Лакокрасочные материалы и покрытия. Принципы составления рецептур

Материалы, химически отверждаемые в естественных условиях. Материалы, формирующие покрытия с участием кислорода воздуха. . Водоразбавляемые составы на основе алкидных смол

Как отмечалось выше, отверждение с участием кислорода воздуха свойственно в основном масляным пленкообразователям, содержащим значительное количество звеньев ненасыщенных жирных кислот. Важным классом пленкообразователей этого типа являются алкидные смолы. Поэтому неслучайно издавна актуален вопрос о заме­не органических растворителей в их составе на воду, т. е. разработка материалов водо­разбавляемого типа.

При решении этой задачи возникает ряд проблем. Одна из них касается гидролиза пленкообразователей [1].

Водоразбавляемые алкидные смолы - анионостабилизированные пленкообразова- тели. В большинстве случаев они содержат большое количество карбоксильных групп, нейтрализованных аминами или аммиаком. Так как соединения, содержащие карбок­сильные группы, являются слабыми кислотами, значения pH их водных растворов обыч­но составляет 7,5 - 8,2. Вследствие этого сложноэфирные группы алкидных смол спо­собны легко гидролизоваться, и, таким образом, водные растворы пленкообразовате­лей и лакокрасочные составы на их основе имеют ограниченный срок хранения.

Алкидные материалы, содержащие растворители, обычно получают на основе фта - левого ангидрида. Однако, как показывает практика, именно эфиры о-фталевой кисло­ты особенно чувствительны к гидролизу из-за катализирующего влияния соседних кар­боксильных групп. Это проявляется в наибольшей степени, если кислотные группы яв­ляются концевыми в молекуле алкидной смолы.

Наиболее простым химическим методом устранения или значительного снижения данного эффекта является введение в цепь алкида звеньев, устойчивых к гидролизу. Если, например, в качестве поликарбоновой кислоты вместо фталевого ангидрида при­менять изофталевую кислоту, то можно получить алкидные смолы, значительно более стабильные в водных растворах [1]. Еще более стабильные при хранении продукты об­разуются при использовании тримеллитового ангидрида и этерификации двух его кар­боксильных групп в процессе синтеза [2].

Хорошие результаты по стабилизации алкидных смол дает применение при их син­тезе сульфоизофталевой кислоты и ее солей. При этом для обеспечения их раствори­мости в воде путем нейтрализации требуется меньшее количество сульфогрупп, чем карбоксильных [3].

Гидролитическая устойчивость маслосодержащих пленкообразователей улучшается при частичной или полной замене фталевого ангидрида на малеиновый, особенно если при их получении используется не реакция поликонденсации, а диеновый синтез [4].

Легче решается проблема стабильности водоразбавляемых пленкообразователей, формирующих покрытия с участием кислорода воздуха, если вместо алкидов применя­ют, например, карбоксилсодержащие полиуретаны или эпоксиэфиры [5 - 7]. Определя­ющее влияние при этом оказывает тип жирной кислоты-модификатора.

Стабильность водных растворов можно улучшить за счет применения некоторых со - растворителей, например бутилгликоля. Его влияние объясняют тем, что благодаря сво­ему строению он сильнее, чем вода, склонен сольватировать пленкообразователь. Об­разующиеся при этом коллоидальные частицы содержат меньше воды, и реакция омы­ления протекает менее активно.

Другой проблемой при использовании водоразбавляемых материалов химического отверждения является низкая скорость их отверждения. Для ускорения отверждения маслосодержащих пленкообразователей, как правило, применяют сиккативы. Но они хорошо растворяются в органических растворителях и не растворяются в воде. Предла­гают различные пути решения этой задачи:

• введение сиккативирующих металлов в молекулы пленкообразователя;

• введение сиккативов в пигментную часть материалов перед диспергированием. При диспергировании они диффундируют в частицы пленкообразователя и действуют таким же образом, как и в органорастворимых составах;

• использование сиккативирующих солей, способных к пленкообразованию. При этом чаще всего речь идет о комбинациях металлов (Со-Ип-Ва; Со-2г-Са), опти­мизированных для водоразбавляемых композиций [7].

Средства, предотвращающие образование поверхностной пленки при хранении ма­териала в водоразбавляемых окислительных системах, как правило, не используют, так как при применении кетоксимов может происходить их гидролитическое расщепление на кетон и гидроксиламин.

Для водоразбавляемых лакокрасочных систем, отверждаемых с участием кислоро­да воздуха, в качестве сорастворителей обычно используют бутилгликоль, метоксипро- панол, этоксипропанол, бутоксипропанол и изобутанол. Для нейтрализации применяют 25%-ный водный раствор аммиака, диметилэтаноламин (ДМЭА), триэтиламин (ТЭА) и диметиламинометилпропанол (ДМАМП). Агентами розлива чаще всего служат специ­альные простые полиэфиры, модифицированные силиконами, или карбоксилсодержа­щие акриловые олигомеры. При изготовлении таких материалов необходимо использо­вать дистиллированную или обессоленную путем ионного обмена воду.

Водоразбавляемые алкидные смолы, как правило, позволяют получать стабильные дисперсии пигментов. Так как водные композиции склонны к структурообразованию, требуется регулировать их вязкость. Пигменты, проявляющие основные свойства, могут вступать в реакцию с карбоксильными группами пленкообразователя, что может при­вести к гелеобразованию. К пигментам, проявляющим кислотные свойства, необходи­мо добавлять нейтрализирующие агенты.

На основе водоразбавляемых алкидных смол изготавливают различные лакокра­сочные материалы, в первую очередь грунтовки, шпатлевки и эмали для наружных пок­рытий. Их применяют для защиты металлоконструкций в промышленности и строитель­стве. Эмиссия растворителей при их использовании по сравнению с составами, содер­жащими растворители, значительно ниже. Это также подтверждает рецептура, приве­денная в табл. 3.10.

Водоразбавляемая белая эмаль для наружных покрытий

В качестве пленкообразователя в эмали используют тощую алкидную смолу с содер­жанием специальных жирных кислот 37% (кислотное число 35 - 45) [8]. Подготовленная для диспергирования пигментная часть состоит из диоксида титана и предварительно нейтрализованной триэтиламином алкидной смолы, растворенной в обессоленной воде с добавлением бутилгликоля и этоксипропанола. В пигментную часть также вводят сик­катив. Смесь диспергируют в шаровой мельнице в течение 20 мин, после чего в нее вво­дят в качестве добавок ту же алкидную смолу, нейтрализованную аммиаком и разбав­ленную обессоленной водой, и агент розлива. Рецептура приведена в табл. 3.10.

Таблица 3.10

Рецептура водоразбавляемой белой эмали для наружных покрытий

Полученная эмаль с массовой долей нелетучих компонентов 47,9% содержит 9,7% сорастворителей, 0,8% амина, 0,5% различных добавок и 41,1% обессоленной воды.

Степень пигментирования = 26,0 : 21,9 = 1,2 :1,0.

26,0/4,1

ОКП =---------------------------------------------- • 100% = 26%

26,0/4,1+21,9/1,2

Вязкость эмали составляет 80 - 90 с (ВЗ-4, 23°С), значение pH 8,2 - 8,5.

В естественных условиях эмаль высыхает до степени 1 в течение 45 мин, до степе­ни 3 - 4 ч и через 16 ч отверждается полностью.