Лако-красочные материалы — производство

Химизм процесса. Термореактивные акрилатные композиции изготавливают на основе различных акриловых сополимеров. Для синтеза этих сополимеров в зависимости от предъявляемых к композициям требований используются смеси разных моно­меров. Сшивка осуществляется путем взаимодействия акрило­вого сополимера с меламино-формальдегидной смолой, в струк­туре которой содержатся свободные гидроксильные группы. Полимеры, содержащие гидроксильные группы, могут быть по­лучены также на основе гидроксилсодержащих акриловых моно­меров. Отверждение при 130 °С, в течение 20 мин приводит к образованию нерастворимой в. воде сшитой полимерной пленки:

На основе таких полимеров были разработаны термореак­тивные покрытия интенсивных цветов, а также покрытая с ме­таллическим оттенком. Для получения высококачественных покрытий с металлическим оттенком в состав красок вводится невсплывающая алюминиевая пудра (в виде пасты). Чешуйки невсплывающей алюминиевой пудры (длина чешуек 15—45 мкм) распределяются в покрытии беспорядочно, что обусловливает зеркальное отражение света при наблюдении с различных ра­курсов. При введении в состав красок цветных пигментов можно значительно расширить цветовую гамму получаемых покрытий.

Этот вид отделочных покрытий был разработан в конце 1950-х — начале 1960-х гг. и получил широкое распространение во всем мире, однако и сегодня еще ведутся работы по модифи­кации рассматриваемых покрытий. К недостаткам этого вида покрытий можно отнести необходимость нанесения трех слоев из-за низкого сухого остатка красок, а также сложности, свя­занные с получением металлического оттенка. Разработка отде­лочных покрытий на основе неводных дисперсий (НВД) в конце 1960 г. позволила решить эти проблемы.

В наиболее распространенных термореактивных акрилатных композициях связующее используется в виде растворов, а в ма­териалах на основе НВД те же полимеры применяются в виде дисперсий в смеси органических растворителей.

Несмотря на то, что значительная часть полимера остается нерастворенной, невысокая вязкость краски позволяет осущест­вить ее нормальное нанесение.

Стабилизация дисперсий обеспечивается введением в состав полимеров длинных алифатических цепей (т. е. применение графт-сополимеров), которые химически прививаются к молеку­лам основного полимера в процессе сополимеризации. Такие дисперсии, которые можно назвать «сверхстабильными», зна­чительно превосходят системы, в которых стабилизатор распре­деляется на поверхности частиц в результате физического или полярного взаимодействия.

Когда значительная часть алифатических углеводородных цепей располагается в непрерывной фазе дисперсии, они запол­няют весь свободный объем и создают стабилизирующую обо­лочку вокруг каждой частицы. Для предотвращения возможной коалесценции частиц в непрерывной фазе в состав НВД вво­дится некоторое количество растворителя для самого полимера. “Количество р-астворителя—должно ‘быть таким, чтобы стабили­зирующее действие алифатических цепей не нарушилось при хранении материала в таре или при перекачке по трубопрово­дам в производственных условиях. Этот растворитель как бы создает перегородку между полимером (вызывая размягчение и набухание частиц полимера) и непрерывной фазой дисперсии. После нанесения покрытия происходит испарение алифатического углеводорода, являющегося нерастворителем для полимера, и набухшие частицы полимера коалесцируют, образуя однородную пленку. Завершение процесса формирования покрытия произ­водится при горячей сушке. Структура полученной пленки в основном аналогична структуре пленки, получаемой из раствора соответствующего полимера.

Основной стадией технологического процесса получения этих материалов является стадия приготовления дисперсий, в которых практически весь полимер находится в дисперсной фазе.

Реологические характеристики таких материалов не позво­ляют широко их использовать на действующих промышленных поточных линиях. Однако, определенные положительные резуль­таты в этой области могут быть получены при переводе части полимера в раствор. Поэтому ведутся довольно интенсивные исследования, направленные на выбор оптимальных соотноше­ний между диспергированным и растворенным полимером для каждой конкретной полимерной системы.

Реологические характеристики таких термореактивных акри- латных композиций своеобразны и от них зависят качество вос­произведения металлического оттенка, полнота использования сухого вещества краски и качественное нанесение покрытия без подтеков и неровностей.

Общие характеристики. Для систем на основе НВД харак­терны: высокая прочность покрытий насыщенных тонов и покры­тий с металлическим оттенком (однослойное покрытие); более низкий сухой остаток, чем у алкидных материалов (30%); необ­ходимость нанесения в два или три слоя; хорошая полируемость; полное удаление растворителя; необходимость применения высо­кокачественного подслоя, например, эпоксиэфирных покрытий.

Термореактивные акрилатные покрытия на основе НВД мо­гут иметь как насыщенные цвета, так и металлический оттенок, причем может быть получен большой ассортимент цветов. Для этих материалов характерно быстрое, полное испарение раство­рителя, что снижает загрязняемость покрытий, а легкая поли­руемость позволяет быстро устранять местные дефекты, которые могут- возникать при окраске на поточных линиях, ж В качестве нижнего слоя под эти отделочные покрытия необ­ходимо применять материалы с высокими эксплуатационными характеристиками, например эпоксиэфирные или полиэфирные. Достоинством термореактивных акрилатов является возмож­ность их применения непосредственно по грунтовке, нанесенной методом электроосаждения, так как они имеют к этой грунтовке Высокую адгезию.

• ■ Алкидные материалы из-за их плохой адгезии применять в этих условиях нельзя. В связи с тем, что акрилатные мате­риалы применяются всегда в виде двухслойной системы, состоя­щей из грунтовки, наносимой методом электроосаждения, и покрывного слоя, эти материалы нашли широкое применение в? автомобильной промышленности.

О Покрытия с металлическим оттенком. Основная особенность покрытий с металлическим оттенком состоит в том, что они производят определенный «зрительный эффект», т. е. создают впечатление монохроматической поверхности независимо от угла наблюдения. Этот простейший оптический эффект зависит от ори­ентации металлических чешуек параллельно поверхности, вслед­ствие чего количество отраженного от поверхности света будет определяться углом наблюдения. Таким1 образом, при взгляде на такую поверхность под любым углом будет создаваться впе­чатление, что эта поверхность имеет интенсивную окраску. В дей­ствительности алюминиевые чешуйки выполняют роль маленьких плоских зеркал.

Для достижения оптимальной ориентации чешуек должны соблюдаться следующие условия:

А) покрытия должны наноситься методом распыления для достижения максимальной равномерности;

Б) пленка покрытия должна обладать максимальной усадкой после нанесения, поскольку в этом случае невсплывающие алю­миниевые чешуйки способны сориентироваться параллельно поверхности;

В) чешуйки должны обладать минимальной склонностью к случайной переориентации после нанесения покрытия.

Обычные термореактивные композиции растворного типа в значительной степени отвечают предъявляемым требованиям, од­нако необходим правильный подбор смеси растворителей, вида и вязкости связующего и соответствующей марки алюминиевой пудры. Работа по нанесению покрытий должна выполняться операторами высокой квалификации, так как довольно сложно получить покрытие с равномерными цветовыми характери­стиками.

Слишком высокая влажность приводит к тому, что алюминие­вые чешуйки осаждаются неравномерно и на поверхности появ­ляются более светлые и более темные участки. Темные полосы (черная кайма) могут также образовываться вокруг отверстий в корпусе или на сгибах. Для устранения этих дефектов при­меняют низковязкие эмали, в результате чего получаются тонкие покрытия, которые быстро высыхают и имеют хороший розлив и блеск.

Использование композиций дисперсионного типа в сочетании с составами на основе растворителей позволяет решить многие проблемы, поскольку открывается возможность для улучшения реологических характеристик красок.

Как было отмечено выше, дисперсии полимера не оказывают такого сильного влияния на вязкость покрытия, как раствор того же самого полимера. Однако при переходе от дисперсии к раствору после испарения из жидкой фазы осадителя наблю­дается резкое увеличение вязкости. Если это происходит в мок­рой пленке после ее нанесения на поверхность, то будет иметь место более быстрое нарастание вязкости, чем это произошло бы просто в результате испарения жидкости из емкости. Вследствие этого резко снижается подвижность алюминиевых чешуек, огра­ничивается возможность их переориентации и легче достигается желаемый внешний вид покрытия.

Расслаивание. Те же процессы, которые меняют реологиче­ские характеристики композиций при переходе от дисперсии к раствору, будут оказывать влияние и на расслаивание покрытий дисперсионного типа. В более толстых покрытиях дефекты, связанные с расслаиванием, проявляются более интенсивно.

Улучшение стойкости к расслаиванию особенно важно для высоко наполненных пигментированных систем, особенно для белых и оранжевых цветов.

Устойчивость к «образованию кратеров». Образование кра­теров (иногда это называется «вскипанием») объясняется быст­рым удалением при горячей сушке содержащегося в пленке избыточного количества воздуха, удерживаемого растворителем. Обычно это происходит при чрезмерно большой толщине мокрой пленки. Растворы термореактивных акрилатных материалов осо­бенно склонны к этому, так как пленка их очень быстро «схваты­вается» сразу после нанесения покрытия.

Можно было предположить, что для дисперсионных систем возникнут те же самые проблемы, если состав полимерного связующего будет один и тот же. Как показывает опыт, диспер­сионные системы имеют определенные преимущества. Это, ве­роятно, можно объяснить двумя причинами:

А) более тонкое измельчение дисперсии в процессе распы­ления;

Б) применение в композициях осадителя, не взаимодействую­щего с полимером, в результате чего происходит быстрое и пол­ное удаление растворителя в процессе сушки.