Лакокрасочные материалы строительного назначения

«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.

На величину КОКП влияют практически все компоненты рецептуры: дисперсия, пигменты и наполнители.

Влияние дисперсии. Основным фактором, влияющим на КОКП, является размер частиц дисперсии: с его уменьшением КОКП возрастает. Исследования, проведенные на модельных соединениях, показали, что для сополимера одного химического состава при переходе от дисперсий с крупными частицами к мелким КОКП повышается на 5% [99]. В случае использования дисперсий различного химического состава с одинаковым размером частиц КОКП = 63%, для сополимеров винилацетата = 66%, для сополимеров винилацетата с этиленом и для стиролакриловых сополимеров = 68% (рис. 47), т.е. значение КОКП может меняться на 5–15% в зависимости от типа используемой полимерной дисперсии.

Аналогичные эксперименты были проведены с применением в рецептуре краски наполнителя Socal ^® 2b, наполнителя Microdol ^® 1 и диоксида титана Kronos ^® 2043b. Соотношение пигмент: наполнитель = 40:60. Результаты исследования влияния типа дисперсии и наполнителя на КОКП, приведенные в табл. 38 [100], свидетельствуют, что КОКП меняется на 10 — 15% в зависимости от типа пленкообразователя и наполнителя.

Из полученных данных следует, что правильный выбор химического состава и размера частиц дисперсии может существенно повысить КОКП и, таким образом, сделать рецептуру более экономичной.

Следует отметить, что применение стиролакриловых дисперсий с мелкими частицами позволяет достичь высокой КОКП, что не удается при использовании сополимеров других типов. Выбор пигмента и наполнителя также существенно влияет на КОКП.

Влияние пигмента. Исследовали влияние диоксида титана с различной поверхностной обработкой на КОКП красок. Чтобы более отчетливо показать влияние пигмента на КОКП, было выбрано соотношение пигмент: наполнитель = 40:60. Для исследования в качестве наполнителей использовали измельченный осажденный карбонат кальция Socal ^® P2h (размер частиц 0,3 мкм, маслоемкость 26) или крупно-зернистый доломит Microdol ^® la (размер частиц 7 мкм, маслоемкость 11). КОКП определяли при помощи GILSONITE-теста. Показано, что мелкий наполнитель обеспечивает более низкую КОКП, чем крупный.

Интервал значений КОКП, в котором пигменты могут влиять на её величину, составляет приблизительно 7 единиц. Это означает, что даже сильно отличающиеся способом обработки поверхности пигменты меняют значение КОКП в очень узком интервале [100] (рис. 47).

Влияние наполнителя. Обычно в рецептурах водно-дисперсионных красок используют смесь наполнителей, составляющих основную часть рецептуры в количественном отношении. Чтобы сделать выводы о влиянии наполнителей на КОКП, необходимо выяснить, как воздействует на этот показатель каждый из них. Исследованные наполнители приведены в табл. 39.

Влияние наполнителей на КОКП изучали при соотношении пиг-мент: наполнитель = 10:90. Для предварительных экспериментов были выбраны три наполнителя из приведенных в табл. 39 с различными размерами частиц: мелкий осажденный карбонат кальция (№ 8), крупный доломит (№ 9) и карбонат кальция со средним размером частиц (№ 4). На рис. 47 приведены результаты испытаний [101]. Различные формы трех семейств кривых обусловлены тремя размерами частиц (влияние марки диоксида титана настолько незначительно, что им можно пренебречь). При уменьшении размера частиц наполнителя КОКП снижается. Чем мельче наполнитель и выше маслоемкость, тем ниже КОКП. Однако на рис. 47 приведены некоторые исключения из этого правила: мелкий наполнитель № 8 позволяет достичь КОКП 50–52%, а более крупные наполнители № 4 и № 9 — 62–65%. При помощи трех наполнителей с различными размерами частиц получают КОКП, различающиеся на 15% [100].

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.