Водные дисперсии полимеров
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 щдрофильность полимерной молекулы недостаточна для образования истинных растворов (гидрозолей), несколько полимерных макромолекул ассоциируются в крупные агрегаты и образуют вторичные коллоидные системы — гидрогели. Еще более крупные агрегаты полимерных частиц образуют дисперсии (эмульсии). Основные свойства водных систем полимеров, используемых в технологических процессах, приведены в табл. 1 [1].
Дисперсия — многофазная система, в которой по крайней мере одна фаза существует в виде микроскопических частиц (дисперсная фаза жидкая или твердая) внутри однородной фазы (дисперсионной среды — жидкой или газообразной). Дисперсии, у которых и дисперсионная среда, и дисперсная фаза жидкие, называются эмульсиями.
В водных дисперсиях полимеров дисперсная фаза состоит из сферических полимерных частиц диаметром менее 1 мкм, а дисперсионной средой является вода. Водные дисперсии полимеров представляют собой молочно-белые жидкости с различной вязкостью. В 1 мл дисперсии пол имера содержится около 1015 частиц, каждая из которых состоит из 1—10 ООО макромолекул, а каждая макромолекула включает около 108 блоков (мономерных единиц) [2—5].
Дисперсии полимеров термодинамически неустойчивы. Полимерные частицы имеют тенденцию к минимизации внутренней площади поверхности путем агломерации, коагуляции или оседания. Для предотвращения этих явлений используют разные стабилизаторы, но несмотря на это различные внешние воздействия (встряхивание, сильное пере-
|
■•;! Система |
Внешний вид ' - Я « V " - .'-г.. «її Л.'.' .. :■■''■ г. ' |'| і ' — .л " • ' ' ■ |
■ , w. v-', Молекули рная масса |
Размер частиц, мкм |
Типчастиц 0 |
■; Добавка "'л. |
|
Раствор (гидрозоль) |
Прозрачная жидкость |
20 ООО |
0,01 |
Ионные молекулы |
Нейтрализующий агент (амин, кислота) |
|
Вторичная Коллоидная Дисперсия |
Почти прозрачная жидкость |
10 000 |
0,1 |
Клубок из большого числа молекул |
Незначительное количество нейтрал изующег о агента |
|
Эмульсия (суспензия) |
Жидкость от прозрачной до молочно - белого цвета |
20 000- 50 000 |
0,1 |
Капли или гранулы |
Эмульгатор |
|
Первичная дисперсия |
Жидкость молочно - белого цвета |
100 000 |
0,05—5 |
Почти Сферические Полимерные Чатицы |
Эмульгатор, стабилизтор |
Мешивание и т. п.) могут дестабилизировать дисперсии, что приводит к их коагуляции.
Полимерные дисперсии делятся на первичные и вторичные. Первичные — получают полимеризацией мономеров в жидкой фазе (эмульсионная полимеризация в воде), вторичные — путем эмульгирования при перемешивании готового полимера, например раствора олигомер- ного пленкообразователя в жидкой среде.
Наибольший интерес для лакокрасочной промышленности представляют первичные дисперсии, получаемые методом эмульсионной полимеризации.
Наиболее распространенными пленкообразователями, используемыми в рецептурах JIKM, являются водные дисперсии акриловых сополимеров (чистые акрилаты), акрилстирольных сополимеров (стирола - крилаты), а также гомо - и сополимеров винилацетата (с этиленом, эти - ленвинилхлоридом, эфирами акриловой или метакриловой кислоты).
Другие водные дисперсии, например сополимеров стирола с бутадиеном и полиуретанов, практически не используют в рецептурах широко применяемых ВД-ЛКМ. Причиной этого являются низкая атмосферо - стойкостъ и сильное пожелтение покрытий на основе стиролбутадиено - иых сополимеров и высокая стоимость вторичных полиуретановых дисперсий.
