УДК 691.175.2
ФГБОУ ВО «Саратовский государственный технический
университет имени », Россия, Саратов,
к. т.н., доцент кафедры «Строительные материалы и технологии»
ФГБОУ ВО «Саратовский государственный технический
университет имени », Россия, Саратов,
магистрант
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПЕНОГАСИТЕЛЕЙ
В ВОДНО-ДИСПЕРСИОННЫХ КРАСКАХ
Аннотация. Рассмотрены проблемы пеногашения при составлении рецептур водно-дисперсионных лакокрасочных материалов, предложены критерии оценки качества пеногасителей. Проанализированы характерные особенности действия пеногасителей в водно-дисперсионных лакокрасочных материалах на основе стирол-акриловой дисперсии.
Ключевые слова: лакокрасочный материал, композиция, пенообразование, диспергирование, агрегация, пигменты, наполнители, пеногаситель, смачивание, дисперсия.
Fomina Natalia Nikolaevna
Federal State-Funded Educational Institution of Higher Education
«Yuri Gagarin State Technical University of Saratov», Russia, Saratov,
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor at the Department
of «Construction Materials and Technology»
Ismagilov Artur Raelevich
Federal State-Funded Educational Institution of Higher Education
«Yuri Gagarin State Technical University of Saratov», Russia, Saratov,
undergraduate
RESEARCH EFFICIENCY DEFOAMERS
IN THE WATER-DISPERSION PAINT
Annotation. The problems of froth in the formulation waterborne paints, suggested criteria for assessing the quality of defoamers. Analyzed the characteristics of action defoamers in waterborne paint materials based on styrene-acrylic dispersion.
Keywords: painting material, composition, foaming, dispersion, aggregation, pigments, fillers, defoamers, wetting, dispersion.
Общеизвестной мировой тенденцией при разработке лакокрасочных материалов (ЛКМ) считается переход от органорастворимых к более экологически безопасным водным системам. Однако наряду с неоспоримыми преимуществами для водно-дисперсионных (ВД) систем характерны и недостатки, в частности, сильное пенообразование при диспергировании пигментов и наполнителей, обусловленное неизбежным физико-химическим взаимодействием используемых поверхностно-активных веществ (ПАВ) и воды в условиях интенсивного перемешивания [1].
Пигменты и наполнители представляют собой высокодисперсные порошки с размерами частиц 1-5 мкм и мельче, склонные к агрегации. Воздушные прослойки на поверхности частиц препятствуют их смачиванию водой, имеющей большое поверхностное натяжение. Поэтому в технологии ВД ЛКМ для улучшения смачивания поверхности минеральных компонентов водной дисперсией применяют смачиватели или диспергаторы. Эти ПАВ позволяют дезагрегировать пигменты и наполнители, однако при этом вызывают вспенивание композиции [1-3].
Образование пены приводит к серьезным осложнениям технологического процесса производства из-за снижения производительности диспергирующего оборудования в связи со снижением его эффективного рабочего объема. Также следствием пенообразования в технологии ЛКМ может быть появление таких дефектов лакокрасочного покрытия, как пузыри и кратеры, которые снижают декоративные и защитные свойства покрытий, вызывая меление, снижая водостойкость покрытия, стойкость его к мокрому шлифованию, вплоть до полного разрушения пленки.
Пеногасители - это жидкости с низким поверхностным натяжением, которые могут разрушать поверхностную пленку или стабилизирующий двойной слой, позволяя воздуху выходить из массы краски. Пеногаситель должен легко вводиться в жидкий слой и дестабилизировать пленку ПАВ. Распространяясь внутри этого слоя, он как жесткий монослой разрушает пузырек пены [3].
Кроме того, во время технологических процессов (перекачка, розлив, транспортировка) воздух попадает в систему из-за движения поверхности раздела «воздух-жидкость». При этом пеногаситель дает дополнительный продолжительный эффект, предотвращая пенообразование [4].
В настоящее время наиболее используемыми являются пеногасители на основе минеральных и силиконовых масел. Продукты, плохо эмульгирующиеся в красках (например, высокоактивные силиконовые пеногаситетели), можно вводить в ЛКМ на стадии диспергирования. Пеногасители на основе минеральных масел или смеси пеногасителей с эмульгаторами или защитными коллоидами (полигликолевыми эфирами) более совместимы с ЛКМ, и поэтому их можно добавлять на стадии смешивания пигмента с дисперсией. Обычно содержание пеногасителя составляет 0,1-0,6 % общей массы. Часть пеногасителя вводят в процессе диспергирования, а оставшееся количество - при смешивании пигмента с дисперсией [3].
Обобщая вышесказанное, одной из значимых проблем при составлении рецептур водно-дисперсионных лакокрасочных материалов является проблема пеногашения. Решению этой проблемы в последние годы посвящен ряд исследований.
Так, в работе [5] оценивалось качество пеногашения при использовании различных видов и концентраций пеногасителей, таких как: Tego Foamex 1488; DrewPlus L-1513; BYK-022. Авторы отмечают, что данные пеногасители достаточно хорошо ликвидируют макропену, но время разрушения микропены достаточно длительное. Показано, что применение смесей исследованных пеногасителей позволяет не только повысить эффективность пеногашения, но и сократить их дозировки. Авторы объясняют это тем, что разные виды пеногасителей действуют по различным механизмам, но вместе с тем для пеногасителя какого-либо вида характерны несколько механизмов, которые он реализует в большей или меньшей степени, действуя с различной интенсивностью на разные виды пены [5].
В работе [6] пеногасители предложено разделить на 3 группы:
I. – «быстродействующие», обнаруживающие максимальный эффект уже через 4-7 минут после добавления их в систему (FoamasterNXZ, Schwegofoam 8325, Tegofoamex 810, Serdas GBR, Serdas GBO);
II. – пеногасители с «замедленным эффектом - 1», максимальный эффект пеногашения которых достигается в интервале 11-16 минут после загрузки пеногасителя (Nopko 8034, Lumiten EL, Serdas 7580, Rhodoline DF-6120, Tegofoamex 7447, Tegofoamex 3062, BYK 036);
III. – пеногасители с «замедленным эффектом - 2», обнаруживающие еще более замедленный эффект срабатывания (Foamaster 50, Tegofoamex 8030, BYK 037). Эффект проявляется через 17-23 минуты после добавления, и уровень пены не достигает минимума, зафиксированного при применении пеногасителей двух первых групп.
При этом отмечается целесообразность использования в качестве основных пеногасителей II группы, а пеногасители I и III групп рекомендуется использовать в специфических случаях. Также возможно применение комбинированных схем введения пеногасителей на разных стадиях производства, с учетом времени и эффективности срабатывания, для получения оптимального пеногасящего эффекта [6].
В данной работе исследовалась эффективность пеногасителей в ВД ЛКМ на основе стирол-акриловой дисперсии Акрилан 101. В исследованиях применяли пеногасители BYK037 (производство Нидерланды) и SN-Defoamer NXZ (производство Турция). Критерием оценки качества пеногашения являлась скорость оседания макропены, а также визуальная оценка на наличие дефектов покрытия, таких как кратеры и неровности слоя. В ходе приготовления образцов лакокрасочного материала добавили рецептурное количество (0,3 %) пеногасителя:
- в образец №1 – BYK037;
- в образец №2 - SN-Defoamer NXZ.
Пеногасители вводились поэтапно – половина дозировки вводилась в водный раствор диспергатора, а вторая половина дозировки – после загрузки в смеситель пигмента. Далее в смеситель подавались наполнитель и дисперсия. В процессе приготовления краски исследовалось макропенообразование, а после выдерживания готовой краски в течение 2 часов оценивалось наличие пузырей на поверхности. Далее краска наносилась на стеклянную пластинку с помощью аппликатора слоем толщиной 90 мкм для визуальной оценки покрытия на наличие дефектов.
В результате проведенных исследований установлено, что макропена, образующаяся при перемешивании пигмента в растворе диспергатора, исчезает сразу после введения пеногасителя в обоих исследованных образцах. Однако, у образца №2 через 2 часа выдержки краски присутствует значительное количество пузырьков воздуха во всем объеме, а на получаемом покрытии присутствуют дефекты в виде кратеров и проколов. У образца №1 через 2 часа выдержки краски наблюдается незначительное количество пузырьков воздуха на поверхности, через сутки они исчезают. На получаемом покрытии дефектов нет.
Анализируя полученные данные, можно сделать вывод, что пеногаситель BYK037 эффективен для ВД ЛКМ на исследованной стирол-акриловой дисперсии. Пеногаситель SN-Defoamer NXZ в этой системе действует с меньшей интенсивностью из-за возможной несовместимости с другими компонентами в данной композиции, и применение его требует корректировки рецептуры.
ЛИТЕРАТУРА
1. обавки для водорастворимых лакокрасочных материалов / В. Хайлен; пер. с англ. . - М.: Пэйнт-Медиа, 2011. - 176 с.
2. Ермилов и пигментированные лакокрасочные материалы / , , . - Л.: Химия, 1987. - 200 с.
3. Казакова -дисперсионные акриловые лакокрасочные материалы строительного назначения / , . - М.: -Медиа», 2003. - 136 с.
4. еногасители / Н. Буете, // Лакокрасочные материалы и их применение. - 2007. - № 1. - С.2-5.
5. Шинкович пеногасящей системы для водно-дисперсионной краски для окрашивания пластмасс / , , // Химия, технология органических веществ и биотехнология: Труды БГТУ. - 2014. - №4. - С. 18-21.
6. Котельников подбора пеногасителей для водно-дисперсионных материалов / // Лакокрасочные материалы и их применение. - 2002. - № 10. - С. 22-23.
