риалов с высоким сухим остатком и твердые олигомеры для порошковых красок.
Большинство используемых полимеров образуют истинные растворы и растворитель является вторым компонентом. Но в некоторых случаях, обусловленных методом синтеза полимера или его конечным использованием, полимер находится в виде дисперсии очень мелких частиц в нерастворителе. Примерами могут служить водные и неводные дисперсии, материалы, используемые в электроосаждении, и ряд других водоразбавляемых систем. В некоторых случаях могут использоваться смешанные системы раствор - дисперсия; например, раствор, содержащий мицелляр-ную полимерную дисперсию, микроэмульсию или микрогель.
Вязкость очень сильно зависит от того, растворен полимер или же диспергирован. Обычно дисперсии менее вязкие при одинаковых содержаниях сухого остатка, чем растворы. Суихествен-но, что если вязкость раствора увеличивается при увеличении молекулярного веса, то вязкость эмульсий или дисперсий не зависит от него. Для любого полимера в растворе или дисперсии вязкость растет при увеличении содержания сухого остатка; при повышении температуры вязкость уменьшается.
Обычно потребителя интересует способность материала обеспечить конечные защитные и декоративные свойства, а не его состав. В табл. 1 1 гл. 1 были перечислены функции компонентов краски, а в табл. 2.1 показано, какой вклад три основные компонента - пленкообразователь, пигмент и растворитель - вносят в наиболее важные свойства типичной глянцевой краски.
При всей условности данных этой таблицы ее основное назначение - подчеркнуть более весомый вклад системы связующее - растворитель.
Обычно из полимеров различной природы можно приготовить множество композиций с широким спектром свойств и различной стоимостью, что позволяет удовлетворить самые разнообразные требования потребителей. Окончательный выбор лакокрасочных материалов для потребителя в конце концов будет определяться с учетом следующих факторов: эксплуатационные свойства и стоимость лакокрасочного материала; истинная стоимость, вклю-
Таблица 2.1. Вклад основных компонентов краски в ее свойства
Свойство
Пленкообразователь Пигмент
Растворитель
Способность к нанесе- Основной Незначительный Основной нию
Скорость отверждения Осиовиой Отсутствует Зиачителыплй
Стоимость Основной Основной Незначительный
Механические свойства Основной Незначительный
Долговечность Основной Основной
Цвет . Незначительный Основной -
чающая общую стоимость окраски; стоимость оборудования, трудозатраты, энергозатраты на отверждение.
Промышленность непрерывно стремится производить новые лакокрасочные материалы с лучшими эксплуатационными свойствами. Стимулирующее влияние на поиск новых материалов оказывают требования гарантий качества в таких разных областях применения, как декоративные ремонтные краски, автомобилестроение и окраска рулонного металла. Не менее важны и такие факторы, как наличие законов, контролирующих степень загрязнения, доступность и стоимость энергии, периодические избытки и нехватка природного и маслосодержащего сырья. Появляются новые требования, связанные, например, с заменой цельнометаллических корпусов автомобилей на металлопласт-массовые композиты, что определяет потребность в высококачественных покрытиях для пластиков.
Выбор растворителя или разбавителя, его количество, а также вязкость готового лакокрасочного материала зависят от природы полимера и метода нанесения. Метод нанесения обычно предъявляет ограничения по температуре кипения растворителя и скорости испарения, например, для обеспечения способности хорошо накоситься распылением или кистью. Если полимер может быть синтезирован в присутствии небольшого количества растворителя или вообще без него, то химик может не заботиться о растворителе, необходимом для хорошего нанесения. Алкиды или Лолиэфиры, например, легко могут быть смешаны на самой последней стадии с высоко- или низкокипящим растворителем. Однако, в случае акриловых полимеров, обычно необходимо использовать растворитель или их смесь с низкой способностью к передаче цепи и с такой температурой кипения, чтобы обеспечить возможность кипения реакционной смеси и тем самым отвод теплоты полимеризацции. Эта температура должна также обеспечить возможность выбора доступного инициатора, способствующего эффективной полимеризации.
Механические свойства полимеров обычно улучшаются с увеличением молекулярного веса вплоть до некоторого значения, после достижения которого они стабилизируются. Напротив, вязкость растворов полимеров непрерывно растет с увеличением молекулярного веса. Это налагает ограничение при составлении лакокрасочных композиций. Так, для синтеза полимера с оптимальными эксплуатационными свойствами и способностью к нанесению необходимо тщательно задать и контролировать его молекулярную массу. Для достижения хороших механических свойств и долговечности для многих полимеров необходимы высокие молекулярные веса, поэтому требуйся применение значительных количеств растворителя, чтобы обеспечить хорошую способность лакокрасочного материала к нанесению, если полимер собираются использовать в виде раствора при этом молеку-
лярном весе. Примером подобной системы может быть лак, высыхающий только вследствие испарения растворителя с образованием пленки полимера без изменения молекулярного веса или каких-либо химических реакций. Таковы ранее использовавшиеся лаки, например, шеллачный лак или политуры, а в настоящее время пластифицированная нитроцеллюлоза и термопластичные акриловые лаковые системы, применяемые как в автомобилестроении, так и в системах для повторной окраски.
Наиболее простой путь преодоления противоречия между молекулярной массой и необходимой вязкостью - использование дисперсных систем, примерами которых являются производимые в настоящее время в больших количествах декоративные водные эмульсии, а также дисперсии полимеров для систем с высоким сухим остатком, неводные дисперсии и органозоли. Дисперсии позволяют, кроме того, применять более дешевые, менее токсичные разбавители, и они особенно ценны тогда, когда законом установлены допустимые пределы содержания летучих органических веществ в газовых выбросах предприятий. Но приготовление этих систем достаточно сложно, и они более ограничены по составу, чем растворы полимеров.
Во многих лакокрасочных системах удается избежать ограничений, налагаемых молекулярной массой полимера, за счет использования реакций «сшивания» или «отверждения». Такие системы состоят из одного или нескольких реакционноспособных полимеров относительно низкой молекулярной массы, способных к химическим превращениям после нанесения с образованием полимера с высокой или бесконечной молекулярной массой. Сши вание предполагает наличие полифункциональности; в результате каждая молекула исходных низкомолекулярных полимеров соединяется с рядом других молекул, приводя к образованию бесконечной сетки в готовом покрытии.
Методы, применяемые для формирования пленки с типичными полимерными системами, приведены ниже:
Метод
Испарение растворителя
Отверждение в окружающей среде
Отверждение в парах другого вещества Двухупаковочные составы Облучение
Термоотверждение
Виешиий агент
Отсутствует или теплота
Кислород Влага Амин
Отсутствует или теплота
ИК-, УФ-, ускоренные электроны Сушильная камера
Типичная полимерная система Лаковые системы
Алкиды, модифицированные маслами
Уретаны, отверждаемыс влагой воздуха
Смеси гидроксилсодержащих акрилатов с изоцианатами Двухупаковочная система эпоксид - амин Фотоотверждаемые ненасыщенные полиэфиры Смеси алкидных и азотсодержащих пленкообразователей. Термоотверждаемые акриловые полимеры
