Лакокрасочные материалы строительного назначения

Фасадные краски, не содержащие растворителей

В настоящее время возрастает спрос на водно-дисперсионные ЛКМ, не содержащие даже небольших количеств растворителя. Это требование может быть удовлетворено при использовании дисперсий с МТП ниже 5°С. К таким продуктам могут относиться как акриловые, так и стиролакриловые сополимеры.

Как было отмечено выше, атмосферостойкость покрытий, содержащих диоксид титана и не содержащих его, различна. В литературе приведены результаты изучения покрытий на основе ЛКМ, содержащих акриловые сополимеры с различной МТП и диоксид титана, полученный различными способами.

В качестве пленкообразователей использовали три типичных стиролакриловых сополимера с показателями, приведенными в табл. 23.

Исследовали свободные пленки и покрытия на основе фасадных красок с ОКП 45%, содержащих различные дисперсии и разные виды диоксида титана рутильной формы. Рецептуры красок приведены в табл. 24,

Характеристики диоксида титана четырех крупнейших производителей этого пигмента приведены в табл. 25. В ходе испытаний атмосферостойкости определяли меление и выцветание покрытий через определенные промежутки времени.

Краски на основе «мягкой» дисперсии не содержат растворителя (коалесцента) и аммиака. Покрытия на основе красок 1–3 с различными марками диоксида титана прошли ускоренные климатические испытания. На рис. 34 приведены результаты определения степени меления покрытий на основе краски, содержащей «мягкую» стиролакриловую дисперсию [84]. Покрытия на основе красок, содержащих две другие дисперсии, показали аналогичные результаты.

Из данных рисунка видно, что степень меления увеличивается с течением времени, хотя в некоторых случаях даже после 250 ч испытаний наблюдали степень меления, равную 2. После 750 ч испытаний для всех покрытий независимо от типа дисперсии и используемых пигментов, степень меления составила 5 баллов. На рис. 35 приведены степени меления для покрытий на основе всех трех дисперсий с каждым исследуемым пигментом после 500 ч испытаний на Ксенотесте-1200. Наибольшую тенденцию к мелению во всех случаях проявляют краски на основе «средней» дисперсии. Вопреки ожиданиям тенденции к мелению для покрытий, содержащих «мягкую» и «жесткую» дисперсии аналогичны.

В процессе ускоренных климатических испытаний не удалось установить корреляции между Тст дисперсии и тенденцией к мелению. Следует обратить внимание на то, что испытания проводили при температуре выше Тст всех дисперсий. Ускоренные климатические испытания показали, что влияние типа диоксида титана и его поверхностной обработки на долговечность покрытий значительно выше, чем влияние типа дисперсии.

Натурные испытания фасадных покрытий проводили на асбоцементных подложках. Установлено [84], что изменения цвета после двухлетней экспозиции в условиях открытой атмосферы (рис. 36) более значительны, чем при ускоренных климатических испытаниях, так как при испытании в натурных условиях сказывается влияние общей загрязненности атмосферы. При натурных атмосферных испытаниях, также как и при ускоренных, не обнаружено корреляции между жесткостью сополимера, определяемой содержанием в нем стирола, и изменением значений Е*.

На рис. 37 приведено изменение яркости (L*) покрытий на основе красок, содержащих «мягкую» стиролакриловую дисперсию, после двух лет натурных испытаний. Для покрытий на основе других дисперсий получены аналогичные зависимости. За исключением ЛКМ, соде щих пигменты Р7, Р14 и Р16, покрытия на основе «мягкой» дисперсий имеют чуть более высокие значения L* по сравнению с двумя другими сополимерами, при этом различия не заметны человеческому глазу. Возникающее различие объясняется тем, что «мягкие» полимеры обладают более высоким грязеудержанием, чем твердые аналогичной химической структуры, поэтому меньше подвержены деструкции [85]. На практике самые низкие значения L* показали все покрытия на основе «средней» стиролакриловой дисперсии.

На рис. 38 приведены результаты определения меления после двух лет натурных испытаний. Покрытия, содержащие пигменты Р13 и Р15, характеризуются степенью меления 5 независимо от дисперсии. Аналогичные значения степени меления получены для покрытий на основе «жесткой» дисперсии, за исключением тех, в которых использованы пигменты Р2, РЗ, Р4, Р10 и Р11. При сравнении данных по изменению Цвета покрытий при ускоренных и натурных испытаниях было отмечено, что загрязнение покрытий защищает поверхность от разрушения.

Кроме того, результаты натурных испытаний показали, что Тст дисперсии влияет на степень меления: покрытия на основе более «жестких» дисперсий имеют большую тенденцию к мелению.

Таким образом, проведенные климатические испытания позволили установить следующие зависимости, которые необходимо учитывать при разработке фасадных ЛКМ:

• атмосферостойкость фасадных покрытий на основе акриловых дисперсий с различной МТП в большей степени зависит от характеристик применяемого диоксида титана, чем от типа дисперсии;
• изменения цвета после 1000 ч в искусственном климате ниже, чем после двух лет натурных испытаний. Ускоренные испытания приводят к более сильному мелению, чем натурные;
• не найдено прямой корреляции между Тст дисперсии, используемой в рецептуре, и грязеудержанием, мелением и деструкцией покрытия как при натурных, так и при ускоренных испытаниях.

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.