin intermediul legaturilor ionice sau al legaturilor de hidrogen.
Absorbtia de pigmenti organici este semnificativ mai dificila, datorita polaritatii lor scazute. Chiar si asa, aceleasi « grupari de ancorare » se adsorb pe pigmentii organici datorita fortelor electrostatice sau conform principiului « afinitatii chimice ».
Figura 3.73. Pigmentii organici
In sectorul vopselelor decorative, Do-it-yourself si pentru vopsele pentru constructii, destul de frecvent inca se mai folosesc coloranti pe baza de alchilfenoletoxilati cu diferite valori ale HLB si monoetilenglicol cu rol de cosolventi. Acesti coloranti se folosesc la nuantarea vopselelor apoase si uneori chiar a celor pe baza de solvent [73].
Tabelul 3.68. Reteta de vopsea apoasa
Ca o alternativa la acesti coloranti, prin folosirea unui dispersant de tipul celor deja mentionate, se poate formula o noua generatie de coloranti care nu contin nici alchilfenoletoxilat nici glicol.
Ca un avantaj suplimentar, rasina dispersanta are proprietati autoemulgatoare. Acesta permite ca aceste concentrate pigmentare formulate fara compusi organici volatili, adica in locul solventului se foloseste numai apa, sa poate fi inca utilizate fara nici un fel de probleme in vopselele pe baza de solventi. Ele pot fi incorporate folosind omogenizatoare tip « shaker » fara a mai fi necesara o agitare mecanica clasica.
Tabelul 3.69. Concentrate pigmentare fara compusi organici volatili (SOLVENTI ORGANICI VOLATILI (VOC)), care se folosesc in vopselele apoase si in cele pe baza de solvent
Alchilfenoletoxilatii nu au fost inca interzisi in industria vopselelor, dar din considerente ecologice nu ar mai trebui utilizati.
Dispersantii moderni pe baza de polimeri acrilati cu masa moleculara mare, ofera avantaje tehnice suplimentare, cum ar fi rezistenta la apa si proprietati superioare de defloculare.
In prezent se pot obtine concentrate pigmentare sau formulari finale care nu contin solventi si amine si aduc contributii importante la protectia mediului inconjurator.
