Лакокрасочные материалы строительного назначения

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 = 15-50°С, 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%).

Чтобы удовлетворять высоким экологическим требованиям (например, для получения знака «Голубой ангел» в Германии), ЛКМ должен содержать не более 10% растворителя, а количество остаточных мономеров должно составлять < 0,05%, что легко выполнимо для чисто акриловых сополимеров благодаря высокой конверсии (мет)акриловых мономеров в процессе эмульсионной полимеризации.

В настоящее время производители дисперсий для таких красок предлагают многофазные полимеры с низким содержанием растворителей, позволяющие получать покрытия с высокой твердостью, устойчивостью к слипанию и эластичностью [89, 90]. В качестве альтернативного варианта используют смеси очень мягких и твердых стеклоподобных дисперсий, например Finndisp A2001 и, А 2002 [91–93].

Благодаря высокому содержанию дисперсии и низкой ОКП акриловые краски для высокоглянцевых покрытий удовлетворяют высоким требованиям по устойчивости к слипанию. Так, покрытие толщиной 200 — 400 мкм мокрого слоя после 5–24 ч сушки при комнатной температуре не липнет в течение 24 ч при температуре до 60°С под нагрузкой до 400 г/м². Устойчивость к слипанию окрашенных поверхностей удовлетворительна, если Тст сополимера достаточно велика или при добавлении в дисперсию непленкообразующего полимера [90]. Химическая стойкость и устойчивость к слипанию глянцевых акриловых покрытий могут быть повышены за счет добавления сшивающих агентов. По этой причине акриловые дисперсии для производства глянцевых красок делают самосшивающимися.

Покрытия на основе водно-дисперсионных акриловых красок ещё не достигли уровня блеска покрытий на основе органоразбавляемых алкидных ЛКМ. Более низкий блеск является следствием недостаточной ровности и гладкости поверхности покрытий на основе ВД-ЛКМ. Причиной является природа пленкообразователя, механизм пленкообразо-вания и более высокая псевдопластичность водно-дисперсионных красок.

Для получения покрытий с высоким блеском акриловая дисперсия должна иметь частицы небольших размеров [94]. Это гарантирует их хорошую коалесценцию и получение гладкой поверхности в процессе пленкообразования. Однако если дисперсия слишком мелкая, она имеет более высокий уровень псевдопластичности, что отрицательно влияет на блеск покрытия. Оптимальный размер частиц дисперсии для получения глянцевых покрытий составляет 80–200 нм.

Качество покрытия и, таким образом, блеск можно несколько повысить путем снижения молекулярной массы сополимера. Повышение показателя преломления полимера также приводит к увеличению блеска покрытия, однако может вызывать снижение укрывистости краски из-за уменьшения различия с показателем преломления пигмента. В табл. 36 приведены значения показателей преломления различных гомополимеров.

В некоторых случаях в дисперсии для производства глянцевых красок вводят 1–30% стирола. При заданных размерах частиц и системе стабилизации стиролсодержащие дисперсии могут быть использованы для получения покрытий с блеском на 10% больше, чем при применении чисто акриловых дисперсий.

Исследования показали [95], что выбор рН и нейтрализующего агента (аммиак, гидроксид натрия и др.), используемого при производстве дисперсии, также влияет на блеск покрытий.

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.