Компоненты лакокрасочных материалов

Пленкообразователи-это главный компонент любого лакокрасочного материала. К природным пленкообразующим относятся растительные масла, подвергнутые спец обработке, смолы естественного происхождения, (янтарь, канифоль и др.) белковые вещества (казеин, костный клей), модифицированные эфиры целлюлозы.(нитроцеллюлоза) К синтетическим пленкообразователям относятся эпоксидные, - меламино- и фенолформальдегидные смолы, другие ВМС (ПАА, ПВХ, ПВС, ПВА),которые при определенных условиях, способные на твердой подложке формировать сплошную пленку, обладающую твердостью, прочностью, эластичностью, адгезией к подложке, устойчивостью к воздействию влаги и др свойствами. Пленкообразующие вещества представляют собой макромолекулярные соединения с ММ от 500 до 30000 и более. Высокую ММ. имеют (Нитроцеллюлоза, полиакрилаты).

Для получения покрытий, отвечающим определенным требованиям, пленкообразователь ожно применять самостоятельно или в комбинации с пигментами и наполнителем, пластификаторами, модификаторами и другими добавками.

Пленкообразование. Под пленкообразованием из дисперсий понимают процесс слипания частиц дисперсной фазы при удалении дисперсионной среды, например, в результате естественного испарения, с образованием однофазной сплошной пленки. Способностью формировать гомогенные латексные пленки обладают лишь дисперсии, полимер которых находится в вэ или в вязкотекучем состоянии, те пленкообразование возможно при температуре около или выше Т стеклования полимера. Для пленкообразования большую роль играет ММ. Однако увеличение относительной ММ пленкообразующего вещества в полимерной пленке хотя и улучшает ее эластичность, твердость, устойчивость к деформации, но одновременно увеличение вязкости раствора затрудняет нанесение покрытия на поверхность. При этом для снижения вязкости требуется больше растворителя (часто органического), что загрязняет окружающую среду. Поэтому здесь необходим компромисс. Пленкообразующие вещества с низкой ММ обладают низкой вязкостью раствора (алкидные и фенольные смолы). Это позволяет изготавливать краски с низкой летучестью и высоким содержанием сухого остатка, и даже краски, не содержащие растворитель. В этом случае ЛКМ состоит из основы с пленкообразующим веществом и отвердителя, вступающих между собой в реакцию, а пленка образуется в результате химического процесса сушки после нанесения краски (химического отверждения). При этом компоненты должны быть смешаны непосредственно перед нанесением краски.

Пигменты – один из главных компонентов защитных декоративных лакокрасочных составов, они выполняют в пленке различные функции:

1. В антикоррозионных покрытиях пигментные смеси выполняют роль пассиваторов, выполняя роль защитного действия всего покрытия

2. В декоративных покрытиях пигментная композиция обеспечивает непрозрачность пленки и нужный цветовой фон

3. Активные пигменты обеспечивают кинетическую и агрегативную устойчивость водной дисперсии пленкообразователя

Пигменты – это высокодисперсные порошкообразные красящие вещества, практически нерастворимые в отличие от красителей в воде, органических растворителях. Пигменты подразделяют на органические и неорганические Цинковые и титановые белила, металлоорганические и металлические (попошки и пудры алюминия, меди и цинка). Наиболее часто используемым пигментом является диоксид титана. Красящая способность пигментов (интенсивность) – это способность цветных пигментов влиять на цвет полученной композиции. Маслоемкость пигмента – это показатель характеризует плотность упаковки порошков, это количество масла(г), необходимое для смачивания и превращения 100г порошка пигмента, в нетекучую пасту. Все свойства пигмента (цвет, яркость, светостойкость, усточивость к хим реагентам, диспергируемость и др.) зависят от кристаллической структуры, формы и размера частиц пигмента. Гидрофильные пигменты – цинковые белила, двуокись титана – они лучше смачиваются водой, чем орг жидкостями. Другие пигменты гидрофобны

Растворители и разбавители Для получения лаков или красок с определенной вязкостью применяют растворители и разбавители. Растворители – это легколетучие органические жидкости, способные растворять пленкообразующие вещества(смолы, эфиры целлюлозы, масла и олифы) и другие составные части лаков и красок (кроме пигментов). Разбавители – более дешевые летучие органические жидкости, неспособные самостоятельно растворять данное пленкообразующее вещество, но хорошо смешивающее с уже полученным концентрированным лакокрасочным раствором. Они могут снизить вязкость лака до требуемой степени.Скорость испарения должна быть не слишком малой, чтобы не задерживать высыхания пленок лака, но и не чрезмерно большой, иначе пленка загустеет до разравнивания ее кистью и будет иметь следы от неё. При быстром испарении в пленке остаются следы от лопнувших пузырьков. Растворителями различных смол, олиф, жиров и масел являются нефтяные и коксохимические углеводороды, спирты, эфиры простые и сложные, хлорпроизводные углеводородов и др. Все они за исключением углеводородов огнеопасны, а многие из них токсичны, особенно ароматические растворители и хлорпроизводные углеводороды. Это их существенный недстаток.

Ингибиторы коррозии. – это антикоррозионные пигменты такие как свинцовый сурик, хромат цинка или сама краска должна действовать как барьер, защищающий подложку от агрессивного воздействия среды.

Пластификаторы – это эфиры фталевой, фосфорной и др. кислот. Это практически нелетучие органические маслообразные жидкости, хорошо растворяют пленкообразующие вещества и смешиваются с растворителями и разбавителями. Пластификаторы необходимы для таких пленкообразователей(нитроцеллюлозные), пленки которых без пластификаторов плохо прилипают к покрываемой поверхности, легко морщатся и растрескиваются. Действие пл-ра сводится к взаимодействию с полимером, раздвижению его макромолекул и ослаблению межмолекулярных сил между ними. Это сопровождается повышением элатичности и адгезионной способности.

. Загустители в композиции лакокрасочных материалов. Загустители служат для изменения реологических свойств водоэмульсионных красок. Как и все другие вспомогательные вещества, загустители оказывают влияние на водостойкость покрытий, стойкость к атмосферным воздействиями и связанным с этим изменением глянца. Наиболее широко используемыми загустителями являются карбоксиметилцеллюлоза и гидроксиэтилцеллюлоза. При увеличении степени полимеризации целлюлозы происходит увеличение вязкости. Широкое применение находят также загустители, изготовленные на основе полиметакрилатов, поливинилпирролидона и полиуретанов. В качестве неорганических загустителей используются силикаты слоистой структуры монтмориллонитного типа (алюмосиликат и силикат магния). Они придают покрытию устойчивость к влажному истиранию и не снижают водостойкость покрытия при нахождении на открытом воздухе. Ассоциативные загустители - это гидрофобизированые полимеры с расположенными рядом гидрофильными и гидрофобными структурными звеньями. Представителями в этом класса загустителей являются полиуретановые (гидрофобизированные, набухающие в щелочи эмульсии –ГЭНШ). Ассоциативные загустители содержат в молекуле гидрофобные группы и поэтому могут адсорбироваться на поверхности частиц пленкообразователя, образуя в водной фазе мицеллярные, ассоциативные комплексы. В результате можно добиться повышения вязкости красок с высоким содержанием пленкообразователя. Классический пример водорастворимых полисахаридов - крахмал (основным его техническими источниками является картофель и кукуруза) представляет собой смесь полисахаридов, входящих в состав и структуру растительной ткани в виде зерен, и состоит из двух основных фракций: амилозы и амилопектина. Основное звено у них одно и то же - остатки D-глюкозы. Крахмал обычно нерастворим в холодной воде (главным образом из-за амилопектина), но в горячей воде набухает и превращается в гель. Под действием кислот или ферментов крахмал гидролизуется до полисахаридов меньшей молекулярной массы - декстринов, можно добиться и гидролиза до D - глюкозы. Так же применяемая в виде натриевой соли альгиновая кислота. Она состоит из остатка D-маннуровой кислоты, получают из морских водорослей, где она содержится в виде Ca²⁺ или Mg²⁺, нагревом с раствором соды. Альгинат натрия неограниченно растворим в холодной воде и является загустителем. В присутствии ионов тяжелых металлов образует нерастворимые осадки, гелеобразные и с большим трудом поддаются обработке.

Целлюлозные загустители относятся к наиболее распространенным реологическим добавкам для ВД-ЛКМ. Из эфиров целлюлозы в качестве загустителей применяют метилцеллюлозу, оксиэтилцеллюлозу, метилоксиэтилцеллюлозу, КМЦ, метилгидроксиэтилцеллюлозу, метилгидроксипропилцеллюлозу и др.

Полиуретановые загустители. Полиуритановые загустители - это синтетические загустители на основе водоразбавляемых полиуретанов с относительно низкой молекулярной массой. Их применение позволяет составлять рецептуры ВД-ЛКМ, которые по реологическим свойствам идентичны органоразбавляемым. Преимущества: укрывистость, слабое разбрызгивание, биостабильность. Недостатки: потеки, плохая совместимость с гликоль содержащими пигментными пастами. Они относятся к неионным гидрофобным полимерам.

Акриловые загустители. Гидрофобные боковые цепи функциональных мономеров адсорбируются на поверхности молекул загустителя аналогично тому, как молекулы полиуретанового загустителя адсорбируются на поверхности частиц пленкообразователя. В результате образуется аналогичная мицеллярная пространственная структура. Практически в самого начала выпуска современных латексных красок производители пытались найти замену целлюлозным загустителям, так как, несмотря на то что гидроксиэтилцеллюлоза (ГЭЦ) и ее аналоги обеспечивают требуемую вязкость при низких скоростях сдвига, они имеют ряд существенных недостатков: порошкообразная форма, затрудняющая составление рецептуры, подверженность микробному разрушению, незначительна эффективность. Добавление загустителя в качестве одного из последних ингредиентов на конечной стадии приготовления краски требует тщательного перемешивания. Некачественное перемешивание может компенсировать более медленным добавлением загустителя или предварительным разбавлением его водой (50%). Избежать возможного «шока» краски можно введением определенного количества щелочи в загуститель.

Пеногасители. Эмульгаторы, смачивающие агенты, ассоциативные загустители, используемые при производстве Вд-ЛКМ, накапливаясь на поверхности жидкой фазы (границе раздела жидкость - воздух), понижают поверхностное натяжение системы. Это приводит к стабилизации воздушных пузырьков, образовавшихся в процессе диспергирования, перемешивания и транспортировки. Внешне этот эффект проявляется в виде пены или микропены. Воздушные пузырьки поднимаются к поверхности или в высоковязких системах остаются внутри жидкой фазы в виде стабильной микропены. Нанесение краски в таком виде приводит к образованию дефектов покрытия. Для предотвращения этого нежелательного явления необходимо использовать пеногасители. Пеногасители - это жидкости с низким поверхностным натяжением, которые могут разрушать поверхностную пленку или стабилизирующий двойной слой, позволяя воздуху выходить из массы краски. Пеногаситель должен легко вводиться в жидкий слой и дестабилизировать пленку ПАВ. Распространяясь внутри этого слоя, он как жесткий монослой разрушает пузырек пены. В настоящее время наиболее используемыми являются пеногасители на основе минеральных и силиконовых масел.