История развития лакокрасочной промышленности (стр. 3 )

Фазовая диаграмма полимер-растворитель.

Область А-однофазная область не органического смешения( истинный раствор).

Область Б-двухфазная область органического растворения.

Переход из фазы А в фазу Б и наоборот совершается при температурах фазового расслоения.

При температуре равной или выше ВКТР существует устойчивый истинный раствор полимеров с концентрацией Хк.

Кривая 1 разделяет область однофазного и метастабильного растворов и называется бинодалью.

Любые температуры и концентрации на бинодали указывают, при какой температуре и концентрации раствор перейдет в истинный.

Область метастабильного и неустойчивого раствора разделены кривой 2-спинодалью.

При температурах ниже ВКТР начинается расслоение на 2 фазы. Состав второй фазы сильно зависит от ее вязкости. Чаще всего вязкости второй фазы настолько велика, что образуется гетерогенная смесь, относящаяся к студням.

Вывод: температура ВКТР всегда должна быть ниже температуры эксплуатации или хранения лакокрасочного материала, иначе произойдет расслоение.

Разбавители.

Это органические жидкости, не растворяющие данный олигомер, а лишь способствующие хорошему розливу.

Таблица.

Составные растворители и разбавители, и их назначение.

продукт	Состав	Растворяемый лакокрасочный материал
Компонент	ω,%
Разбавитель РКБ-1	ксилол бутанол	50 50	Феноло-формальдегидные и меламиноформальдегидные смолы
Разбавитель Р-7	этанол циклогексан	50 50	Поливинилацетат
Разбавитель Р-40	этилцеллозоль бензол	50 50	Эпоксидные смолы
Разбавитель РС-2	Уайт-спирит Ксилол	70 30	Масляные и битумные лакокрасочные материалы
Разбавитель Р-645	Бутилацетат Этилацетат Ацетон Бутанол Толуол	18 9 3 10 50	Нитроцеллюлоза
Разбавитель Р-646	Бутилацетат Этилцеллозоль Этилцеллозольв Ацетон Бутанол Этанол Толуол	10 10 8 7 15 10 50	Нитроцеллюлозные, эпоксидные и меламиноформальдегидные смолы
Разбавитель Р-60	Бутилацетат Ацетон Толуол	30 30 40	Акриловые и хлорвиниловые

Таблица.

Свойства и назначение однокомпонентных растворителей.

Растворитель	Разбавляемый л. к.м., применение для других целей	Смешиваемость с водой
Ацетон	Нитроцеллюзольные, эпоксидные, виниловые полимеры	Полная
Уайт-спирит	Масляные, битумные, на основе природных смол.	Не смешивается
Бензин" калоша"	Для масляных и битумных лаков	Не смешивается
Изопропиловый спирт	Используется для обезжиривания и очистке поверхности	Полное
Ксилол	Глифталевые, пентафталевые, эпоксидные, битумные, кремний органические	Не смешивается
Скипидар	Масляные, битумные, фенолфталеиновые, глифталевые	Не смешивается
Толуол	Кремний органические, виниловые алкиды	Не смешивается
Этилцеллозольв	Эпоксидки	Смешивается плохо

ЛЕКЦИЯ № 5

ОРГАНОДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ.

Это двухфазные плёнкообразующие системы, в которых дисперсионной фазой являются полимерные частицы коллоидных размеров, а дисперсной средой органическая жидкость.

Полимерные органодисперсии:

- лиофобные

- переходные;

- лиофильные.

Лиофобные, когда полимерная фаза не растворяется и не набухает в дисперсной среде. В качестве органических растворителей чаще всего используют самые дешёвые растворители: нефтяные углеводороды и спирты.

Недостаток: их неустойчивость. Для её устранения добавляют поверхностно-активные вещества.

Переходные полимеры частично набухают в жидкости.

Лиофильная полимерная фаза способна растворяться в жидкостях.

Пластизоли - раствор полимера в пластификаторе. Иногда добавляют разбавители, в которых полимер не растворяется даже при нагревании. При комнатной температуре пластизоли представляют собой лиофобные дисперсии.

При нагревании разбавитель улетучивается, а полимер набухает в пластификаторе. Постепенно пластификатор равномерно распределяется в полимере и происходит сплавление набухших полимерных частиц и образование сплошного пластифицированного покрытия.

Основным достоинством полимерных органодисперсий в сравнении с растворами является низкая вязкость при высоком содержании основного вещества ( 50-60 %), которое не зависит от молекулярной массы вещества полимера. Для приготовления органодисперсий чаще всего используют термопластичные полимеры, такие как поливинилхлорид, полиакрилаты, полиэтилен и очень редко термореактивные.

Применение органодисперсий позволило заменить дорогостоящие и токсичные растворители на более дешёвые и менее вредные.

ВОДНЫЕ ДИСПЕРСИИ.

Под ними подразумевают такие дисперсии, в которых обязательным компонентом дисперсной фазы является вода.

Использование водной дисперсии в качестве лакокрасочного материала позволило решить проблемы загрязнения окружающей среды, достижения хороших санитарно-гигиенических условий труда, а также значительно снизить стоимость лакокрасочных материалов.

Полимерные водные дисперсии делят на:

- гидрофобные;

- переходные;

- гидрофильные.

Гидрофобные это дисперсия полимера или его раствора в несмешивающимся с водой растворителя в водной среде.

Для их приготовления используют полимеры, не имеющие сродства с водой ( полимеры и сополимеры винилацетата и винилхлорида, полиакрилаты, алкиды, модифицированные маслами, эпоксидные смолы). Эти полимеры получают эмульсионной или радикальной полимеризацией.

При получении гидрофобных дисперсий в начале растворяют их в ксилоле (для эпоксидов, полиуретанов), после чего эмульгируют этот раствор в воде в присутствии эмульгатора.

Формирование плёнок из водных гидрофобных дисперсий происходит в результате коагуляции полимерных частиц при испарении воды.

Минимальная температура плёнкообразования примерно на 10 градусов Цельсия ниже температуры стеклообразования полимера.

Для понижения этой температуры в систему вводят звенья с объёмными боковыми алкильными заместителями. Такой способ называется внутренней пластификацией.

Например, дисперсия из поливинилацетата имеет минимальную температуру плёнкообразования 25-30 градусов Цельсия, сополимер винилацетат с 2- этилгексилакрилатом имеют минимальную температуру плёнкообразования меньше 5 градусов Цельсия.

Другим методом понижения минимальной температуры плёнкообразования является смешение водных дисперсий с различными значениями минимальной температуры плёнкообразования (акрилами).

Для получения гидрофильных дисперсий используют большое сродство с водой. Сродство полимеров с водой обусловлено наличием групп: - ОН, - СООН,

-О, - С-ОО - NН.

Гидрофильная дисперсия представляют собой термодинамически устойчивые мицеллярные растворы полимеров.

Характер полярной группы оказывает значительное влияние на способность полимеров растворяться в воде. Количественной оценкой этого влияния является эквивалентная масса гидрофобной части полимера ЭМГ.

Так, для полимеров, содержащих группы – ОН, - СООNа способность полимеров растворяться сохраняется до значения ЭМГ 115; 215 соответственно, а для полимеров, содержащих –О - ЭМГ до 30.

В качестве растворителей чаще всего используют спирты. Гидрофильную водно-спиртовую дисперсию получают на основе олигомеров, таких как, эпоксидные, карбамидо-, меламино - и фенолформальдегидные. Для получения таких дисперсий полимер растворяют в спирте, затем переводят группы –ОН, - СООН в более ионизированные –СООNа, - ОNа, - СООNН, а затем разбавляют водой.

100%-НЫЕ ПЛЁНКООБРАЗУЮЩИЕ СИСТЕМЫ.

Это одно из самых перспективных направлений развития лакокрасочной промышленности, создания плёнкообразующих систем без растворителей. Это важно и в аспекте экологических и экономических проблем.

В настоящее время находят применение 100% плёнкообразующие системы 3-х типов:

- полимерные порошки;

- жидкие олигомеры или их растворы;

- активные мономеры, образующие полимерные покрытия на подложке.

Полимерные порошки.

Они используются для нанесения на подложку в виде аэродисперсии.

Аэродисперсия – это двухфазная система, в которой дисперсионной фазой является порошок полимера, а дисперсной средой воздух или инертный газ.

Порошки должны иметь размер частиц 0.1-100 мкм.

Полимеры могут быть термопластичными и термореактивными.

Термопластичные: полиэтилен, поливинилхлорид, политетрахлорэтилен.

Термореактивные: эпоксидные олигомеры, полиакрилаты, олиоэфиры.

Требования к порошковым материалам.

1.  Полимеры должны находиться в порошковом состоянии в условиях хранения и нанесения, поэтому у них температура размягчения должна быть не ниже 70 градусов Цельсия.

При использовании термопластичных полимеров в смеси с отверстиями, отвердитель должен быстро реагировать с полимером на воздухе.

2.  Полимер должен легко сплавляться, образуя тонкий слой, причём сплавление должно происходить в широком интервале температур, нижний предел которого определяется температурой текучести.

Полимер	Температура текучести, градус Цельсия
Полиэтилен Поливинилхлорид Поливинилбутилен Эпоксидные олигомеры	130-145 170 180 70-130

Другим способом плёнкообразования полимерных порошков является воздействие на них паров растворителей. Если на подложку нанести слой порошка, а затем поместить её в камеру с парами растворителя, они будут поглощаться полимером и на какой-то стадии образуется плёнка.