ПРИРОДА КРАСОЧНОГО СВЯЗУЮЩЕГО

15 мая, 2013

admin

-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 иди 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 низкомолекулярные 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 (Тс 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,

Неводиыс (в основном на уайг-спнрите)

II группа Неводные дисперсии «НВД»

III группа Масляные или ал — кидные краски

Полимерная дисперсия;

(пленка формируется только зультате коалесценции)

Композиция полимер/олигомер; (пленка формируется в результате самоокисления)

В ре-

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