Водоэмульсионные краски

Водоэмульсионные краски (воднодисперсионные краски, латексные краски, эмульсионные краски), суспензии пигментов и наполнителей в водных дисперсиях (латексах) пленкообразователей. Водные эмульсии последних получают главным образом эмульсионной полимеризацией соответствующих мономеров (синтетические латексы), а также диспергированием пленкообразователей в воде (так называемые искусственные латексы).  Водоэмульсионная краска содержит в своем составе обычно 10-15 компонентов, в том числе (% по массе): 40-60%-ная водная дисперсия пленкообразователя 35-40; пигменты и наполнители 30-37; пластификатор 0-7; функциональные добавки 2-6. Содержание в водоэмульсионных красках сухого остатка 50-60%.

Наиболее распространенные пленкообразователи водоэмульсионных красок: сополимеры акрилатов (акрилатные водоэмульсионные краски); поливинилацетат или сополимеры винилацетата с небольшими количествами акрилатов. алкилмалеинатов, этилена и др. (поливинилацетатные водоэмульсионные краски); сополимеры стирола с бутадиеном, метакриловой кислотой и др. (стирол-бутадиеновые водоэмульсионные краски). Ограниченно применяют также искусственные латексы нитратов целлюлозы, эпоксидных, алкидных, полиэфирных смол. полиуретанов и др.

Ассортимент пигментов и наполнителей для водоэмульсионные краски ограничен специфическими требованиями (минимальное содержание водорастворимых примесей, достаточная гидрофильность и др.). Чаще всего изготовляют белые водоэмульсионные краски; цветные краски получают добавлением в белые подцветочных (колеровочных) паст и цвета красок могут быть самыми разнообразными. Предельное количество пигментов и наполнителей составляет обычно 75-85% от критического объемного содержания пигмента, или пигментоемкости (табл. 1), - безразмерной величины, характеризующей максимальную плотность «упаковки» пигмента в монолитной пленке.

Табл. 1.-ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ВОДНЫХ ДИСПЕРСИЙ ПЛЕНКООБРАЗОВАТЕЛЕЙ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ВОДОЭМУЛЬСИОННЫХ КРАСОК

Показатель

Дисперсии акриловых сополимеров

Дисперсии гомо- и сополимеров винил ацетата

Стирол -бутадиеновые латексы
Содержание, % полимера

40-50

50-60

45-50
остаточного мономера. менее

0,1

0,1

0,05
Размер частиц полимера, мкм

0,1-0,3

0,1-2,0

0,12-0,2
Критич. объемное содержание пигмента

0,45-0,48

0,35-0,45

0,3-0,35
Минимальная температура пленкообразования (без пластификатора),oС

3-10

5-30

10

Функциональные добавки в водоэмульсионные краски: эмульгаторы (дифильные ПАВ и др.); диспергаторы пигментов и наполнителей (напр., гексаметафосфат натрия); загустители (эфиры целлюлозы, сополимеры метакриловой кислоты); вещества, придающие структурную вязкость и тиксотропность (бентонит, аэросил); консерванты, предохраняющие покрытие от образования плесени и бактериального разложения (пентахлорфенолят натрия); пеногасители (например, кремнийорганические жидкости); вещества, придающие дисперсии устойчивость к коагуляции при повторных циклах замораживание - оттаивание (например, высшие спирты, водорастворимые олигомеры); ингибиторы коррозии защищаемой поверхности (NaNO2, C6H5COONa).

Один из важных показателей дисперсий, характеризующий область применения, в частности их пригодность для водоэмульсионные краски естественной сушки, - минимальная температура пленкообразования (МТП; табл. 1). Ниже этой температуры, лежащей вблизи температуры стеклования полимера, дисперсия не образует монолитных пленок, а водоэмульсионные краски - покрытий с высокими твердостью, адгезией и износостойкостью. Хотя минимальная температура, рекомендуемая для нанесения водоэмульсионные краски на поверхность, составляет ~ 5 oС, для получения красок часто используют дисперсии с более высокой МТП; снижение последней достигается введением в состав водоэмульсионные краски низкомолекулярных пластификаторов (например, дибутилфталата) или модификаторов (синтетических олигомеров), а также так называемых коалесцирующих добавок - летучих пластификаторов (например, моноэтиловых эфиров этилен- или диэтиленгликоля), высших спиртов. Основное достоинство водоэмульсионных красок - отсутствие в них органических растворителей. Это обусловливает нетоксичность водоэмульсионных красок, взрыво- и пожаробезопасность процессов их приготовления и нанесения, относительно невысокую стоимость. Недостаток некоторых водоэмульсионных красок - неприятный запах, связанный с присутствием в них остаточного мономера. При длительном хранении водоэмульсионных красок, особенно выше 30°С или ниже 0°С, возможны образование плотных осадков пигментов или коагуляция дисперсной фазы (т.е. необратимая порча водоэмульсионные краски).

Технология получения водоэмульсионных красок включает: 1) приготовление водного раствора диспергатора и других добавок; 2) диспергирование в этом растворе пигментов и наполнителей (операция может вызвать затруднения из-за плохой смачиваемости большинства пигментов водой); 3) смешение пигментной пасты с водной дисперсией пленкообразователя. Операции 2 и 3 осуществляют на таком же оборудовании, что и при получении эмалей. В случае приготовления некоторых эпоксидных водоэмульсионных красок суспензию пигмента в олигомере эмульгируют в водном растворе отвердителя непосредственно перед использованием краски.

Водоэмульсионные краски для окраски строительных объектов наносят главным образом при помощи валика, а также распылением или кистью. Сушат покрытия чаще всего на воздухе; продолжительность выдержки перед нанесением следующего слоя не более 2 ч, время полного высыхания не более 24 ч. Покрытие формируется в результате испарения воды и слипания частиц полимера с образованием сплошной фазы.

На основе акриловых латексов, а также дисперсий эпоксидных и алкидных смол, сополимеров, синтезированных с применением небольших количеств (3-10%) метакриловой кислоты, акриламида, винилпиридина и других, изготовляют водоэмульсионные краски промышленного назначения, образующие термоотверждаемые покрытия с хорошей адгезией к металлу. Такие водоэмульсионные краски наносят, например, валковым методом или электроосаждением и сушат при 80-180°С; на основе стирол-бутадиеновых латексов получают грунтовочные противокоррозионные композиции, наносимые хемоосаждением (о методах нанесения красок.

Покрытия естественной сушки с наилучшими свойствами образуют акрилатные водоэмульсионные краски (табл. 2). Поливинилацетатные покрытия недостаточно водостойки, стирол-бутадиеновые склонны к загрязнению и потемнению под действием солнечного излучения. По комплексу защитных и механических свойств покрытия, образуемые водоэмульсионные краски, уступают эмалевым, водоэмульсионные краски применяют главным образом в строительстве, на транспорте, в промышленности и в быту для получения защитно-декоративных и противокоррозионных покрытий. Акрилатными водоэмульсионными красками окрашивают фасады зданий, деревянные надстройки судов и др., поливинилацетатными и стирол-бутадиеновыми - преимущество интерьеры. Термоотверждаемые водоэмульсионные краски используют также как противокоррозионные грунтовки по металлу. Некоторыми водоэмульсионными красками окрашивают натуральную и искусственную кожу, деревянную мебель. Доля водоэмульсионных красок в лакокрасочной продукции промышленно развитых стран составляет около 30%.

Табл. 2.-ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПОКРЫТИЙ, ОБРАЗУЕМЫХ ВОДОЭМУЛЬСИОННЫМИ КРАСКАМИ

Показатель

Акрилатные краски

Поливинил-ацетатные краски

Стирол-бутадиеновые краски

Стирол-бутадиеновая грунтовка
Твердость (по прибору М-3)

0,25-0,40

0,2-0,3

0,20-0,25

0,35-0,50
Водопоглощение за 24 ч, %

0,5-1,0

1-3

1-3

0,5
Смываем ость, г/м

1-3

3-7

2-5

0
Ориентировочный предельный срок службы покрытия, гг.

8

5

3


Основнве пути улучшения свойств и расширения ассортимента водоэмульсионных красок: применение новых сополимеров, преимущественно акрилового ряда, в том числе содержащих реакционноспособные звенья; создание эффективных функциональных добавок; модифицирование синтетических латексов