Лакокрасочные материалы строительного назначения

Фасадные краски с высоким значением ОКП

В ряде случаев, особенно исходя из соображений экономичности, выпускают высоконаполненные фасадные краски со значением ОКП > 50% вплоть до КОКП.

Такие фасадные краски обычно применяют при реставрации зданий для окрашивания оштукатуренных поверхностей, поэтому покрытия на их основе должны обладать отличной паропроницаемостью.

Для изучения свойств фасадных покрытий на основе красок с высокой ОКП были использованы типичные коммерческие продукты типа Ак и Ак/С. В качестве ”жестких” мономеров применяли метилметакрилат и стирол, в качестве ”мягкого” мономера – бутилакрилат. В табл. 26 приведены состав и характеристики используемых дисперсий.

Таблица 26

Сополимеры Ак/С 2а и Ак/С 2б имеют одинаковый мономерный состав, но для их получения применяли различные эмульгирующие системы, а для нейтрализации после полимеризации — различные нейтрализаторы. Дисперсия Ак/С 2а была нейтрализована аммиаком, а Ак/С 26 — гидроксидом натрия. На основе указанных сополимеров получали фасадные краски с ОКП 40–60%, т.е. интервал значений включал ОКП-как выше, так и ниже критической.

Рецептуры исследованных красок приведены в табл. 27 в соответствии с последовательностью загрузки. Независимо от МТП пленкообразователя все краски содержали растворитель для предотвращения различий во времени высыхания и имели массовую долю нелетучих веществ 58,8%. Были проведены лабораторные и натурные испытания и определены изменение цвета (значения Е*, L*, a*, b*), меление и грязеудержание покрытий.

В табл. 28–30 приведены результаты лабораторных испытаний покрытий на основе фасадных красок, полученных по рецептурам табл. 27 с ОКП 40, 50 и 60% соответственно.

Из приведенных в таблицах данных следует, что водопоглощение свободных пленок уменьшается с увеличением МТП пленкообразователя независимо от типа сополимера. Как и предполагалось, водопоглощение покрытий на основе Ак-сополимеров выше, чем на основе Ак/С. Удивительно, но Пк на основе дисперсии Ак/С 2б, нейтрализованные гидроксидом натрия, имеют более низкие водопоглошение и паропроницаемость по сравнению с Пк на основе Ак/С 2а. Это соблюдается во всем интервале значений ОКП. Паропроницаемость покрытий на основе сополимера Ак/С 26 лучше, чем Ак/С 2а.

Показано, что паропроницаемость и капиллярная адсорбция покрытий на основе «мягких» акриловых сополимеров лучше, чем «твердых». Так, покрытия на основе краски, содержащей «мягкий» сополимер Ак/С1, с ОКП ниже критического значения (40 и 50%) характеризуются более низкими значениями водопоглощения и более высокой паропроницаемостью, чем покрытия на основе «твердого» сополимера Ак/С. Эти результаты нельзя распространять на все «мягкие» стиролакриловые пленкообразователи без проведения соответствующих испытаний. В случае использования чисто акриловых сополимеров снижение их МТП приводит к повышению водопоглощения свободных пленок, а при повышении МТП сополимеров водопоглощение снижается. Следует отметить, что свободные пленки применяют для определения «нормального», отчасти теоретического водопоглощения, так как они никогда не используются в практике. Для покрытий это правило не соблюдается, так как применяется другой метод определения водопоглощения. Для оценки капиллярной абсорбции и паропроницаемости покрытий краску наносили на минеральную подложку или на Natronkraft-Paper. Пленкообразование на песчанике в лабораторных условиях хорошо моделирует процесс пленкообразования на реальных фасадах зданий.

Водонепроницаемость покрытий, содержащих чисто акриловые пленкообразователи, снижается при повышении ОКП с 40 до 50%. Измерения капиллярной абсорбции и водопоглощения показали, что для покрытий на основе стиролакриловых сополимеров не наблюдается понижения водонепроницаемости при увеличении ОКП до 50%.

Свободные пленки на основе красок с ОКП 60% для обоих типов сополимеров оказались слишком хрупкими для проведения физико-механических испытаний и определения водопоглощения.

Покрытия на основе Ак-сополимеров независимо от ОКП имеют более высокую паропроницаемость, чем соответствующие покрытия на основе Ак/С-пленкообразователей. Интересно отметить, что для покрытий на основе красок, содержащих Ак/С-сополимеры, при увеличении ОКП с 40 до 60% капиллярное водопоглощение повышается очень незначительно, тогда как для покрытий на основе Ак-сополимеров оно возрастает очень сильно. В покрытиях с низким содержанием пленко-образователя (ОКП=60%) капиллярная абсорбция понижается при повышении МТП сополимера. Это особенно проявляется в случае фасадных красок на основе «твердых» Ак/С-сополимеров с ОКП выше критического значения. Отличие в значениях прочности при разрыве для пленок, содержащих сополимеры разного типа, очень незначительно при одинаковой МТП дисперсий. Эластичность свободных пленок, характеризующаяся удлинением при разрыве, выше для пленок на основе Ак/С-сополимеров, чем на АК.

Натурные климатические испытания покрытий были проведены в Лимбургерхоффе на юге Германии. Для определения атмосферостойкости покрытий в-качестве щелочного субстрата была выбрана цементно-волокнистая панель, предварительно загрунтованная водно-дисперсионной грунтовкой. Испытывали двухслойные покрытия, нанесенные с расходом краски 300 г/м2 Панели помещали на южную поверхность испытательного стенда под углом 45°. Через каждые 12 мес. экспозиции делали фотографии, по которым определяли меление покрытий по DIN 53159 и грязеудержание по DIN 6174.

Изменение цвета (E*) покрытий в зависимости от времени экспозиции для красок с ОКП 50% приведено на рис. 39. Так как вид кривых для покрытий на основе красок с различными значениями ОКП одинаков, далее рассмотрим только покрытия на основе красок с ОКП 50%.

При увеличении МТП пленкообразователей значение E* уменьшается, что также подтверждается исследованиями непигментированных сополимеров [85]. Изменение цвета покрытий на основе чисто акриловых сополимеров значительнее, чем для покрытий, содержащих стиролакриловые пленкообразователи. При использовании чисто акриловых сополимеров слабое изменение цвета покрытий наблюдается непрерывно. Для стиролакриловых пленкообразователей зависимость имеет U-образную форму при экспозиции в течение одного и двух лет, после третьего года испытаний цвет покрытий на основе Ак/С 26 изменяется меньше, чем для покрытий, содержащих Ак/С 2а. На рис. 40 показано изменение значения L* в зависимости от времени экспозиции и типа дисперсии. После одного года испытаний значение L* для покрытий на основе чисто акриловых пленкообразователей выше, чем стиролакриловых, что подтверждается данными грязеудержания для чисто акриловых сополимеров, представленных в табл. 31.

Значения L* для покрытий на основе Ак-сополимеров увеличиваются из-за их меления, тогда как тот-же показатель для покрытий на основе Ак/С-дисперсий достигает предельного значения после двух натурных испытаний и более не меняется.

Грязеудержание и L*-составляющая изменяют внешний вид Пк и на основе Ак/С пленкообразователей. Интересно сравнение сополимеров Ак/С2а и Ак/С2б, имеющих одинаковый мономерный состав: Е* и изменений значения L* для сополимера Ак/С 26 не столь значительны, как для Ак/С 2а. результаты определения грязеудержания также показали, что этот показатель для Ак/С 2 б ниже, чем для Ак/С 2а.

Изменение второго компонента E*-значения b*-характеризующего степень пожелтения покрытий, приведено на рис. 41. Полученные данные свидетельствуют, что несмотря на различие состава Ак/С-сополимеров, при повышении их МТП (увеличении содержания стирола в сополимере) не наблюдается тенденции к пожелтению покрытий.

Против предполагаемого, покрытия на основе пленкообразователей Ак/С 2а и Ак/С 2б имеют более низкую тенденцию к пожелтению, чем покрытия, содержащие Ак/С 1. Изменение третьего компонента Е* — значения, а* — приведены на рис. 42.

Цвет всех покрытий с увеличением времени экспозиции все больше сдвигается в зеленую область спектра, что иллюстрируется снижением значения, а*. Это можно объяснить ростом числа микроорганизмов на поверхности панели с течением времени, так-как испытываемые краски содержат только тарный консервант, но не содержат фунгицидов или альгицидов. Данные, представленные в табл. 31, свидетельствуют также, о том что при повышении ОКП красок увеличивается тенденция покрытий к мелению. После одного года испытаний для покрытий на основе красок с ОКП 60% уже проявляется меление, тогда как у покрытий на основе красок с ОКП 40 и 50% нет признаков деструкции пленкообразователя. Эффект меления увеличивается по мере продолжительности испытаний. Покрытия на основе чисто акриловых сополимеров имеют меньшее меление, чем стиролакриловые. В любом случае покрытия на основе пленкообразователя Ак 2 имеют большее меление, чем на Ак 1. Соответствующие показатели для стиролакриловых сополимеров (Ак/С 1, Ак/С 2а и Ак/С 26) не имеют значительных отличий. Таким образом, для фасадных красок с высоким значением ОКП удалось установить следующие зависимости:

• водопоглощение свободных пленок снижается с увеличением МТП дисперсии и не зависит от типа сополимера;
• капиллярное водопоглощение возрастает с увеличением МТП дисперсии;
• покрытия на основе акриловых дисперсий характеризуются более высокими значениями капиллярного водопоглощения и паропроницаемости, чем на стиролакриловых;
• покрытия, содержащие чисто акриловые сополимеры, подвергаются большему изменению цвета при натурных испытаниях, чем стиролакриловые, причем повышение МТП (Тст) дисперсии приводит к усилению цветового различия.
• увеличение ОКП красок повышает меление покрытий при эксплуатации в условиях открытой атмосферы.

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.

Пленкообразование дисперсий Finndisp (Forcit)

Многие российские производители ВД-ЛКМ работают с продукцией фирмы Forcit (Финляндия), выпускающей широкий ассортимент водных дисперсий акриловых и стиролакриловых сополимеров. К их числу относятся дисперсии Finndisp A 10, А 2001 и 2002, А 05 и другие.

Пленкообразование дисперсий отечественного производства

В последние годы на российском рынке появились водно-дисперсионные акриловые и стиролакриловые сополимеры достаточно высокого качества, изготавливаемые российскими предприятиями. К ним относятся дисперсия «Новопол» («Новоплант», Дзержинск), серия продуктов под торговой маркой «Лакротэн» (ООО «Оргхимпром», Дзержинск), дисперсия 252 (ОАО «Пигмент», Тамбов) и продукты, выпускаемые ООО «Ленхозторг» (С.-Петербург).

Требования к лакокрасочным материалам и покрытиям на их основе

ВД-Л КМ, особенно применяемые в строительстве и быту, должны легко наноситься кистью, валиком, распылителями, в ряде случаев наливом или погружением, не стекать при отверждении с вертикальных поверхностей и не оседать при хранениии. Для формирования покрытий с хорошими декоративными свойствами при различных условиях нанесения краски должны обладать отличным розливом и способностью к пленкообразованию при температурах 5–30°С.

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 %:

Компоненты рецептур водно-дисперсионных ЛКМ

В зависимости от области применения ЛКМ строительного назначения и покрытия на их основе должны удовлетворять различным требованиям. Например, к материалам, применяемым для внутренних работ, предъявляют более жесткие требования по наличию запаха, тогда как для фасадных красок это не столь важно, так как основное значение при их использовании имеет атмосферостойкосгь покрытий.

Пленкообразователи

Получение и функции пленкообразователей в рецептурах ВД-ЛКМ были рассмотрены в главе 1. Ниже отметим наиболее важные техническиe требования, предъявляемые к современным пленкообразователям в зависимости от области применения ЛКМ и типа окрашиваемой поверхности:

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.

Наполнители

Наполнители — неорганические соединения, имеющие более низкий коэффициент преломления, чем пигменты (согласно DIN 55943, 55945 значение коэффициента преломления для наполнителей менее 1,7). Перечень стандартных пигментов и наполнителей различных кристаллических форм и значения их коэффициентов преломления приведены в табл. 15. Большинство наполнителей — это природные минералы: кальцит, мел, доломит, каолин, тальк, слюда, диатомитовая земля, барит, кварц. Но некоторые из них получены реакцией осаждения (карбонат кальция или сульфат бария, пирогенный диоксид кремния). Плотность обычных наполнителей составляет 2,5–2,8, барита — 4 г/см³.

Функциональные добавки

Функциональные добавки — это вспомогательные вещества, применяемые для улучшения процессов пленкообразования и нанесения ЛКМ, повышения стабильности и долговечности красок и покрытий, а также для придания им каких-либо специальных свойств. Основные используемые в настоящее время добавки можно разделить по их назначению на следующие группы:

Основные требования

Как говорят старые мастера-отделочники, краска хороша настолько, насколько хороша поверхность, на которую её наносят. Поэтому для выравнивания дефектов подложки и улучшения адгезии отделочного покрытия на окрашиваемую поверхность (древесину, металл и минеральные строительные материалы) в качестве «подслоя» наносят специальные пигментированные или непигментированные грунты. В данной главе рассмотрены грунты по минеральным подложкам.

Водно-дисперсионные грунты на основе акриловых дисперсии

Раньше фунты изготавливали из растворов полимеров (олигомеров), так как они хорошо проникают внутрь пористых подложек и повышают их прочность на достаточную глубину.

Рецептуры грунтов

Непигментированные фунты с хорошей проникающей способностью содержат приблизительно 10% нелетучих веществ и состоят, как правило, из следующих компонентов.

Лакокрасочные материалы для наружных работ

ЛКМ для наружных отделочных работ включают фасадные краски, материалы для минеральных подложек, окрашивания древесины и для текстурированных покрытий. Фасадные краски в свою очередь могут быть водно-дисперсионными, силикатными или силиконовыми. В данной главе рассмотрены белые классические водно-дисперсионные фасадные краски.

Фасадные краски, содержащие органические растворители

Так как в рецептурах водно-дисперсионных фасадных красок используют широкий ассортимент дисперсий различного состава и Тст, они могут содержать значительное количество коалесцентов, являющихся органическими растворителями.

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.

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.

Рецептуры красок на основе стиролакриловых и акриловых дисперсий

В результате определения и анализа параметров, влияющих на атмосферостойкость фасадных покрытий, предложены рецептуры фасадных красок на основе стиролакриловой дисперсии с массовой долей нелетучих веществ 66% и ОКП 50% (ниже КОКП), и чисто акриловой дисперсии, с массовой долей нелетучих веществ 58% и ОКП 41% (ниже КОКП), представленные, соответственно в табл. 32 и 33. В качестве примеров пленкообразователей выбраны дисперсии Acronal. Рецептуры приводятся в порядке рекомендуемой загрузки.

Лакокрасочные материалы для глянцевых покрытий

ВД-ЛКМ для глянцевых покрытий — это высококачественные материалы, предназначенные для декоративной отделки, образующие покрытия с различным блеском.

Пленкообразователи для красок, образующих глянцевые покрытия

Обычно в качестве пленкообразователей для красок этого типа используют акриловые дисперсии с небольшим размером частиц, массовой долей нелетучих веществ 45–50%, Тст = 15-50С, содержащие в некоторых случаях до 30% стирола. Их выбор зависит от области применения и требований к атмосферостойкости покрытия. Твердые полимеры с высокой Тст используют в рецептурах красок для высокоглянцевых интерьерных покрытий с высокой устойчивостью к царапанию и слипанию. Такие композиции требуют высокого содержания коалесцента (до 10%).

Диоксид титана и процесс диспергирования для красок, образующих глянцевые покрытия

Отрицательное влияние пигментирования на блеск вследствие повышения неровности покрытия обсуждалось выше. Поэтому ясно, что высокий блеск покрытий можно обеспечить только краска с минимальной дисперсностью (рис. 45).

Свойства акриловых водно-дисперсионных красок для глянцевых покрытий

Качество водно-дисперсионных красок, образующих глянцевые покрытия, приближается к качеству традиционных алкидных эмалей, однако по некоторым показателям последние ещё имеют преимущества. В табл. 37 приведены сравнительные свойства водно-дисперсионных акриловых и органоразбавляемых алкидных красок.

Лакокрасочные материалы для внутренних работ

К ЛКМ для внутренних работ относятся краски, используемые для отделочных работ внутри помещений, покрытия на основе которых не подвергаются атмосферному воздействию и УФ-облучению. Как правило, к ним относятся ЛКМ, используемые для окрашивания бетонных, оштукатуренных поверхностей и ДВП, образующие матовые покрытия.

«Пигментная емкость» критическая объемная концентрация пигмента

Пигментная емкость — это способность дисперсии «соединять» пигменты и наполнители, образуя пленку с определенными потребительскими свойствами.

Если в рецептуре краски ОКП < КОКП, образуется сплошная пленка, а при ОКП > КОКП образуется пленка с открытыми порами. Чем выше КОКП краски, обусловленная свойствами дисперсии, тем меньшее её количество требуется для достижения желаемых потребительских свойств, т.е. КОКП определяет экономичность пленкообразователя.

Укрывистость мокрой и высушенной пленки

Укрывистость — это способность ЛКМ скрывать цвет подложки. Желательно, чтобы укрывистость краски была более высокой, что позволит сократить расход материала. Укрывистость зависит от различия коэффициентов преломления используемых материалов (дисперсии, пигментов и наполнителей): чем больше разница, тем выше укрывистость (рис. 48). Значения коэффициентов преломления для основных сырьевых компонентов приведены в табл. 40.