Лако-красочные материалы — производство

-В предыдущих разделах основное внимание уделялось влия­нию изменения соотношений пигментов и связующих на свойства рецептур красок. Не менее важную роль для лакокрасочника играет правильное понимание химической и физической природы пигментов и связующих. Эта весьма сложная проблема более или менее детально рассматривается в настоящей книге. Пред­принимается попытка связать некоторые общие положения тео­рии с их влиянием на свойства декоративных красок строитель­ного назначения, а также наметить пути разработки красок специального назначения.

Ассортимент строительных красок имеет специальные под­разделы: краски для пола, для защиты бетона, для плаватель­ных бассейнов и т. д. Эти краски изготавливаются на основе различных связующих, однако основу ассортимента крупното — нажных декоративных красок строительного назначения состав­ляют две группы красок: «водные» и «краски на растворителях» (более точно: «водные» и «неводные»). В состав первой группы входит ■ небольшое количество полярных растворителей, напри­мер спиртов или производных этиленгликоля, тогда как невод­ные группы красок обычно содержат алифатические раствори­тели и иногда также некоторое количество ароматических угле­водородов.

Уместно задать вопрос: почему соотношения между водными красками и красками на растворителях различны в различных областях применения и разных странах?

В целом существует общая тенденция перехода от красок на растворителях к водным краскам во всех областях приме­нения. Объем применения водных красок зависит от условий эксплуатации (например от климата), специальных требований, от экологических и экономических требований и иногда от исто­рических традиций. В Англии приблизительно 60% декоратив­ных красок выпускается на водной основе, а в США свыше 70% [32] ■

Разработчик рецептур должен знать, каким образом природа связующего влияет на свойства лакокрасочного покрытия и каковы будут практические результаты от применения новых материалов, выбранных для разработки красок. Прежде всего необходимо определить природу пригодного растворителя и уста­новить, какие физические и химические процессы будут происхо­дить при высыхании пленки.

Декоративные краски на растворителях обычно являются пожароопасными, имеют сильный, неприятный запах, но не за­мерзают при отрицательных температурах. С другой стороны, водные краски не пожароопасны, но могут вызывать коррозию и замерзают. Эти выводы очень важны, но этого не достаточно для полной характеристики свойств краски. Существенно иметь четкое представление о физической природе полимерного свя­зующего. Необходимо также ясно понимать различие между «раствором» и «дисперсией» полимера. Одним из наиболее оче­видных различий растворов и дисперсий является их реологи­ческое поведение. Благодаря взаимодействию между частицами дисперсии имеют более низкую текучесть, что сказывается на малярных характеристиках красок.

■ Растворы и дисперсии различаются также по степени воз­растания вязкости при испарении растворителя. Вязкость дис­персии растет быстрее, чем вязкость раствора. Многие недо­статки водных красок, например, неудовлетворительный розлив или сохранение следов от кисти, связаны с быстрым изменением вязкости при испарении воды [33]. С другой стороны, более высокая текучесть растворов создает проблему получения по­крытий без натеков на вертикальных поверхностях и затрудняет окраску острых кромок. Максимальные различия в текучести декоративных красок можно проиллюстрировать путем сравне­ния вязкости матовых эмульсионных и жидких глянцевых кра­сок. В целом следует отметить, что для решения проблемы теку­чести содержание твердой фазы в вододисперсионных красках обычно бывает более низким, чем в красках на основе раство­рителей.

Следующим этапом в построении модели, описывающей неко­торые аспекты создания красок, является рассмотрение хими­ческой природы связующего. Для того, чтобы полимер мог быть использован в качестве связующего для красок, он должен быть жестким и прочным. Экспериментальные исследования и тео­ретические данные показывают, что полимеры с большой моле­кулярной массой в значительной мере отвечают этим требова­ниям, но недостаточно хорошо растворяются в растворителях, пригодных для использования в декоративных красках. Поэтому необходимо использовать иизкомолекулярные полимеры, кото­рые хорошо растворяются, но затем повышают молекулярную массу в результате сшивки в процессе высыхания.

Хотя существуют различные способы отверждения покры­тий, на практике приемлемы только некоторые из них. С учетом влияния атмосферы наиболее распространенным способом сшивки является процесс, протекающий через стадию окисле­ния. Процесс самоокисления протекает при формировании по­крытий из растворов масел или полимеров, модифицированных маслом в уайт-спирите, которые в течение многих лет являются основой лакокрасочной промышленности.

Изучение механизма окисления явилось предметом многих серьезных исследований, однако основные характеристики про­цесса развиты в гидроперокисдной теории, выдвинутой Фарме­ром в 1942 г. В начальной стадии окисления происходит незна­чительное увеличение вязкости и образование гидроперекисей на активных метиленовых группах. Эта стадия сопровождается также ростом количества сопряженных связей, образование которых протекает по радикальному механизму и сопровож­дается отщеплением водорода от активных метиленовых групп с последующей перегруппировкой. Вторичный процесс окисле­ния, который катализируется сиккативами, протекает на поверх­ности покрытия и сопровождается распадом перекисей с после­дующей рекомбинацией и образованием связей С—С, С—О—С и С—О—О—С [34].

К сожалению, самоокисление масел ведет к нежелательным эффектам, связанным с появлением запаха и пожелтением пленки. Процесс самоокисления трудно остановить. Поэтому, вследствие очень глубокой сшивки, покрытие становится хруп­ким и заметно снижаются его прочностные характеристики.

Сшивку можно предотвратить путем использования предва­рительно синтезированных высокомолекулярных продуктов, при­чем из-за различия в растворимости, о чем говорилось выше, этот процесс легче протекает в дисперсии, чем в растворе. Про­цесс пленкообразования протекает по механизму коалесценции. Следует иметь в виду, что не во всех дисперсиях полимеров про­исходит коалесценция, но для того, чтобы получить пленку с нуж­ными характеристиками, следует выбирать связующее с опреде­ленным набором свойств (7. и др.). Образование пленок дости­гается для большого количества полимеров. Такие пленки не требуют отверждения и сохраняют термопрочность и жесткость. Согласно Диллону и др. [35], движущей силой коалесценции является поверхностное натяжение и вязкое течение полимер­ных молекул. Браун отмечает важную роль давления в капилля­рах [36]. В последующих работах рассматривается влияние тех и других явлений на процесс пленкообразования [37].

Несмотря на то, что образованные из дисперсий пленки мо­гут выглядеть вполне однородными для невооруженного глаза,
микроскопические исследования показывают, что такие пленки обычно имеют гетерогенную структуру, построенную по типу взаимопроникающей сетки. Такая структура существенно влияет на их свойства. Их проницаемость, например, как правило, выше, чем проницаемость пленок, полученных из растворов. Кроме того, проницаемость во всех случаях у несшитых пленок выше, чем у сшитых.

Ниже приведены общие характеристики четырех основных групп рецептур декоративных красок:

Водные (с добавкой растворителей)

I группа Эмульсионные или латексные краски IV группа Водоразбавляемые алкиды