Лако-красочные материалы — производство

Качество водоэмульсионных пленкообразующих систем и воз­можности их использования в производстве лакокрасочных ма­териалов определяются следующими свойствами: устойчивостью, пленкообразующей способностью, поверхностным натяжением, реологическими характеристиками (вязкость, тиксотропия), со­держанием нелетучих веществ.

Устойчивость. В производстве водоэмульсионных лакокра­сочных материалов используют дисперсии лиофобного типа, т. е. такие, в которых полимер (дисперсная фаза) практически не имеет сродства к воде: не растворяется в ней и заметно не набухает. Такие дисперсии неустойчивы: они быстро расслаи­ваются. Различают кинетическую и агрегативную устойчивость,

Агрегативно неустойчивые дисперсии в качестве пленкообра­зующих систем не используются или подвергаются предвари­тельной стабилизации.

Стабилизацию водных эмульсий полимеров осуществляют путем введения в систему поверхностно-активных веществ (ПАВ) ионогенного (соли алкилкарбоновых кислот, ал — килсульфаты, четвертичные аммониевые соединения) и не ио­ногенного типа (алкил — и арилпроизводные полиоксиэтиле — на; алкил — и ариловые эфиры).

Эмульсии, стабилизированные ионогенными ПАВ, теряют аг­регативную устойчивость при добавлении некоторых смешиваю­щихся с водой неэлектролитов (спирты, ацетон и др.) и элект­ролитов. Интенсивность коагулирующего воздействия электро­литов возрастает с увеличением заряда коагулирующего иона.

При стабилизации эмульсий неионогенными ПАВ электроли­ты не оказывают коагулирующего действия. Однако такие дис­персии склонны к коагуляции при нагревании.

Агрегативная устойчивость водной дисперсии полимера силь­но зависит от степени насыщенности границы глобулы полиме­ра — вода молекулами ПАВ, которая варьируется в процессе получения латекса в зависимости от его технического назначе­ния. Водные эмульсии, используемые в производстве лакокра­сочных материалов, подвергаются значительным механическим воздействиям, в результате которых увеличивается число кон­тактов частиц дисперсной фазы (полимера). В том случае, когда поверхности этих частиц будут плохо «защищены» молекулами ПАВ, может произойти коагуляция за счет слипания частиц по «оголенным» участкам их поверхности.

Установлено, что если поверхность глобул полимера насы­щена ПАВ более чем на 60%, такой латекс может быть исполь­зован в производстве красок.

Агрегативная устойчивость водных эмульсий полимера при замораживании может уменьшаться. При охлаждении эмульсии ниже 0°С происходит образование кристаллов льда воды, обра­зующей дисперсионную среду. Поскольку при замерзании объем воды увеличивается, кристаллы начинают сдавливать дисперс­ные частицы. До тех пор, пока адсорбционные оболочки ПАВ не разрушаются, эмульсия сохраняет агрегативную устойчи­вость и после размораживания. В том случае, когда молекулы ПАВ способны удерживать воду даже при очень низких темпе­ратурах, прочность адсорбционных оболочек ПАВ сохраняется.

Пленкообразующая способность. Формирование покрытия из водной эмульсии происходит в результате ее коагуляции на подложке. Обычно это происходит в процессе удаления воды из тонкого слоя эмульсии.

На первом этапе происходит увеличение объемного содер­жания полимера в слое и сближение частиц дисперсной фазы. После испарения основного количества воды образуется проме­жуточный гель (рис. 4.1). При этом глобулы еще окружены адсорбционно-гидратными оболочками и укладываются в наи­более компактные структуры.

На втором этапе происходит сжатие (синерезис) проме­жуточного геля, сопровождающееся дальнейшим удалением во­ды и разрушением адсорбционно-гидратных оболочек ПАВ. В результате происходит деформация глобул, и они постепенно приходят в более тесный контакт друг с другом. Если деформи­руемость частиц полимера невелика, межфазная граница может не исчезнуть полностью.

На третьей стадии пленкообразования происходит полная ликвидация физических границ между полимерными частицами. Этот процесс становится возможным только при условии сег­ментальной подвижности молекул полимера. Диффузия макро — молекулярных сегментов через межглобулярное пространство определяется его строением и температурой процесса. Обычно звенья полимеров приобретают подвижность при температуре выше температуры стеклования.

Таким образом, водная эмульсия полимера может рассмат­риваться как пленкообразующая система в том случае, когда пленкообразование возможно при температуре около или выше температуры стеклования. При невыполнении этого условия при­ходится вводить в систему различные добавки (пластификато­ры, растворители, мягчители), способствующие увеличению сегментальной подвижности полимера.

Пленкообразующая способность водных эмульсий полиме­ров обычно характеризуется минимальной температурой пленко­образования (МТП). Для многих вододисперсионных материа­лов МТП^С 5 °С.

Поверхностное натяжение определяет смачивание дисперсией подложки при нанесении покрытия и частичек пигментов в про­цессе их диспергирования в производстве красок, эмалей и грун­товок.

Поверхностное натяжение эмульсий полимеров зависит от природы и содержания ПАВ.

Содержание нелетучих веществ. С экономической точки зре­ния транспортировка малоконцентрированных эмульсий невы­годна. Такие эмульсии с трудностями перерабатываются в ла­кокрасочные материалы, от которых обычно требуется высокое содержание нелетучих веществ. Однако эмульсии с высокой концентрацией дисперсной фазы малоустойчивы. С учетом этих соображений в лакокрасочном производстве обычно использу­ются эмульсии с содержанием нелетучих веществ от 30 до 55%.