Акриловые материалы

Полиакрилаты, акриловые и стиролакриловые сополимеры

Полимерные акриловые дисперсии делятся на акриловые и стирола­криловые. Акриловые — дисперсии полимеров, полученных из акрило­вых или метакриловых мономеров, стиролакриловые — при сополиме - ризации производных акриловой (метакриловой) кислоты со стиролом. В табл. 3 приведены характеристики мономеров, используемых для по­лучения дисперсий обоих типов [13].

Так как акриловую кислоту и ее производные получают из пропана, метакриловую и ее эфиры — из 2-гидрокси-2-метилпропилонитрила, и зобутана или изо-бутиральдегида в результате многостадийных про-

I Lcccob, эти мономеры более дороги, чем стирол и винилацетат. Поэто­му акриловые сополимеры дороже стиролакриловых и сополимеров ви - милацетата.

В то же время поли(мет)акрилаты обладают высокой атмосферо - Iі гойкостью, стойкостью к действию УФ-излучения, хорошей водостой­костью и устойчивостью к пожелтению покрытий на их основе, возмож-

II остью легко получать сополимеры с заданной жесткостью, гибкостью и твердостью. Высокий блеск покрытий и его сохранение при длитель - I Юм атмосферном воздействии в сочетании со стойкостью покрытий к действию щелочей, кислот и воды делает этот класс сополимеров неза­менимым в рецептурах JIKM для наружного применения.

Структура и свойства акриловых сополимеров

Основные свойства полимеров, такие, как температура стеклования (минимальная температура пленкообразования (МТП) и физико - механические свойства покрытий на их основе, зависят от структуры і )сиовной и боковых цепей полимерной макромолекулы.

Растворимость мономера в воде, приведенная в табл. 3, может быть мерой полярности гомополимера: при ее увеличении возрастает поляр­ность образующегося полимера. Свободные кислоты (акриловая и мета - криловая) повышают растворимость полимера в воде, особенно в нейт­рализованном состоянии. С—С-связь в основной цепи химически инертна и позволяет получать химически и атмосферостойкие по - ли(мет)акрилаты. Вследствие низкой прочности связи а-СН-групп, примыкающих к карбонильному центру (С=0), полиакрилаты менее стабильны, чем полиметакрилаты. Гидролитическая устойчивость поли - метакрилатов из-за стерических особенностей карбонильного центра, примыкающего к метальной группе, ниже, чем полиакрилатов.

Жесткость полиметакрилатов вьппе, чем соответствующих полиак­рилатов, так как дополнительная метальная группа вызывает стеричес - кие затруднения при вращении цепи. Возрастание жесткости вызывает повышение Тсг и твердости и снижение гибкости полиметакрилатов. При увеличении длины цепи макромолекулы повышаются 7СТ полиме­ра (рис. 2), увеличивается твердость и относительное удлинение пленок вследствие возрастания степени кристалличности поли(мет)акрилатов. В табл. 4 приведены деформационно-прочностные свойства пленок по - ли(мет)акрилатов с различной длиной боковой цепи макромолекулы [ 14], а в табл. 5 — значения Гст для поли(мет)акрилатов с различными за­местителями в боковой цепи [13].

Эмульсионная сополимеризация различных мономеров дает воз­можность получать полиакриловые дисперсии с различными свойства-

1*ис. 2. Зависимость Тст от длины боковой цепи макромолекул поли(мет)акрилатов:

Ми. Температура стеклования получаемых сополимеров может быть приблизительно рассчитана при помощи эмпирического уравнения Фокса:

1/Гст (сополимера) = WX/TCT, + Иу Гст2+ Ж3/Гст3,

Где Щ, ¥ъ Щ — массовые доли мономеров, причем Щ+Щ+Щ =

Тсгъ ^сг2) ^стз ~~ температуры стеклования гомополимеров, К,

Таблица 4

Tfi-i Прочность при разрыве,

2ТС •> . • ;-•• »

. ■■■ - 4* .. t

• " ;;.. 1 ...

'-2._____ -•• ''

Для JTKM обычно используют продукты, полученные при сополи - меризации «мягких» мономеров с низким значением Гст (бутил - и этилгексилакрилат) с «твердыми» мономерами с высокой Гст (бутил - и метилметакрилат). Такое сочетание позволяет получать сополимеры с Гст О—40°С

Как отмечалось вьпие, производные метакриловой кислоты доста­точно дороги. Стоимость пленкообразователей, а в конечном итоге ЛКМ может быть снижена, а их свойства оптимизированы при частич­ной или полной замене метилметакрилата, который обычно используют для достижения необходимой твердости, на стирол.

Получение сополимеров акрилатов со стиролом возможно благода­ря способности этих мономеров легко сополимеризоваться с акрила­тами и почти одинаковой температуре стеклования гомополимеров. Использование неполярного мономера стирола взамен метилметакри­лата приводит к улучшению водо- и щелочестойкости получаемых со­полимеров, увеличению сродства к пигменту и повышению блеска по­крытий. Однако высокое содержание стирола может быть причиной снижения атмосферостойкости, что проявляется в мелении, потере блеска и пожелтении покрытия. В табл. 6 качественно охарактеризова­ны свойства сополимеров, содержащих либо метилметакрилат, либо стирол [8].

При сравнении свойств полиакрилатов с поливиниловыми эфира - ми следует отметить, что первые образуют более гидрофобные, устой­чивые к действию воды и омылению покрытия с более высокой атмо - сферостойкосгью. Благодаря более высокому коэффициенту прелом­ления и однородности акриловых дисперсий блеск покрытий на их ос­нове выше, чем при использовании поливинилацетата.

Чистые акрилаты применяют в основном для получения ЛКМ для наружной отделки, производства лаков, пропиточных составов, кра­сок для глянцевых и полуглянцевых покрытий для внутренних работ, т. е. в материалах с низким содержанием пигментов и наполнителей или не содержащих их совсем.

Стиролакриловые дисперсии вследствие благоприятного соотноше­ния цена/качество практически универсальны. Их использование сле­дует ограничивать в рецептурах лаков, пропиточных составов и JIKM с небольшим содержанием пигментов.