Лако-красочные материалы — производство

Основные компоненты пленкообразующих композиций — полимеры и олигомеры, сиккативы, низкомолекулярные пластификаторы, а также полярные растворители — в большинстве своем по химической природе дифильны и являются типичными ПАВ; полярные группы — СООН; —ОН; —NH2; —NH —; —НС — СН — и другие придают молекулам

у

о

гтйеЖ^оЯрггрупател? йкййфикймй)сть(.п<ЗлйШім? й,и зВЙЖШРм чшмшии

цепи поверхностная активность резко снижается и практически может не проявляться (например, в поливинилхлориде). Введение в молекулу таких полимеров дополнительных атомов хлора, которые располагаются несимметрично, делает их поверхностно-активными и способными к адге­зии (перхлорвинил). Поверхностно-активными являются и сополимеры винилхлорида с винилацетатом (3—13 %) и малеиновой кислотой (1 — 3 %), обладающие кислым характером и хорошей адгезией. Блоксополи — меры полистирола и полибутадиена, полиэтилена и полипропиленоксида проявляют активность в отличие от регулярных полистиролов, полибута­диена, полиэтиленоксида и полипропиленоксида. В процессе механо­деструкции полимеров, не обладающих поверхностной активностью, в момент разрыва на концах оборванных цепей появляются свободные радикалы, и полимеры могут хемосорбироваться на пигментах, образуя «привитые» адсорбционные слои.

Поверхностная активность зависит от гидрофильно-гидрофобного (липофильного) баланса в молекуле. Сильная полярная группа при малом углеводородном радикале, например в метиловом и этиловом спиртах или муравьиной и уксусной кислотах, не уравновешивают друг друга и лишь у спиртов и кислот с углеводородной цепью свыше С4 начинают проявляться поверхностно-активные свойства; в полной мере они проявляются при длине углеводородной цепи Сю — С)8. Поверхностное натяжение а поли­мергомологов с ростом цепи (молекулярной массы) возрастает:

о = в00-к/М2/ (3.16)

1де да — поверхностное натяжение при М -*• оо; М — молекулярная масса; k — константа для данного гомологического ряда.

В зависимости от длины углеводородной цепи, разветвленности, строения, расположе­ния и типа функциональных групп характер поверхностной активности ПАВ различен. Ниже приводится классификация ПАВ по Ребиндеру, представляющая большой интерес при исследовании лакокрасочных систем.

1. Смачиватели — это низкомолекулярные истинно-растворимые ПАВ, не образующие структур ни в растворах, ни в адсорбционных слоях.

2. Диспергаторы — это истинно — или коллоидно-растворимые ПАВ Лмолекулярной массы 300—1000 с сильными функциональными группами и прямыми или слаборазветвлен­ными углеводородными цепями, слабоструктурированные в растворах и адсорбционных слоях, способные мигрировать по твердой поверхности, проникать в микротрещины и оказывать расклинивающее действие.

3. Стабилизаторы — это нерастворимые или коллоидно-растворимые ПАВ с молекуляр­ной массой более 2000, способные образовывать структуры как в растворах, так и в адсорб­ционных слоях Обычно имеют в составе молекулы несколько функциональных групп.

Применяемые для получения лакокрасочных материалов полимеры и олигомеры, особенно поликонденсационные, полидисперсны и представ­ляют собой смеси макромолекул различной длины с разными функцио­нальными группами и метут относиться к ПАВ различного типа.

Путем фракционирования или направленного синтеза можно получить олигомеры, являющиеся типичными диспергаторами или стабилизаторами. Разветвленность строения молекул и повышение «жирности» олигомеров снижают их поверхностную активность.

Расклинивающее действие адсорбционных слоев. Молекулы дисперга­торов, мигрируя полярными группами по твердой поверхности от одного активного центра к другому и проникая в микро — и макротрещины между отдельными блоками кристаллов или между отдельными частицами в агре­гатах, оказывают расклинивающее действие (эффект Ребиндера), что „ MftuUKiMun прочности пигментов и облегчению разделения

агрегатов до первичных частиц. Работа разрушения Рт связана с межфаз* А ной поверхностной энергией твердого тела ат и размером образующейся i при разрушении новой поверхности S:

PrV^OvS-ykT, (3.17) v>

где р и у— безразмерные коэффициенты; к — постоянная Больцмана, Т — абсолютная температура. J

Самопроизвольное диспергирование — пептизация,— протекающее без приложения механических усилий лишь под воздействием внутренних напряжений, тепловых колебаний и расклинивающего давления адсорб­ционных слоев, т. е. когда Р^жО, возможно, если поверхностное натяжение хорошо смачивающей жидкости меньше а: о — А. Приняв условно, что S — а (где а —средний линейный размер разделенных частиц), получаем значение поверхностного натяжения, при котором возможно самопроизвольное диспергирование:

o*-r = ykT/S=ykTa-2. (3.18)

Для получение частиц, у которых а порядка 10~7 м, необходимо, чтобы — диспергирующая среда имела поверхностное натяжение аж-г<С А мН/м. Такие жидкости практически неизвестны, но ясно, что чем меньше поверх­ностное натяжение смачивающей жидкости, тем эффективнее она спо­собствует диспергированию, уменьшает затраты механической энергии и, что особенно важно, повышает дисперсность пигментов в красочных систе­мах. Эффективное смачивание достигается лишь при условии, когда поверхностное натяжение жидкости ниже критического поверхностного натяжения смачиваемого твердого тела. Поверхностное натяжение раст­воров олигомеров и полимеров (20—40 мН/м) обычно значительно меньше критического поверхностного натяжения пигментов.