Основой этих материалов служат латексы синтетических полимеров. По эксплуатаци­онным характеристикам покрытий наилучшими являются латексы акрилового и стирол-ак - рилового типов. Они и получили наибольшее распространение во всех странах. Массовая доля пленкообразователя (полимера) в промышленных продуктах составляет 35 - 55%.

Другой важный компонент водно-дисперсионных красок - пигменты и наполнители. В зависимости от их природы, стоимости и объемной концентрации получают покрытия с разной фактурой поверхности, блеском, различного назначения (для внутреннего или наружного применения) (табл. 3.1).

Таблица 3.1

Внешний вид покрытий и назначение составов с различным соотношением

Пигмент / пленкообразователь

Наименование	Материал	Окп, %	Массовая доля пленкообразо­вателя, %
Низкопигментированные составы (лаки)
Внешний вид покрытия	Глянцевые	10 -15	70-65
	Полуглянцевые	15-30	65-38
	Шелковисто-матовые	30-40	38-33
Высокопигментированные составы (краски)
Назначение	Для наружных работ	40-60	33-21
	Для внутренних работ (стандартный вариант)	О Со 1 О СО	21-10
	Для внутренних работ (удешевленный вариант)	Со 0 1 Со О	10-5

Водно-дисперсионные составы, как правило, содержат много компонентов. Кроме пленкообразователя и пигментов, в них присутствуют многочисленные добавки, обеспе­чивающие стабилизацию, консервацию, регулирующие пенообразование составов, улучшающие пленкообразование и свойства покрытий.

В табл. 3.2 указан перечень компонентов, входящих в состав типовых водно-диспер­сионных красок.

Таблица 3.2 Компоненты водно-дисперсионных красок Дисперсионная среда Вода Пленкообразователь Полимер, олигомер Пигмент Диоксид титана* Наполнитель Например, мел [1] Реологические добавки Полимеры, например ASE, HASE, HEUR, эфиры целлюлозы, неорганические силикаты [2] Диспергаторы Полиакрилаты, полифосфаты [2] Пеногасители Углеводородные и силиконовые добавки [2] Консервирующие агенты Фунгициды, биоциды [2] Коалесценты Труднолетучие органические растворители Стабилизаторы pH Аммиак, гидроксид натрия и др. Коррозионно-активные добавки для металлических подложек Ингибиторы коррозии [2]

*При изготовлении водно-дисперсионных красок диспергируют только диоксид титана (рутил) и наполни­тели; краски других цветов получают путем колерования белых красок колеровочными пастами (концентра­тами пигментов).

О0 000о0 “°°о о°о О О О О о

Первичная дисперсия

1

Испарение и концентрирование Упаковка шаров

Формирование покрытий на основе водно-дисперсионных красок подчиняется дру­гим закономерностям, чем из органорастворимых материалов. При испарении воды по­лимерные частицы сначала уплотняются до образования упаковки шаров (рис. 3.1), за­тем круглые полимерные час­тицы под влиянием капилляр­ного давления жидкости де­формируются до ромбических додекаэдров, которые в ре­зультате диффузии молекул пленкообразователя посте­пенно теряют границу разде­ла (коалесцируют).

1

Деформация за счет капиллярных сил

Упаковка ромбических додекаедров

1

Внутренняя диффузия Рис. 3.1. Процесс пленкообразования водных дисперсий полимеров

Водные дисперсии термо­динамически нестабильны, при формировании пленки система необратимо перехо­дит в термодинамически устойчивое состояние. При этом образуются несшитые термопластичные покрытия, набухающие в растворителях.

Коалесценция частиц при формировании пленки из вод­
ных полимерных дисперсий происходит лишь при температурах, превышающих мини - мальную температуру пленкообразования (МТП), ниже которой полимер находится в стеклообразном состоянии и не способен образовывать пленку. МТП полимерных дис­персий, как правило, составляет от - 5 до 25°С. Для водных дисперсий, применяемых в составе красок промышленного назначения, МТП значительно выше. Низкое значение МТП указывает на эластичность полимера; такие дисперсии формируют покрытия с по­ниженными прочностными свойствами. Дисперсии, у которых температура стеклования (Т0) полимера выше комнатной, условно называют некоалесцирующими. Такие диспер­сии требуют внешней пластификации (например, введения фталатов) или добавления вспомогательных веществ - коалесцентов (труднолетучих органических растворите­лей). В присутствии пластификаторов процесс образования пленки нередко может про­ходить без добавления коалесцентов.

К веществам, способствующим пленкообразованию, предъявляются следующие требования:

• обеспечивать растворение или набухание полимерных частиц;

• не влиять на стабильность полимерной дисперсии;

• иметь низкую растворимость в воде;

• быстро испаряться из пленки после ее формирования;

• отсутствие запаха;

• безопасность для окружающей среды.

Границу между веществами, способствующими растворению, и веществами, бла­гоприятствующими пленкообразованию, можно провести лишь условно (табл. 3.3). На­пример, бутилгликоль может вести себя как вещество, способствующее и растворению, и пленкообразованию одновременно.

Таблица 3.3

Соединения, способствующие формированию покрытий

Вещество	Скорость испарения*	Растворимость в воде, % (по массе)
Вещества, способствующие пленкообразованию: 2,2,4-Триметил-1,3-пентадиол-1-изобутират (тексанол, рис. 3.2)	5000	0,05
- бутилгликольацетат	137	1,5
- бутилдигликольацетат (БДГА)	>3000	6,5
Вещества, способствующие растворению:
- бутилгликоль	119	Неограниченная
- бутилдигликоль (БДГ)	1200	То же
Прочие 1,2-пропиленгликоль* *	1000	Неограниченная

*Диэтиловый эфир = 1; ** - не является веществом, способствующим пленкообразованию и растворению полимера. В водно-дисперсионных красках часто используется как средство для удержания воды, его при­сутствие удлиняет время формирования покрытия.

Сн3 он

НзСч О СН—С- Н3с/

,сн3

I I / ГПЛ СН3

СН3

Рис. 3.2. 2,2,4-Триметил-1,3-пентадиол- 1-изобутират (тексанол)

Вязкость, мПа • с

Тексанол

Рис. 3.3. Влияние гидрофобно-модифицированных этиленоксидурета - нов (HEUR) на вязкость водно-дисперсионных красок

Веществом, способствующим пленкообразова - нию, может служить даже нерастворимый в воде обычный бензин, применяемый самостоятельно или в сочетании с другими растворителями (например, смесь 1:1с тексанолом). Следует учитывать возможное влияние этих до­бавок на вязкость составов. Оно может происходить как за счет набухания полимер­ных частиц, так и взаимодей­ствия с реологическими до­бавками, в особенности с гид - рофобно-модифицированны- ми этиленоксидуретанами (HEUR) [2, 3]. Такое влияние на вяз­кость поясним на примере мо­дели водно-дисперсионных красок (рис. 3.3). Испытание проводили на модельной белой краске (с разными реологическими добавками и одинаковым содержанием воды) следующего состава: • соотношение пигмент : пленкообразователь = 4:1; • дисперсия стирол-акриловая (Acronal 290 D); • добавки, способствующие пленкообразованию - 4,0 ч. (по массе); • реологические добавки на основе полиэфирмочевиноуретана HEUR 1 или HEUR 2 [по 1,0 ч. (по массе) в торговой форме]. Измерение вязкости краски при низких сдвиговых нагрузках показало, что приме­нение наименее растворимого в воде тексанола приводит к наибольшему повышению вязкости, так как он вызывает сильное набухание как полимерных частиц, так и HEUR - мицелл [2] (рис. 3.3). При использовании водорастворимого бутилдигликоля вязкость краски наиболее низкая, так как полимерные частицы и HEUR-мицеллы очень слабо на­бухают в нем. Бутилдигликоль также водорастворим и, как любой водорастворимый ор­ганический растворитель, снижает поверхностное натяжение воды и тем самым влияет на мицеллообразование (образование ассоциатов), что обычно ведет к снижению вяз­кости. Частично растворимый в воде бутилдигликольацетат, как ожидалось, занимает среднее положение (рис. 3.3).