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.