Современные водно-дисперсионные лакокрасочные материалы

 

 

ДИСЦИПЛИНА «СТРОИТЕЛЬНОЕ  МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ. СПЕЦКУРС»

 

РЕФЕРАТ НА ТЕМУ:

 

«СОВРЕМЕННЫЕ ВОДНО - ДИСПЕРСИОННЫЕ ЛАКОКРАСОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ.

 

До недавнего времени лидирующие позиции при отделочных работах  в строительстве занимали краски на основе масляных, алкидных и других связующих, содержащих значительное количество экологически опасных органических растворителей. В последнее время  все большее распространение  получают водно-дисперсионные краски (ВДК).

Водно-дисперсионные составы не содержат органических растворителей, поэтому они практически не имеют  запаха и экологически чисты. Они  могут наноситься кистью, валиком  или распылителем. Образующееся покрытие имеет высокую адгезию практически  ко всем основаниям и обладают высокими эксплуатационными характеристиками. Ими можно окрашивать влажные поверхности, они не горючи и, наконец, пропускают пары воды, что называется «дышат», повышая комфортабельность жилых помещений.

Появились «водоэмульсионки» сравнительно недавно – не многим более полувека назад. По крайне мере в Советском Союзе они стали известны лишь в конце 50-х годов прошлого столетия. Несмотря на относительную «молодость», такие краски сейчас достаточно интенсивно вытесняют со своих позиций масляные, бывшие в течение многих лет самыми распространёнными.

Водно-дисперсионные  лакокрасочные материалы – это материалы, основой которых служат водные дисперсии синтетических полимеров. В качестве разбавителя для этих материалов используется вода, а не органические растворители, как в традиционных эмалях и красках, что делает их негорючими и экологически чистыми. Частицы связующего в таких красках диспергированы в воде. В процессе испарения влаги они сближаются и при наступлении контакта прилипают друг к другу, образуя пленку.

В состав ВД ЛКМ входят в  среднем 15 компонентов. Процесс изготовления ВД краски аналогичен изготовлению органно-разбавляемых ЛКМ и состоит из двух фаз: приготовление  и диспергирование пигментной пасты, когда закладываются такие свойства, как степень перетира и механика, и «постановка на тип» - для достижения требуемой вязкости. Ориентировочный состав водно-дисперсионной краски приведен ниже: 
1) пигментная паста:

• вода
• загуститель (целлюлозный или на основе глины)
• регулятор среды (щелочь)
• диспергатор пигментов
• смачиватель пигментов
• внутритарный консервант
• пеногаситель
• фунгицид, защищающий материал от плесени и грибков
• пигмент, который придает материалу требуемый цвет
• наполнитель, который экономит пигмент и определяет некоторые эксплуатационные свойства (прочность, блеск и т.п.)

2) «постановка на тип»:

• коалесцент (сорастворитель-пластификатор)
• полимерная дисперсия
• пеногаситель
• добавки для улучшения свойств поверхности (ПАВы)
• вода

Безусловно, основной компонент  дисперсионной краски - это связующее, или, как его еще часто называют, пленкообразователь, так как именно благодаря ему происходит образование  защитной пленки на обрабатываемой поверхности.

В промышленно развитых странах  доля ВД ЛКМ составляет 70% от общего потребления лакокрасочных материалов в строительстве. Это обусловлено рядом важнейших преимуществ:

• отсутствие органических растворителей, что обеспечивает уменьшение загрязнения окружающей среды, пожаровзрывобезопасность окрасочных работ, улучшение условий труда, особенно при производстве работ внутри помещений, экономии средств при промывке окрасочного оборудования и оснастки;
• доступность и простота методов нанесения;
• быстрое высыхание покрытия;
• более высокие эксплуатационные свойства покрытий, особенно при использовании акрилатсодержащих пленкообразователей;
• стойкость к УФ излучению, результатом чего является отсутствие пожелтения при эксплуатации;
• хорошая адгезия ко многим типам поверхностей;
• меньшая склонность фасадных покрытий к отслаиванию под действием паров воды, проникающих через стенки здания в атмосферу при соответствующих условиях;
• хорошая паропроницаемость, в результате чего окрашенная поверхность может «дышать»;
• долговечность (5-20 лет при правильно организованной подготовке поверхности).

Нормативные требования к  ВД ЛКМ, эксплуатируемым в атмосферных условиях и под навесом (для наружных работ):

Наименование показателя	Норма по ВД ЛКМ
1. Время высыхания до  степени 3 при температуре (20±2)°С, ч., не более	1
2. Степень перетира, мкм,  не более	60
3. Укрывистость высушенной пленки, г/м2 , не более	120
4. Твердость пленки, усл. ед. по прибору типа М-3, не менее	0,35
5. Условная светостойкость пленки, ч, не менее	24
- воды	24
- моющих средств	24
6. Морозостойкость, циклы, не менее	5
7. Смываемость пленки краски,   г/м2, не более	2,0
8. Стойкость покрытия к воздействию климатических факторов*, циклы, не менее	100

* 100 циклов соответствуют  сроку службы 10 лет.

 

Нормативные требования к  ВД ЛКМ, эксплуатируемым внутри помещения (для внутренних работ):

Наименование показателя	Норма по ВД краске
1. Время высыхания до  степени 3 при температуре (20±2)°С, ч., не более	1
2. Степень перетира, мкм,  не более	60
3. Укрывистость высушенной пленки, г /м2, не более	120
5. Твердость пленки, усл. ед. по прибору типа М-3, не менее	0,35
6. Условная светостойкость  пленки, ч, не менее	24
- воды	24
- моющих средств	24
8. Смываемость пленки краски, г/м2, не более	3,5
9. Стойкость покрытия  к воздействию климатических  факторов*, циклы, не менее	15

* 15 циклов соответствует  сроку службы 6 лет

 

Наименование показателя	Норма по ВД лаку
1. Время высыхания до  степени 3 при температуре (20±2)°С, ч., не более	1
2. Адгезия пленки, баллы,  не более	1
3. Твердость пленки, усл. ед. по прибору типа М-3, не менее	0,4
4. Стойкость пленки к  статическому воздействию при  (20±2)°С, ч., не менее - воды
	24

 

Несмотря на сложность  рецептуры водно-дисперсионных красок, технология их изготовления сравнительно проста и принципиально не отличается от технологии производства эмалей и грунтовок, содержащих органические растворители. Обычно лакокрасочные заводы используют уже готовые латексы, которые производятся заводами синтетического каучука (стирол-бутадиеновые) или промышленностью пластмасс (поливинилацетатные, полиакрилатные и др.). Собственно технологический процесс производства таких красок состоит из следующих операций:

• приготовление диспергирующей смеси, так называемого полуфабриката, для перетира пигментов;
• изготовление пигментных паст (перетир пигментов с полуфабрикатом);
• смешение водно-дисперсионного связующего с пигментными пастами;
• типизация краски и розлив ее в тару.

В состав диспергирующей смеси входят все ингредиенты краски, кроме связующего и пигментов. Наиболее важны операции получения паст пигментов и их смешения с дисперсией пленкообразователя.

Особенности технологии обусловлены  наличием водной среды и относительной  нестабильностью дисперсионного связующего. Поэтому необходимо предотвращать обильное ценообразование при транспортировке латексов, на третьей и четвертой стадиях технологического процесса, а также снижать до минимума механические воздействия на латексы и латексные краски во избежание их частичной или полной коагуляции. Однако по мере появления промышленных водных дисперсий полимерных пленкообразователей с эффективными системами стабилизации последние затруднения постепенно устраняются. Так, ранее для изготовления водно-дисперсионных красок использовали только тихоходные смесители с лопастными мешалками (30-40 об/мин); сейчас наиболее стабильные латексы можно смешивать с пигментными пастами даже в шаровых мельницах.

Пигменты и наполнители, используемые в красочных составах, как правило, являются ионными или  молекулярными кристаллами и  имеют высокое значение свободной  поверхностной энергии. Однако большинство  из них гидрофобны и плохо смачиваются водой. Смачивание водой, необходимое для дезагрегации и последующей стабилизации пигментной пасты, даже в случае наиболее гидрофильных пигментов (окись цинка, двуокись титана) возможно в достаточной степени лишь в присутствии ПАВ – диспергаторов. При этом следует учитывать, что правильность подбора компонентов диспергирующей смеси оказывает гораздо большее влияние на эффективность перетира пасты в водной среде, нежели применение интенсивного перетирающего оборудования. Кроме того, равновесие при смачивании может устанавливаться в течение длительного времени. Поэтому часто бывает важно обеспечить не только интенсивность механического воздействия, но и достаточную продолжительность смачивания пигмента до начала диспергирования.

Изготовление наиболее распространенных в нашей стране стирол-бутадиеновых водно-дисперсионных красок типа КЧ осуществляется по определенной технологической схеме.

В смеситель загружают 80% рецептурного количества воды п при нагревании до 50-60°С (острым паром) вводят эмульгатор и диспергатор. После непродолжительного (5-10 мин) перемешивания загружают остальные компоненты полуфабриката (стабилизатор, антисептик и др.), а затем всю смесь перемешивают 2 ч. Добавлением воды доводят содержание твердого вещества до 20-22%.

Полученный таким образом  полуфабрикат загружают в замесочную машину, туда же добавляют пигмент. Пасту каждого пигмента получают отдельно с заранее подобранным количеством полуфабриката (в соответствии с его влагоемкостью); в зависимости от природы пигмента весовое соотношение пигмент : полуфабрикат колеблется от 80:20 до 50:50. Замес готовят в течение 60-90 мин до получения однородной массы, которую затем передают на краскотерочную машину. Обычно двух проходов пасты через трехвалковую краскотерочную машину бывает достаточно для получения пасты с максимальным размером частиц 30-45 мк (по ТУ часто достаточно 80-100 мк).

В смеситель, снабженный лопастной  мешалкой, делающей 60-70 об/мин, загружают рецептурное количество профильтрованного через сетку или марлю латекса из емкости через мерник, после чего при перемешивании добавляют пигментную пасту. Смешение компонентов в обратной последовательности недопустимо, поскольку это способствует появлению более или менее значительных количеств коагулюма. Перемешивание продолжают 15-20 мин.

После окончания смешения латекса с пигментной пастой краску проверяют на однородность (отсутствие включения крупных частиц) и соответствие эталону по цвету. При необходимости  производится подколеровка пастами, предварительно разбавленными латексом в соотношении 1:1. Кроме того, краску тщательно анализируют на содержание твердого вещества, после чего фильтруют и перекачивают в приемник-типизатор, откуда после проверки всех показателей краски через весовой или объемный дозатор разливают в тару.

Схематично мини-завод  по производству ВД ЛКМ представлен на рисунке (вид сверху):

Весь ассортимент ВД красок и покрытий можно разделить на следующие большие группы материалов по типу их применения:

• строительные краски: фасадные строительные краски для внешних работ, в основном, на акрилатной и стирол-акрилатной основе; интерьерные строительные краски для внутренних работ на акрилатной, винилацетатной и сополимер-акрилатной основе; универсальные строительные краски для внутренних и внешних работ на акрилатной и стиролакрилатной основе;
• специальные краски: антикоррозионные краски на латексной и акрилатной основе для окрашивания различных конструкций и покрытия для металла, используемые в автомобилестроении; специальные краски для разметки дорог и других целей.

 

 

Строительные краски.

Наибольшим сегментом  потребления ВДК является строительство (фасадные, интерьерные и универсальные) - 85 % общего потребления.

Высокая заинтересованность западных производителей в разработке более качественных и дешевых  продуктов приводит к быстрой  модернизации производственных процессов  и технологий. Устаревшие и неэкологичные продукты снимаются с производства и заменяются новыми, более качественными. Это приводит к расширению областей применения, появляются новые покрытия с ранее недоступным уровнем свойств (например, в области фасадных и интерьерных красок - с улучшенным блеском, особой текстурой и колеровкой).