Лако-красочные материалы — производство

Утверждение, что контроль реологии красок является сущест­венным для успешного использования последних можно под­твердить рядом примеров. Наиболее характерным является на­несение красок на поверхность. Независимо от использованного метода нанесения, процесс складывается из трех стадий: I) по­дачи краски из емкости в аппарат для нанесения; 2) подачи крас­ки из этого аппарата к поверхности для образования тонкой, ров­ной пленки; 3) растекание по поверхности, коалесценция частиц полимера (для эмульсионных красок) и испарение растворителя.

На каждую из этих стадий значительное влияние оказывает реология.

При хранении в емкости краска обычно имеет низкую вязкость, поэтому ее легко можно наносить любым выбранным методом. Краска может легко проникнуть в пространство между щетиной кисти или в поры ручного валика, где будет удерживаться капил­лярными силами или силами поверхностного натяжения во время подачи к окрашиваемой поверхности. Конечно, если общий вес краски, переносимой на кисти после погружения последней в ем­кость с краской, достаточен для преодоления капиллярных сил, то краска будет капать или стекать с кисти. Если же это количе­ство краски, не считая потерь от капания, слишком мало, то при окраске кистью получится либо чересчур тонкая пленка, либо при большей толщине будет окрашена малая площадь поверх­ности. В первом случае в результате слишком быстрого испаре­ния вязкость пленки будет значительно возрастать, что приведет ^ухудшению — растекания — краски посте нанесения (см. ниже). Во втором случае операция окраски становится слишком трудо­емкой и продолжительной. 1

Что определяет оптимальную толщину пленки? Кроме свойств растекания (см. ниже), важными показателями являются требуе­мая интенсивность цвета, кроющая способность, а также защит­ные свойства получаемой пленки.

Увеличение количества краски, удерживаемой на кисти, мо­жет быть достигнуто либо за счет увеличения вязкости краски, либо путем введения добавок, регулирующих реологические свойства. При обоих подходах одновременно достигается сниже­ние или предотвращение оседания пигментов при хранении лако­красочного материала в таре. Однако, одновременно растут меха­нические усилия, потребные для распределения наносимой краски в виде пленки (важное соображение для ручных методов окраски). Для того, чтобы удовлетворить требованиям потребителя, реоло­гическая структура должна быстро разрушаться при относительно низких напряжениях сдвига, возникающих при погружении кисти в краску, или при более высоких напряжениях, возникающих при воздействии ручного валика. Разрушение структуры облегчает процессы переноса краски и ее проникновения в поры, но затем структура должна быстро восстановиться, чтобы не допустить капание, стекание и т. п.

Для промышленных методов окраски, включая распыление или валиковое нанесение, соображения аналогичны. Так, при распылении вязкость лакокрасочного материала должна быть настолько низкой, чтобы обеспечивалось перекачивание краски через тонкое сопло распылителя под минимальным давлением. Обычно такие краски готовят разбавлением материалов с более высоким содержанием нелетучих веществ непосредственно перед использованием, так что оседание не является проблемой. Меха­

Низм каплеобразования можно легко понять для простых жид­костей [1], но влияние таких факторов, как присутствие частиц пигментов или полимеров в суспензии или дисперсии или присут­ствие полимера в растворе, на размер капель и распределение частиц по размерам при распылении большей частью неизвестно. Однако можно ожидать, что снижение вязкости исходного лако­красочного материала понизит размер капель, что приведет к уве­личению потерь краски в виде малых капель, уносимых от окра­шиваемой поверхности потоком воздуха. В равной степени размер капель и, соответственно, общая площадь поверхности капель влияют на испарение растворителя с поверхности и, значит, будут влиять на реологические свойства пленки, полученной в резуль­тате соударения и коалесценции капель на поверхности окраши­ваемого объекта. В случае промышленного валикового окрашива­ния краска должна быть гораздо более вязкой, чтобы легко на­текать на поверхность валика, где она может быть распределена в ровный слой под действием вспомогательного лезвия, другого валика и др. В этой ситуации механическая работа, необходимая для распределения краски, гораздо менее важна. Однако краска должна быть вязкой настолько, чтобы предотвратить ее стекание или «сбрасывание» под действием центробежной силы.

Важной особенностью этих процессов является очень высокая скорость течения жидкой краски и, соответственно, скорость окрас­ки, в результате чего к краске прилагаются высокие напряжения и усилия деформации. Следует, однако, заметить, что краска на­ходится в струе при распылении (или в зазоре между валиками) такое короткое время, что устойчивое состояние никогда не дости­гается, и, следовательно, только скоростные методы измерения, вероятно, дадут удовлетворительные реологические параметры. Такие методики требуют сложного оборудования и приборов, особенно при высоких напряжениях и скоростях деформаций, достигаемых при нанесении. Шурц [2] ссылается на скорость сдвига 105 с”1, достигаемую за 1 мс в высокоскоростной валковой машине. Такие высокие значения с еще большей вероятностью могут быть получены в том случае, если в рецептуре краски имеет­ся полимер в виде раствора. При этом присутствие полимера в концентрациях, характерных для типичных лакокрасочных мате­риалов, и при молекулярной массе около 10 тыс., может привести к появлению структурированных систем как при истечении краски из сопла распылителя, так и при нанесении пленки, выходящей из зазора валковой машины. Гласс [3] показал, что структурная вязкость «загущенной» водоэмульсионной краски влияет на такие свойства последней при нанесении валиком, как образование полос, разбрызгивание и т. д. Можно предположить, что возник­новение структурной вязкости может воспрепятствовать разрыву струй, в результате чего при распылении образуются капли. По закону Троутона структурная вязкость жидкости втрое больше вязкости при сдвиге. Однако присутствие десятых долей процента высокополимера с большой молекулярной массой в растворе может увеличить структурную вязкость настолько, что она станет больше вязкости при сдвиге в 10000 раз.