Лакокрасочные материалы строительного назначения

Объемная концентрация пигментов и методы ее опередения

Наиболее важным параметром, характеризующим рецептуру краски, является объемная концентрация пигментов (ОКП). Эта величина представляет собой отношение объема пигментов и наполнителей общему объему отвержденного (сухого) покрытия, выраженное в %:

окп = (объем пигментов и наполнителей × 100) / (объем пленкообразователя + объем пигментов и наполнителей)

Чем больше величина ОКП, тем меньше пленкообразователя содержит краска. Величиной ОКП принято характеризовать только краски, содержащие мелкодисперсные наполнители. Для штукатурок и шпатлевок, в состав которых входят наполнители с большим размером частиц, ОКП не рассматривают, так как эта величина в данном случае не отражает реального соотношения жидких и твердых компонентов в рецептуре.

Критическая объемная концентрация пигментов (КОКП) — это концентрация пигментов, при которой пленкообразователь в покрытии ещё полностью смачивает частицы пигментов и наполнителей и заполняет все промежутки между ними [44–50], что обеспечивает получение гладкого ровного покрытия. При превышении КОКП в рецептуре краски на поверхности покрытия появляются открытые поры (пустоты), так как пленкообразователь способен образовывать только отдельные мостики и точки соприкосновения между частицами пигмента и наполнителя.

Чем выше КОКП, достигаемая при использовании определенного типа пленкообразователя, тем меньшее его количество требуется для достижения нужных свойств покрытия. Следовательно, КОКП определяет экономичность применения пленкообразователя. Способность пленкообразователя к «связыванию» пигментов и наполнителей с получением покрытия, обладающего определенными свойствами, часто называют пигментной емкостью пленкообразователя.

К сожалению, не существует абсолютного метода определения пигментной емкости пленкообразователя из-за относительности данного понятия. Во многих случаях это свойство оценивают по числу циклов влажного истирания (DIN 53 778) для покрытия, полученного на основе краски, содержащей определенное количество пленкообразователя. Более объективный метод оценки пигментной емкости пленкообразователя — определение КОКП.

Величина КОКП обусловлена, с одной стороны, химической природой пленкообразователя, с другой — размером частиц пигментов и наполнителей.

Как правило, при использовании стиролакриловых дисперсий с небольшим размером частиц значение КОКП в рецептурах красок достигается при более высоких объемных концентрациях пигментов, чем при использовании дисперсий с более крупными частицами или Дисперсий других сополимеров.

Количество пленкообразователя, требующегося для наилучшего смачивания конкретных пигментов и наполнителей, обусловлено их маслоемкостью, увеличивающейся при уменьшении размера частиц и зависящей также от химической природы и кристаллической структуры пигмента. КОКП акриловых дисперсий для стандартных наполнителей обычно составляет 45–60%.

Многие свойства покрытий значительно ухудшаются при превышении КОКП в рецептуре краски. Например, резко возрастают водопоглощение, проницаемость водных паров и диоксида углерода, укрывистость и хрупкость, снижаются блеск и устойчивость покрытий к влажному истиранию. В табл. 13 приведены свойства покрытий в зависимости от ОКП краски.

Таблица 13

Необходимо отметить, что значение ОКП косвенно определяет блеск и области использования красок. На рис. 17 приведены типичные области применения акриловых красок и блеск покрытий в зависимости от ОКП [51]. Основной областью применения стиролакриловых дисперсий являются высоконаполненные краски с ОКП > 40%. При ОКП ниже 30%, т.е. врецегаурах красок для глянцевых и полуматовых покрытий, предпочтительно использовать чисто акриловые дисперсии из-за более высокой стойкости к УФ-излучению. Чисто акриловые дисперсии целесообразно применять в рецептурах материалов с ОКП 0–45%, используемых для окрашивания древесины, получения глянцевых покрытий, отделки фасадов, а также в составах пигментных паст.

КОКП в рецептуре красок можно оценить по определенным свойствам лакокрасочных пленок, например поверхностному натяжению, пористости, паропроницаемости, устойчивости покрытия к влажному истиранию, блеску, укрывистости как функции ОКП.

КОКП определяют, исходя из общих изменений измеряемой переменной или по изменению свойств при увеличении ОКП. Этот метод имеет хорошую воспроизводимость. Серии образцов для оценки ОКП готовят смешением определенного количества пигментных паст с разным (увеличивающимся) содержанием пленкообразователя. Свойства лакокрасочных пленок и покрытий определяют как функцию от ОКП. В подготовительных тестах для получения предварительного значения КОКП используют большие интервалы ОКП. Затем, уменьшая интервалы ОКП, более точно оценивают значение КОКП.

Наиболее простыми методами оценки КОКП являются метод определения поверхностного натяжения пленки, разработанный компанией «КРОНОС», и GILSONITE-тест. Они позволяют достаточно быстро получать хорошо воспроизводимые значения КОКП.

Поверхностное натяжение пленки определяется по частичному скручиванию специальных бумажных окрашенных полос и имеет максимальное значение при КОКП.

GILSONITE-тест фиксирует резкое увеличение пористости пленки при достижении КОКП. Для проведения этого теста водно-дисперсионную краску наносят на поливинилхлоридную пленку толщиной мокрой пленки 300 мкм. Высушенное покрытие на 7 сек погружают на ½ высоты в 10%-ный коричневый или черный раствор натурального асфальта в уайт-спирите, затем быстро промывают уайт-спиритом, до того как промывная жидкость не станет бесцветной. После высушивания покрытия методом колориметрии определяют различия в цвете (AL) погруженной и непогруженной частей покрытия. Резкое увеличение различия в цвете свидетельствует о достижении КОКП, так как в этом случае пористость покрытая сильно возрастает и поглощение цветного раствора становится максимальным.

Лакокрасочные материалы строительного назначения

Введение

Е. Е. Казакова, к.т.н. О. Н. Скороходова
«Водно-дисперсионные акриловые лакокрасочные материалы строительного назначения»: М.: изд-во ООО «Пэйнт-Медиа». — с. 136: табл. 44, ил. 54.

Водно-дисперсионные пленкообразователи, их свойства и способы получения

Полимеры в воде могут существовать в виде раствора или дисперсии. Для растворения в воде макромолекулы полимера должны содержать ионные группы (карбоксильные, аммониевые) или значительное количество неионных гидрофильных групп либо сегментов (гидроксильные, карбонильные, аминнные, амидные группы и/или полиэфирные цепи). Если гидрофильность полимерной молекулы недостаточна для образования истинных растворов (гидрозолей), несколько полимерных макромолекул ассоциируются в крупные агрегаты и образуют вторичные коллоидные системы — гидрогели. Ещё более крупные агрегаты полимерных частиц образуют дисперсии (эмульсии). Основные свойства водных систем полимеров, используемых в технологических процессах, приведены в табл. 1.

Эмульсионная полимеризация

Наиболее важными типами пленкообразователей являются сополимеры, получаемые радикальной сополимеризацией, свойства которых могут быть заданы определенными сочетаниями различных мономеров (а, б-ненасыщенных органических соединений).

Полиакрилаты, акриловые и стиролакриловые сополимеры

Полимерные акриловые дисперсии делятся на акриловые и стиролакриловые. Акриловые — дисперсии полимеров, полученных из акриловых или метакриловых мономеров, стиролакриловые — при сополимеризации производных акриловой (метакриловой) кислоты со стиролом. В табл. 3 приведены характеристики мономеров, используемых для получения дисперсий обоих типов. Так как акриловую кислоту и её производные получают из пропана, метакриловую и её эфиры — из 2-гидрокси-2-метилпропилонитрила, изобутана или изобутиральдегида в результате многостадийных процессов, эти мономеры более дороги, чем стирол и винилацетат. Поэтому акриловые сополимеры дороже стиролакриловых и сополимеров винилацетата.

Свойства пленкообразователей, используемых для ЛКМ

Основными показателями водных дисперсий, предназначенных для изготовления ЛКМ, являются:

• содержание нелетучих веществ (полимера);
• наличие гелей и микрогелей (крупинок);
• размер частиц;
• вязкость;
• значение рН;
• коллоидная стабильность (к сдвигу, воздействию электролитов, циклам замораживание — оттаивание);
• МТП (или Тст);
• молекулярная масса сополимера;
• поверхностное натяжение;
• содержание остаточных мономеров и летучих веществ (запах);

Влияние технологических параметров получения пленкообразователей на их свойства

Рецептура акриловых пленкообразователей, получаемых методом эмульсионной полимеризации, столь же сложна, как и рецептура ЛКМ на их основе. Характеристики получаемого сополимера и возможность его использования в составе тех или иных ЛКМ зависят от мономерного состава, инициатора, эмульгаторов, буферной системы, агента передачи цепи, используемых при проведении эмульсионной полимеризации, а также от таких параметров процесса, как давление, температура и время.

Общие закономерности

Пленкообразование для дисперсий протекает значительно сложнее, чем для растворов полимеров, и рассматривается как процесс ликвидации межфазной границы полимер — среда на поверхности подложки при одновременном удалении дисперсионной среды. Внешними признаками этого процесса являются уменьшение объема и оптической плотности пленок (для непигментированных материалов) и увеличение их объемного электрического сопротивления. Различают три фазы пленкообразования водных дисперсий, схематично изображенные на рис. 6.

Пленкообразование дисперсий Acronal (BASF)

Типичной стиролакриловой дисперсией, выпускаемой фирмой BASF, является продукт Acronal 290 D. Эта дисперсия предназначена для изготовления ЛКМ строительного назначения, которыми можно окрашивать древесину, штукатурку, асбоцемент, бетон, образующих покрытия с различным блеском (от высокоглянцевых до матовых) и эксплуатирующихся как внутри помещений, так и в атмосферных условиях. Кроме того, на основе этой дисперсии можно выпускать клеевые составы различного назначения, нетканые материалы и текстильные пропиточные составы.

Пленкообразование дисперсий Primal (Rohm & Haas)

Из широкого ассортимента акриловых дисперсий, выпускаемых одним из крупнейших химических концернов Rohm & Haas, остановимся на продукте Primal E-822K — акриловой дисперсии, предназначенной для использования в составе лаков и красок для окрашивания бетонных, оштукатуренных, деревянных, шиферных поверхностей, эксплуатирующихся в промышленности и быту.

Пленкообразование дисперсий Rhodopas (Rhodia)

Одной из широко представленных на российском рынке стиролакриловых дисперсий является продукт Rhodopas DS 910, выпускаемый французской фирмой Rhodia. Это дисперсия анионного типа, устойчивая к пенообразованию, не содержащая алкилфенолэтоксильных ПАВ, с повышенной «пигментной емкостью» (более подробно это понятие рассматривается в гл. 3), позволяющая получать водо- и атмосферостойкие покрытия с хорошими деформационно-прочностными свойствами.