Лакокрасочные материалы и покрытия. Принципы составления рецептур

Агенты смачивания


Рис. 1.15. Контролируемая флокуляция:

• - группы, ориентированные на пигмент (пигментофиль-

Ные); о - группы, способные к побочным взаимодействиям ® данном разделе описаны «класси­

Ческие» низкомолекулярные агенты сма­чивания. Это в основном поверхностно-активные вещества, снижающие поверхностное натяжение на границе раздела фаз или разнородных поверхностей и улучшающие их смачивание.

Первыми агентами смачивания были соли жирных кислот (мыла). Типичным приме­ром такого соединения является стеарат натрия (рис. 1.16), содержащий гидрофильную (карбоксильную) и гидрофобную (длинноцепную алкильную) группы. Наличие одновре­менно гидрофильных и гидрофобных свойств (структура «голова-хвост») в одной моле­куле называют амфифилией.

Максимальная длина молекулы стеариновой кислоты составляет около 2,2 нм. Полную стерическую стабилизацию дисперсии пигментов обеспечивают соединения с длиной цепи не менее 10 нм [7, 8].

Гидрофобная

Часть

подпись: гидрофобная
часть

Агенты смачивания, осаждаясь на поверхности, снижают поверхностное на­тяжение и облегчают смачивание. На рис. 1.17 показана ориентация агента смачивания на границе раздела вода - воздух. Гидрофильная часть ориентиру­ется в сторону воды, гидрофобная - в сторону воздуха. Таким образом, на по­верхности воды ее молекулы с высоким поверхностным натяжением замещаются на углеводородные радикалы с низким поверхностным натяжением.

Агенты смачивания (ПАВ) в зависи­мости от заряда гидрофильной группы подразделяют на анионные, катионные, амфотерные и неионные (рис. 1.18).

Их делят также по химическому стро­ению гидрофобной группы (хвоста) на уг­леводородные, силиконовые, перфори­рованные. При добавлении агента сма­чивания в воду ее поверхностное натя­жение снижается тем больше, чем выше гидрофобность углеводородного радика­ла ПАВ (хвоста). По этому показателю можно судить об эффективности действия агента смачивания (табл. 1.5).

Таблица 1.5

Влияние гидрофобных групп на поверх­ностное натяжение

Наименование

Поверхностное натяжение, мН/м

Вода

73

+ углеводородные ПАВ

40-25

+ силиконовые ПАВ

30-20

+ перфторированные ПАВ

25-15

Типичным углеводородным ПАВ яв­ляется упомянутый стеарат натрия; при­меры силиконовых и перфорированных ПАВ показаны на рис. 1.19.

Агенты смачивания

Рис. 1.16. Стеарат натрия

Воздух Молекулы агента смачивания

Шш

Ооооооооо

Гидрофильная

Часть

Вода

Рис. 1.17. Ориентация агента смачивания на границе раздела фаз воздух - вода

Анионные тензиды

Й-^~увОзО На®

Катионные тензиды

Р—(|1—сНз

СН3

Амфотерные (цвитгерионные) тензиды

СНз

В__м®сн2-соое

СНз

Неионные тензиды

Й~°-(8гго);н

В: длинноцепные, линейные или разветвленные

Алкильные или арилалкильные группы

Рис. 1.18. Классификация агентов смачивания по заряду гидрофильной группы

Влияние гидрофильной составляю­щей (голова) на эффективность действия агента смачивания (поверхно­стное натяжение) показано в табл. 1.6 на примере нонилфенолэтоксилана (рис. 1.20). С увеличением длины цепи поли­эфира (головы) неионнье агенты смачи­вания становятся более гидрофильными: при их введении повышается поверхно­стное натяжение водны:« растворов. Та­ким образом, с увеличением гидрофиль­ное™ цепи снижается эффективность действия данного агента смачивания.

Неионное силиконовое ПАВ

подпись: неионное силиконовое пав

Н3СЧ /СНз

Н3С Оч ^СНз

Нз/Ч

Н3С-8Н - Н3С /О

Н3С О СН3 К

Нз^ чсн3

подпись: н3сч /снз
/ч
н3с оч ^снз
нз/ч
н3с-8н- н3с /о
/ч
н3с о сн3 к
нз^ чсн3

*(СН2)„— Полиэфир

подпись: *(сн2)„— полиэфир

V_

подпись: v

Гидрофильная

подпись: гидрофильная

Гидрофобная

подпись: гидрофобнаяТаблица 1.6

Анионионное фторсодержащее ПАВ

подпись: анионионное фторсодержащее павВлияние гидрофильной группы нонилфе­нолэтоксилана на поверхностное натяжение

SHAPE \* MERGEFORMAT Агенты смачивания

Компонент

Поверхностное натяжение, мН/м

Вода

73

Концентрация агента

Смачивания, г/л

П = 6

0,01 0,1 1

П = 10

38 30 29

П = 30

54 40 36

НгМ(С:НдОНЬ

Примечание. Применение нонилфенолэтокси­лана в последнее время ограничено по токсиколо­гическим причинам.

В табл. 1.6 на примере нонилфенолэ­токсилана показано влияние концентра­ции агентов смачивания на поверхностное натяжение растворов. Из приведенных данных видно, что с увеличением концентрации поверхностное натяжение водных раство­ров снижается, т. е. эффективность действия агентов смачивания с увеличением концент­рации усиливается. Наиболее высокая эффективность их действия прояЕшяется в области концентрации 0,1 г/л, дальнейшее повышение концентрации дает незначителный эффект.

Таким образом, для агентов смачивания (как и для всех других добавок, применяе­мых в лакокрасочных материалах) существует оптимальная концентрация, которую не следует превышать, так как это приводит к нежелательным побочным эффектам, на­пример увеличению гидрофильное™ покрытий или пенообразованию водных раство­ров, для предотвращения которого используют антивспениватели.

Считают, что агенты смачивания тем эффективнее, чем более гидрофобен «хвост» и менее гидрофильна «голова» молекулы ПАВ. Однако могут возникнуть ограничения по растворимости агента смачивания в воде, если «голова» ока­жется недостаточно гидрофильной. На­пример, нонилфенолэтоксилан с п = 4 не растворяется полностью в воде.

Агенты смачивания адсорбируются на поверхности твердых частиц, в резуль­тате чего иг меняется ее полярность и, со­ответственно, смачиваемость. Например, катионный агент смачивания может гид - рофобизировать гидрофильную отрица­тельно заряженную поверхность оксида металла, как показано на рис. 1.21.

В водно-дисперсионных лакокрасоч­ных материалах нередко требуется гид - рофилизирэвать и, соответственно, улучшать смачивание гидрофобных ор­ганических пигментов водой, для чего применяют соответствующие агенты смачивания (рис. 1.22). Из рис. 1.22 видно, что при адсорбции анионного агента смачивания поверх­ность органического пигмента заряжается отрицательно, что способствует достижению электростатической стабилизации пигмента. Агенты смачивания используются не толь­ко в водных, но и органорастворимых лакокрасочных композициях.

Смачивание пигмента является непременным условием его успешного диспергиро­вания. Свойства лакокрасочного покрытия, такие, как блеск и интенсивность цвета, мо­гут быть улучшены за счет применения агентов смачивания; при этом также сокраща­ется длительность процесса диспергирования.

В Западной Европе, США и Японии в 1986 г. произведено в общей сложности 4,5 млн. т агентов смачивания, из них около 5% (примерно 225 ООО т) - для лакокрасоч­ной промышленности и производства пластмасс.

Рассмотрим три важнейших для лакокрасочной промышленности агента смачива­ния. Первый — амфотерный лецитин (рис. 1.23), имеющий две гидрофобные группы. Лецитин получают из соевого масла (соевый лецитин) и обычно используют в лакокра­сочных материалах, содержащих растворители. По химическому строению лецитин представляет собой сложный эфир аминоспирта холина и диглицерилфосфорных кис­лот; относится к классу фосфолипидов. В образовании молекулы лецитина участвуют также многие жирные кислоты, входящие в состав соевого масла, что обеспечивает ле­цитину способность не кристаллизоваться.

О©

подпись: о©

Рис. 1.23. Лецитин как амфотерный агент смачивания

подпись: рис. 1.23. лецитин как амфотерный агент смачивания Агенты смачивания

И = Н или

подпись: и = н или

Нафтенат кальция: Кальциевые соли нафтеновых кислот

подпись: нафтенат кальция: кальциевые соли нафтеновых кислот

Нг

-с—о—с

I

-с—о—сн о

II І II

0 йг°~т

подпись: нг
-с—о—с
i
-с—о—сн о
ii і ii
0 йг°~т

Й7Л~4їГсн’

Сн3

Сложный эфир жирной кислоты (гидрофобный радикал)

Нафтеновые

Кислоты

(СН2)„-СООН

Н

Нафтенаты (например, кальциевые соли нафтеновых кислот) — другой рас­пространенный тип агентов смачивания. Их получают из нефти в виде техниче­ской смеси соединений (рис. 1.24) V при­меняют в лакокрасочных материалах, со­держащих органические растворители в качестве агента смачивания и сиккатива одновременно. Так как эти добавки име­ют двойную функцию, это необходимо учитывать при их использовании.

В производстве водно-дисперсион­ных лакокрасочных материалов широко применяют неионные агенты смачивания на основе бутиндиола (рис. 1.25). Это слабопенящиеся агенты смачивания, вы­полняющие также функцию агента роз­лива. Две гидрофобные относительно короткие группы бутиндиола особенно благоприятствуют высокому сродству к пигментам.

Лакокрасочные материалы и покрытия. Принципы составления рецептур

Эпоксидно-акриловый лак для окрашивания автомобилей [16]

Лак содержит эпоксидно-акриловую смолу (эп. экв. = 660), полиангидрид додецил - дикарбоновой кислоты (карбоксиэквивалент = 106) и триметилолпропан в качестве со - реагента (эквивалентная масса 44,7). В качестве добавки используют …

Полиакриловые краски

Полиакриловые краски получают на основе полимеров и сополимеров алкилакри - латов. Для обеспечения необходимой температуры стеклования сокомпонентами в со­полимерах могут быть акрилаты, метакрилаты (например, метилметакрилат) или сти­рол. Смолы должны содержать …

Белая полиэфируретановая краска для наружного применения [15]

Пленкообразующая часть краски состоит из ароматического полиэфира с гидрок­сильным числом 45 - 55 мг КОН/г, к. ч. = 8 мг КОН/г и Тд = 51 °С и 2-полиуретдиона, по­лученного на …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.