Лакокрасочные материалы строительного назначения

Натурные испытания фасадных покрытий

При производстве и применении фасадных красок постоянно сравнивают чисто акриловые и стиролакриловые дисперсии. Ответы на вопросы по выбору дисперсий, сходство и различие двух типов акриловых дисперсий обсуждаются ниже.

Проведено сравнительное изучение красок на основе акриловой и стиролакриловой дисперсий [82], характеристики которых приведены в табл. 17.

Таблица 17

Одна испытываемая краска содержала смесь диоксида титана и желтого железооксидного пигмента, другая — смесь красного и желтого железооксидных пигментов, характеристики которых приведены в табл. 18. В качестве наполнителя использовали смесь кальцита (карбонат-кальция) и талька в соотношении 83:17. Краски наносили в 2 слоя с расходом 300 г/м2 на асбоцементные подложки, предварительно загрунтованные водно-дисперсионной грунтовкой.

Таблица 18

Панели размещали на стенде, ориентированном на юг под углом 45°, так как экспериментально установлено, что такое положение эквивалентно выдержке на вертикальной поверхности, но испытание проходит в 2–2,5 раза быстрее. Через установленные интервалы времени покрытия фотографировали и определяли степень меления (DIN 53159) и изменение цвета (DIN 6174).

Влияние типа дисперсии и ОКП Старение покрытий под воздействием атмосферы — это процесс, при котором УФ-излучение и влага вызывают деструкцию пленкообразователя на поверхности покрытия, в результате чего частицы пигмента и наполнителя остаются незащищенными. Внешне это проявляется в так называемом эффекте меления покрытий, таким образом степень меления является мерой атмосферостойкости. В соответствии с международными методиками меление оценивают по шкале от 1 (сильное меле-ние) до 10 баллов (отсутствие меления), причем в интервале 10–6 баллов отсутствует изменение цвета. Российским ГОСТ 9.401 предусмотрена оценка декоративного вида покрытий после испытаний на стойкость к воздействию климатических факторов от 1 (без изменения) до 5 баллов. Натурные испытания покрытия на основе чисто акриловых и стиролакриловых дисперсий с ОКП в красках 35,45 и 55% продолжались в течение 9 лет. Данные о мелении фасадных покрытий кремового цвета при испытании их атмосферостойкости представлены в табл. 19.

Таблица 19

При ОКП 45% влияние типа дисперсии очень незначительно: после 2 лет выдержки степень меления составляла всего 8 баллов. Величина ОКП больше влияет на атмосферостойкость покрытий, чем тип дисперсии. При сравнении степени меления покрытий с различными ОКП видно, что после 2 лет экспозиции изменения почти одинаковы для обеих дисперсий, однако при ОКП 35% степень меления составляет 9 баллов, а при 55% — только 7.

Меление и вместе с ним выцветание становятся более заметными после 9 лет экспозиции: меление для всех покрытий достигает 5–6 баллов, при этом содержание пигмента не имеет большого значения. Покрытия на основе красок с высокой ОКП на вертикальной поверхности (стене) проявляют тенденцию к мелению и выцветанию раньше, чем на поверхностях, расположенных на южной стороне под углом, так как грязь из воздуха адсорбируется на таких поверхностях быстрее, а она защищает полимер от воздействия УФ-излучения. Однако этот эффект исчезает при многолетней выдержке. Влияние соотношения пигментов и наполнителей Цветные пигменты с хорошей укрывистостью (оксид железа) для снижения себестоимости красок часто используют в смеси с большим количеством наполнителя. Следует отметить, что наполнитель, располагаясь на поверхности покрытия и рассеивая свет, также может повышать укрывистость, так как разница в коэффициентах преломления воздуха и наполнителя (= 0,6) больше, чем воздуха и дисперсии (= 0,5). Были испытаны покрытия кремового цвета на основе красок, изготовленных на дисперсии одного типа с ОКП 45 и 55% и различным соотношением пигмента и наполнителя. Фасадные покрытия, содержащие большое количество наполнителя, подвержены преждевременному выцветанию. Это не обязательно означает, что на начальной стадии фотохимической деструкции полимера происходит сильное меление, так как частицы пигмента и наполнителя могут быть ещё сильно связаны пленкообразователем. Поэтому после 5 лет экспозиции фотометрически определяли изменение цвета покрытий, оценивая общее различие цвета E*. Полученные данные, приведенные в табл. 20, свидетельствуют, что краски с большим содержанием наполнителя (90%) выцветают быстрее.

Таблица 20

Влияние типа наполнителя Большинство фасадных красок содержат наполнитель, так как они не только делают рецептуру более экономичной, но и придают покрытию определенные свойства, в частности, улучшают реологические характеристики, оптимизируют распределение частиц диоксида титана, обеспечивают укрывистость сухой пленки, позволяют получать необходимую текстуру и повышают устойчивость покрытия к истиранию. Большинство наполнителей — неорганические соединения различного химического состава. В табл. 21 приведены минералы, наиболее часто используемые в качестве наполнителей.

Таблица 21

При изучении влияния наполнителя на атмосферостойкость фасадных покрытий в рецептуре красок меняли только тип наполнителя, оставляя без изменения тип дисперсии, ОКП, цвет и соотношение пигмент: наполнитель = 30:70. Результаты определения степени меления после 3,5 лет экспозиции приведены в табл. 22.

Из всех наполнителей лишь кальцит, доломит и барит вызывают незначительное меление покрытий (8–9). Наполнители, содержащие большое количество оксида кремния (см. табл. 21), вызывают значительное меление. Есть некоторое различие в мелении покрытий разного цвета: красно-коричневые покрытия, не содержащие диоксида титана, имеют меньшую степень меления при применении в качестве наполнителя слюды, кварца или талька. В ходе испытаний было установлено, что атмосферное старение покрытий в течение 4,5 лет на стойке под углом 45° эквивалентно старению в течение 10 лет на вертикальной стене. Проведенные атмосферные испытания показали, что в случае исполь зования для наружных работ различие между чисто акриловыми и старо лакриловыми красками с ОКП 35–55% отсутствует. В рецептурах таких материалов важно применять оптимальную ОКП и соотношение пигмент: наполнитель (30:70). При выборе наполнителя следует помнить, что не вызывают выцветания кальцит, доломит и барит. Значение КОКП для чисто акриловых сополимеров несколько ниже, чем для стиролакриловых.

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.