Лакокрасочные материалы и покрытия. Принципы составления рецептур
Эпоксидные материалы
В водоразбавляемых двухупаковочных эпоксидных материалах разбавляться водой могут как основа (эпоксидная смола), так и отвердитель (полиамин или его производные). Любая из упаковок также может содержать пигмент. При использовании пигментов или наполнителей, особенно в материалах, содержащих воду, необходимо обращать внимание на наличие в них водорастворимых солей, которые должны быть в минимальном количестве.
В составе водоразбавляемых материалов используют чаще всего жидкие эпоксидные смолы, способные эмульгироваться в воде, однако возможно применение и твердых смол. Способность эпоксидной смолы эмульгироваться во многом зависит от ее вязкости. Высоковязкие смолы труднее подвергаются эмульгированию, чем низковязкие [14]. Стабильность эмульсий также в значительной степени зависит от вязкости смолы. Наибольшей стабильностью обладают эмульсии средневязких смол. Получаемые эмульсии различаются по размеру частиц, что обусловливает свойства и качество покрытий. При эмульгировании эпоксидных смол значительную
Рис. 3.6. Влияние размера частиц на свойства эмульсий и покрытий на основе эпоксидных смол |
|
Эмульсии эпоксидных смол имеют ограниченный срок хранения, так как в них может протекать, хотя и медленно, гидролиз с образованием гликолей [15] (рис. 3.7). Эмульгирование эпоксидных смол .он / "2“ > А |
|
Рис. 3.8. Схема эмульгирования жидких эпоксидных смол в воде (инверсионный метод) |
|
Рис. 3.7. Гидролиз эпоксидных смол Эпокс. смола + Эмульсия воды в смоле |
|
Инверсия |
|
Он I /“ „_о_с_с—с Г12 п П2 |
|
Происходит по так называемому инверсионному методу (рис. 3.8), при котором сначала получают эмульсию воды в эпоксидной смоле. При дальнейшем добавлении воды происходит фазовая инверсия и образуется эмульсия эпоксидной смолы в воде. В точке фазовой инверсии наблюдается максимальная вязкость (рис. 3.9). В этом состоянии системы, изменяя величину и продолжительность воздействия сдвиговых усилий, можно влиять на размер частиц эмульсии смолы в воде. Рассмотрим пример технологии эмульгирования жидких эпоксидных смол [16]. Выбираем устойчивую к действию эмульгаторов и стойкую к кристаллизации эпоксидную смолу с |
|
О -°—8 СНг |
|
|
 |
Эпоксидным числом 0,53 г»экв и средней эпоксиэквивалентной массой 189 (например, Еигерох 756). Смолу смешивают с водой (соотношение 6 :1) в дис - сольвере в течение 10-15 мин (окружная скорость примерно 6 м/с) до получения пастообразной массы. Полученная эмульсия воды в эпоксидной смоле при перемешивании путем порционного добавления воды разбавляется до жидкого состояния. Получают стабильную эмульсию смолы в воде со средним размером частиц около 1,2 мкм.
|
Вязкость Рис. 3.9. Изменение вязкости системы эпоксидная смола - вода при эмульгировании (инверсионный метод) |
|
Доля частиц, % Размер частиц, мкм Рис. 3.10. Распределение по размерам частиц эмульсии эпоксидных смол: 0 - исходная эмульсия; 1 - эмульсия сразу после добавления отвердителя; 2 - эмульсия эпоксидной смолы с отвер - дителем через 6 ч |
Если в эту эмульсию добавить отвердитель, то средний размер частиц еще несколько уменьшится (например, до 0,7 мкм, рис. 3.10, кр. 1).
В данном эксперименте применяли отвердитель аминного типа (50%-ный раствор в воде) с ЫН-эквивалентной массой 335 (ТВ 03058 Н) [16]. Через 6 ч в результате гелеобразования средний размер частиц увеличивается примерно до 5 мкм (рис. 3.10, кр. 2), при этом вязкость системы изменяется незначительно.
В двухупаковочных эпоксидных материалах, содержащих растворитель, после добавления амина вязкость постоянно растет вплоть до полной жела - тинизации, что позволяет легко определить время жизнеспособности системы.
В результате реакции отверждения смолы внутри эмульсионной капли ее температура стеклования Тд растет и эмульсия превращается в дисперсию. Если Тд смолы в частицах превысит комнатную температуру, то это затруднит коалесценцию частиц и приведет к неудовлетворительному пленкообразованию. В этом случае образуются покрытия с пониженным блеском (рис. 3.11). По блеску покрытия косвенно можно определить время жизнеспособности системы. Если реакция отверждения прошла слишком глубоко, блеск значительно ухудшится [15]. Снижение блеска на 10% соответствует пределу жизнеспособности системы (рис. 3.11).
|
Время после смешения, мин Рис. 3.11. Примерная зависимость Тд и блеска покрытий от времени контакта эмульсии эпоксидной смолы и отвердителя |
О
Отвердитель
Рис. 3.12. Схема проникновения отвердителя в эмульсионную каплю эпоксидной смолы
Отверждение эпоксидной смолы в водной эмульсии аминными отвердите- лями протекает неравномерно. После смешения обоих компонентов отвердитель диффундирует в капельки смолы и начинается процесс взаимодействия на поверхности капли (рис. 3.12). Чем сильнее смачивается поверхность капли водой, тем медленнее внутрь ее диффундирует отвердитель. В результате в реакцию вступают не все реакционноспособные группы [17]. Так как не вступившие в реакцию аминогруппы (в противоположность эпоксидным) гидрофильны, они могут ухудшать водостойкость покрытий. Поэтому в во
Доразбавляемые эпоксидные составы вводят несколько меньшее количество аминного отвердителя, чем стехиометрическое (табл. 3.13).
Вода, являясь очень полярным протоносодержащим растворителем, ускоряет взаимодействие эпоксидной смолы с аминами, что сокращает жизнеспособность водоразбавляемых композиций по сравнению с органорастворимыми [15]. Другим следствием этого является более медленная скорость реакции отверждения в сухой пленке, чем в водной среде [17].
