Лакокрасочные материалы строительного назначения

Пигменты

В рецептурах ВД-ЛКМ используют не только для обеспечения необходимых укрывистости и цвета покрытий, но и повышения атмосферостойкости и стойкости к действию УФ-излучения. В настоящее время наиболее широко применяемым белым пигментом является диоксид титана благодаря более высокому коэффициенту преломления, чем у оксида и сульфида цинка и литопона. Последние мало используются, потому что не обеспечивают высокой белизны и укрывистости покрытия, более склонны к мелению. Обычно их применяют в рецептурах специальных фунгицидных покрытий для защиты каменной кладки.

В качестве цветных пигментов можно использовать как органические, так и неорганические соединения. Благодаря более высокой светостойкости, химической стабильности, лучшей диспергируемости в рецептурах ВД-ЛКМ применяют преимущественно неорганические пигменты, например оксиды железа или хрома.

Органические пигменты, как правило, используют в виде пигментных паст для колерования красок.

Кроме того, в последнее время в качестве пигментов применяют так называемые белые органические пигменты, представляющие собой непрозрачные частицы непленкообразующих полимерных дисперсий размером 300–400 нм, имеющих большое количество стирольных и карбоксильных групп. Частицы полимера имеют пустоты, заполненные воздухом, остающиеся в высушенном покрытии. Из-за различия коэффициентов преломления полимера и воздуха свет рассеивается и покрытие становится непрозрачным. Кроме того, благодаря оптимальным размерам непрозрачные частицы разделяют частицы диоксида титана, обеспечивая лучшее его распределение в отвержденном покрытии.

Такие непленкообразующие полимеры обычно получают методом двух-стадийной эмульсионной полимеризации, протекающей с образованием частиц типа ядро — оболочка. Ядро содержит полимер, насыщенный карбоксильными группами, а оболочка — твердый полимер с высоким содержанием стирола и высокой температурой стеклования, практически не содержащий карбоксильных групп. После завершения полимеризации и добавления аммиака вещество ядра сильно набухает в воде. В процессе сушки покрытия вода и аммиак испаряются и в ядре образуются пустоты, заполненные воздухом, или поры.

Органические белые пигменты в настоящее время используют для частичной замены дорогого диоксида титана в рецептурах латексных красок. Применение их в рецептурах отделочных материалов ограничено из-за неявного преимущества в цене и невозможности получать глянцевые покрытия. Диоксид титана встречается в природе в трех кристаллических структурах: брукит, анатаз и рутил. Брукит технического значения не имеет. Модификации отличаются формой кристаллических решеток и имеют разные коэффициенты преломления: рутил — 2,70, анатаз — 2,55. Более высокий коэффициент преломления обеспечивает пигменту рутильной модификации большую укрывистость, что является его основным преимуществом по сравнению с анатазом. Кроме того, более высокая фотохимическая активность пигмента анатазной формы приводит к тому, что покрытия с его применением менее устойчивы к действию УФ-излучения и мелению. Таким образом, диоксид титана анатазной модификации может быть использован только в рецептурах красок для внутренних работ. Применение более дорогой ругильной модификации позволяет повысить укрывистость красок и стойкость покрытий к действию УФ-излучения, т.е. в рецептурах ЛКМ для наружных работ необходимо использовать только рутилъную форму диоксида титана.

Цветные пигменты, применяемые в рецептурах ВД-ЛКМ, могут быть неорганическими (оксиды или сульфиды железа, кадмия, хрома, свинца, молибдат свинца, кобальт синий, газовая сажа) и органическими (фталоциани — новые, азопигменты, хинокридоны, перилены, карбазолы). Более дешевые неорганические пигменты обеспечивают высокую устойчивость покрытий к УФ-излучению, но не позволяют получать краски ярких цветов. Для наружных покрытий целесообразно применять только оксиды металлов. Во многих случаях это способствует повышению устойчивости покрытий к действию щелочей. По экологическим причинам в настоящее время оксиды железа являются основными используемыми цветными неорганическими пигментами. Токсичные соединения свинца и кадмия в некоторых случаях можно заменить ванадатом висмута.

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.