Использование водных полимерных дисперсий в качестве пленкообразующих систем

7.ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

В настоящее время для предотвращения загрязнения окружающей среды, все чаще находят применение экологически чистые ЛКМ, в том числе и ЛКМ на основе водных дисперсий полимеров. Под водными дисперсиями полимеров подразумевают полимерные дисперсии, в которых обязательным компонентом дисперсионной среды является вода. Использование водных полимерных дисперсий в качестве пленкообразующих систем позволяет в значительной мере решить проблемы защиты окружающей   среды,   достижения   хороших   санитарно-гигиенических условий труда, а также существенно снизить стоимость лакокрасочных материалов.

Водные дисперсии классифицируют на три типа: лиофобные, лиофильные и переходного типа (водные лиофобные дисперсии часто называют гидрофобными, а лиофильные — гидрофильными). Для отнесения водных дисперсий к тому или иному типу используется тот же критерий (величина межфазного поверхностного натяжения), что и в случае органодисперсий. В качестве пленкообразующих систем в основном используются водные дисперсии лиофобиого и лиофильного типов. Дисперсии переходного типа применяются довольно редко.

Лиофобные водные дисперсиипредставляют дисперсию полимера (или его раствора) в не смешивающемся с водой растворителе в водной среде. Для их приготовления используют полимеры, не имеющие сродства к воде. Агрегативная устойчивость таких дисперсий обеспечивается введением эмульгаторов (ионогенные ПАВ) или защитных коллоидов, в качестве которых обычно используют водорастворимые полимеры (поливиниловый спирт, карбоксиметилцеллюлозу).

В виде водных дисперсий лиофобного типа в настоящее время применяют полимеры и олигомеры — например, полимеры и сополимеры винилацетата и винилхлорида; полиакрилаты; модифицированные маслами алкиды; эпоксидные олигомеры и некоторые другие.

При получении лиофобных водных дисперсий олигомеров (эпоксидные, олигоуретаны, олигоэфиры) их вначале растворяют в гидрофобном растворителе (ксилоле), после чего эмульгируют этот раствор в воде в присутствии эмульгаторов или защитных коллоидов.

Формирование пленок из водных лиофобных дисперсий происходит в результате коагуляции и коалесценции полимерных частиц при испарении воды. Минимальная температура пленкообразования (МТП) обычно лежит вблизи температуры стеклования полимера. Для полимерных дисперсий с радиусом частиц около 0,05мкм минимальная температура пленкообразования может быть на 10°С и более ниже температуры стеклования. Эта температура определяет температурный режим формирования покрытия. Так, для получения воднодисперсиоиных красок, отверждающихся (высыхающих) при обычных температурах, используют дисперсии, имеющие минимальную температуру пленкообразования  5°С. Понижение МТП лиофобных дисперсий термопластичных полимеров достигается различными способами: пластификацией полимера, введением коалесцирующих добавок и смещением водных дисперсий с различными МТП.

При введении в структуру основной цепи полимера звеньев с объемными алкильными боковыми заместителями заметно понижается температура стеклования. Такой способ модификации обычно называют внутренней пластификацией. Например, водные дисперсии поливинилацетата имеют МТП-25—30°С. Сополимеры винилацетата с 2-этилгексилакрилатом или дибутилмалеинатом (при содержании последних 20—25%) образуют водные дисперсии с МТП 5°С.

Введение в систему пластификатора, например дибутилфталата, в количестве 7—10%, также позволяет резко понизить МТП. Для понижения МТП водных дисперсий используют и коалесцирующие добавки. К ним относятся малолетучие органические жидкости, ограниченно растворимые в воде и полимере, обеспечивающие временную пластификацию полимера в период пленкообразования и испаряющиеся из пленки в основном в процессе ее формирования. К таким веществам относятся гликолевые эфиры (метилцеллозольв, этилцеллозольв, бутилцеллозольвацетат, моноэтиловый эфир диэтиленгликоля), способные совмещаться с виниловыми, акриловыми и другими полимерами.

Более перспективными путями понижения МТП являются внутренняя пластификация и введение коалесцирующих добавок. Покрытия, полученные из водных дисперсий с введенными пластификаторами, имеют невысокую твердость, низкий глянец и недостаточную стойкость к загрязнениям. Это обусловлено тем, что термопластичный пленкообразователь в сформировавшемся покрытии находится в высокоэластическом состоянии.

Другим интересным методом понижения МТП является смешение водных дисперсий с различными величинами МТП.

Температура формирования покрытий из водных дисперсий термореактивных олигомеров определяется не только величиной МТП, но и условиями химических превращений, протекающих при образовании сетчатой (трехмерной) структуры. Так, па-пример, покрытия из водных дисперсий эпоксидных олигомеров в зависимости от исходных ингредиентов формируют при температурах от 20 до 180 °С.

Лиофильные водные дисперсии.Для получения лиофильных водных дисперсий обычно используют пленкообразующие, имеющие большое сродство к воде. Лиофильные водные дисперсии представляют собой термодинамически устойчивые мицеллярные растворы полимеров.