Огляд водних дисперсій полімерів. Технологічна схема одержання воднодисперсійних фарб із застосуванням краскотерних машин і кульових млинів

1 АНАЛІТИЧНИЙ ОГЛЯД

1.1 Водні дисперсії полімерів

1.1.1 Класифікація водних дисперсій полімерів

У цей час для запобігання забруднення навколишнього середовища, всі частіше знаходять застосування екологічно чисті ЛФМ, у тому числі й ЛФМ на основі водних дисперсій полімерів. Під водними дисперсіями полімерів мають на увазі полімерні дисперсії, у яких обов'язковим компонентом дисперсійного середовища є вода. Використання водних полімерних дисперсій як плівкоутворювальні системи дозволяє значною мірою вирішити проблеми захисту навколишнього   середовища,   досягнення   гарних   санітарно-гігієнічних умов праці, а також істотно знизити вартість лакофарбових матеріалів.

Водні дисперсії класифікують на три типи: ліофобний, ліофільні й перехідний тип (водні ліофобні дисперсії часто називають гідрофобними, а ліофільні - гідрофільними). Для віднесення водних дисперсій до того або іншого типу використається той же критерій (величина міжфазного поверхневого натягу), що й у випадку органодисперсій. Як плівкоутворювальні системи в основному використаються водні дисперсії лиофобиого й ліофільного типів. Дисперсії перехідного типу застосовуються досить рідко. А також  у техніку прийнято розрізняти, залежно від способу одержання, синтетичні й штучні дисперсії. У свою чергу, ці дисперсії можна модифікувати різними способами, домагаючись потрібних технічних (у тому числі й плівкоутворювальних) властивостей.

Плівкоутворювачами в штучних   дисперсіях можуть бути як полімери (поліолефіни, вінілові полімери й т.д.), так й олігомери (алкіди, епоксиди, поліуретани, бітуми, що висихають масла й т.д.). Штучні дисперсії одержують емульгуванням або олігомерів при температурі вище їхньої температури розм'якшення, або розчинів олігомерів або полімерів (іноді з наступним відгоном розчинників).

Синтетичні плівкоутворювальні дисперсії одержують методами емульсійної полімеризації, такі дисперсії називають також латексами. Синтетичні латекси - є типовими полімерними колоїдами. Це колоїдні системи, у яких дисперсною фазою служать полімери різної природи, а безперервною фазою - вода.

Ліофільністю дисперсій називають спорідненість фаз. Якщо полімерна  фаза має малу спорідненість до води, тобто не розчиняється, не набухає, а в  деяких випадках навіть не змочується водою, то дисперсію називають  гідрофобною. При підвищенні спорідненості полімеру до води (обмежене  набрякання) утвориться дисперсія перехідного типу, а при розчиненні -  ліофільна дисперсія (мицеллярное розчинення) або розчин (щире,  молекулярне розчинення).

Розчини й ліофільні дисперсії плівкоутворювачів є системами термодинамічно стійкими й оборотними. Їхнє одержання, зберігання й технічне застосування не зустрічає труднощів.

Ліофобні й перехідні дисперсії є системами термодинамічно нестійкими, нерівновагими й необоротними. Для їхньої стабілізації використають поверхнево-активні речовини (ПАР), які забезпечують поверхневу ліофілізвцію або надають гідрофильність плівкоутворювачу, забезпечуючи як поверхневу, так й об'ємну ліофілізацію [].

Надалі будуть розглядатися тільки ліофобні водні дисперсії, а саме акрилові латекси.

1.1.2 Асортименти й порівняння латексів

Одна з основних проблем складання водоемульсійної покривної композиції - добір найбільш придатного латексу. Широко використають для покриттів вінілацетатний і бутадієн-стирольний латекси, а також латекси сополімерів акрилатів і метилакрилатів головним чином для отримання високоякісних покриттів по шкірі, паперу й т.і. У специфічних випадках, у першу чергу там, де потрібні протиадгезійні властивості, хімічна інертність, підвищена термостійкість (приблизно до 250 ºС), застосовують дисперсії перфторованих полімерів, найчастіше фторопласта.

Основні переваги вінілацетатного латексу - відсутність токсичних компонентів і сполук з різким запахом. Внаслідок полярності мономерної ланки полімер має достатню адгезію як до підкладки, так і до наповнювача. Латекси, стабілізовані полівініловим спиртом, стійкі до заморожування - відтавання. Досить важливою перевагою латексу є стійкість його полімеру до окислювання. Підвищена гідрофильність плівок з вінілацетатного латексу забезпечує паропроникненість і відповідно поліпшені гігієнічні властивості.

Недоліки вінілацетатних латексів:  схильність полімеру латексу до гідролізу з утворенням гідрофільних ланок полівінілового спирту й погіршенням водостійкості покриттів. Полівінілацетат має високу температуру склування й для якісного плівкоутворення, його необхідно пластифікувати 10-20% дибутилфталату. Пластифікатор поступово випаровується з покриття або екстрагується підкладкою, так що твердість покриття зростає. Ці недоліки найкраще переборюються сополімеризацією вінілацетату з етиленом. Такий сополімер набагато менше схильний до гідролізу й не вимагає "зовнішньої" пластифікації.