Загустители в лакокрасочных покрытиях

Размещено на http://www.allbest.ru

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«Казанский научный национальный исследовательский технологический университет»

Кафедра «Химической технологии лаков, красок и лакокрасочных покрытий»

РЕФЕРАТ

По теме: «Загустители в лакокрасочных покрытиях»

Выполнил:

студент группы 436-М25

И.Ф. Садыков

Научный руководитель:

Э.Д. Усманова

Казань 2017

Загустители

Загуститель - одно из вспомогательных веществ в производстве лакокрасочных материалов. Загустители представляют собой эмульсии, которые при разбавлении водой превращаются в суспензию с высокими показателями вязкости. Эта очень ценная особенность загустителей широко применяется в современной рецептуре лакокрасочных материалов.

Загустители на основе акрилового сополимера

загуститель акриловый лакокрасочный целлулоидный

Акриловый загуститель - сложная полимерная структура, представляющая вид жидкой, похожей на молоко эмульсии. При разбавлении водой и смешении с базой частицы загустителя набухают, и полимер разрушается. Таким образом получается суспензия, вязкость которой зависит от первоначальных характеристик эмульсионного загустителя. Обратный процесс невозможен. Поэтому, в каком виде использовать такие загустители в производстве, следует определять опытным путём. Например, эмульсионные загустители на основе акриловых сополимеров можно добавлять в краску прямо в неразбавленном виде, а можно такой загуститель предварительно нейтрализовать базовым веществом.

К важным характеристикам загустителей этого типа относят, например, такие: Противостояние механическому напряжению при быстром смешивании, Возможность удерживания пигментов в дисперсиях ЛКМ, Связующие способности по отношению к самим дисперсионным веществам, Удерживающие свойства по отношению к наполнителям и примесям, пр.

Особенности применения акриловых загустителей

Существует также ряд других особенностей этих загустителей, которые следует учитывать в применении. Так, например, такие загустители легко вспениваются, поэтому их нужно смешивать медленно, но непродолжительное время. При этом следует следить за тщательностью перемешивания загустителя - для достижения лучшей дисперсности перед применением. Если смешивать загуститель с базой без предварительного разбавления водой, происходит сгущение. Излишки баз в загустителях могут вызвать изменения в свойствах конечных продуктов.

Водные растворы таких загустителей могут использоваться вместе с увлажнителями диспергаторами. А пигменты в эмульсиях с этими загустителями не дают осадков. Вот почему загустители на основе акриловых сополимеров часто применяют для покрытий на водной основе.

Ассоциативный загуститель

Ассоциативный загуститель набухает в щелочной среде и даёт вязкие соединения. Такой загуститель часто применяют в производстве дисперсионных покрытий, рекомендованных для внутренних и внешних работ. Благодаря применению ассоциативного загустителя улучшаются такие свойства конечного продукта, как плёнкообразование, достаточная растекаемость, удержание на кисти и снижение разбрызгивания и образования потёков. Высокая вязкость продукта получается даже при небольшом концентрате загустителя. К особенностям применения можно отнести следующее: наибольшая вязкость загустителя наступает через сутки после добавления в краску; для получения максимального эффекта загустителя, необходимо следить за показателями рН, идеальный уровень - 8,5.

Целлулоидный загуститель

Целлулоидные загустители основаны на производных целлюлозы и имеют вид волокнистого белесого вещества, которое разбухает в воде. Такие вещества на основе карбоксиметилцеллюлозы, метилцеллюлозы и оксиэтилцеллюлозы в химии используются для получения загустителей или даже клеев. Вязкость целлулоидного загустителя зависит от полимеризации вещества, температуры и длительности смешивания. Характерна для целлулоидного загустителя стабильность в широком диапазоне рН, что позволяет применять его для разных лакокрасочных материалов. Так, например, при рН выше 6,0 образуется нерастворимый комплекс. А это значит, что в конечном продукте не будет осадков, а его структура будет стабильна под влиянием внешних факторов.

Существует широкий спектр различных загустителей, которые более или менее подходят для тех или иных ЛКМ.

Загустители в композиции лакокрасочных материалов

Загустители служат для изменения реологических свойств водоэмульсионных красок. Как и все другие вспомогательные вещества, загустители оказывают влияние на водостойкость покрытий, стойкость к атмосферным воздействиями и связанным с этим изменением глянца. Наиболее широко используемыми загустителями являются карбоксиметилцеллюлоза и гидроксиэтилцеллюлоза. При увеличении степени полимеризации целлюлозы происходит увеличение вязкости. Широкое применение находят также загустители, изготовленные на базе полиметакрилатов, поливинилпирролидона и полиуретанов. В качестве неорганических загустителей используются силикаты слоистой структуры монтмориллонитного типа (алюмосиликат и силикат магния). П?? придают покрытию устойчивость к влажному истиранию и не снижают водостойкость покрытия при нахождении на открытом воздухе. Ассоциативные загустители - это гидрофобизированые полимеры с расположенными рядом гидрофильными и гидрофобными структурными звеньями. Представителями в данном класса загустителей являются полиуретановые (гидрофобизированные, набухающие в щелочи эмульсии -ГЭНШ). Ассоциативные загустители содержат в молекуле гидрофобные группы и в связи с этим могут адсорбироваться на поверхности частиц пленкообразователя, образуя в водной фазе мицеллярные, ассоциативные комплексы. В результате можно добиться повышения вязкости красок с высоким содержанием пленкообразователя. Классический пример водорастворимых полисахаридов - крахмал (основным его техническими источниками является картофель и кукуруза) представляет собой смесь полисахаридов, входящих в состав и структуру растительной ткани в виде зерен, и состоит из двух базовых фракций: амилозы и амилопектина. Основное звено у них одно и то же - остатки D-глюкозы. Крахмал обычно нерастворим в холодной воде (главным образом из-за амилопектина), но в горячей воде набухает и превращается в гель. Под действием кислот или ферментов крахмал гидролизуется до полисахаридов меньшей молекулярной массы - декстринов, можно добиться и гидролиза до D - глюкозы. Так же применяемая в виде натриевой соли альгиновая кислота. Она состоит из остатка D-маннуровой кислоты, получают из морских водорослей, где она содержится в виде Ca2+ или Mg2+, нагревом с раствором соды. Альгинат натрия неограниченно растворим в холодной воде и является загустителем. В присутствии ионов тяжелых металлов образует нерастворимые осадки, гелеобразные и с большим трудом поддаются обработке.

Ассоциативные загустители

Ассоциативные загустители -- это гидрофобизированные полимеры с Расположенными рядом гидрофильными и гидрофобными структурными звеньями. Представителями этого класса загустителей являются полиуретановые (гидрофобизированные - ГУ и этоксилированные -- ЭУ) и акриловые загустители (гидрофобизированные, набухающие в щелочи эмульсии -- ГЭНЩ). Ассоциативные загустители содержат в молекуле гидрофобные группы и поэтому могут адсорбироваться на поверхности частиц пленкообразователя, образуя в водной фазе мицеллярные, ассоциативные комплексы. В результате можно добиться повышения вязкости красок с высоким содержанием пленкообразователя при средних и высоких скоростях сдвига. На рис. 27 схематически изображен ассоциативный механизм загущения.

Из эфиров целлюлозы, загущающих по ассоциативному механизму, чаще всего применяют гидрофобизированные производные этилцеллюлозы (гидроксиэтил- или этилгидроксиэтилцеллюлоза)

Такой способ загущения является более традиционным. При использовании эфиров целлюлозы удается достичь очень невысокого уровня ассоциативного взаимодействия с частицами пленкообразователя, поэтому их используют для предотвращения разбрызгивания при нанесении ЛКМ валиком. Появление на рынке 20 лет назад полиуретановых загустителей позволило существенно улучшать свойства ВД-ЛКМ. При использовании сочетаний основных и ассоциативных загустителей стало возможным получение глянцевых покрытий на основе ВД-ЛКМ, а также покрытий по древесине с реологическими характеристиками, аналогичными алкидным.

Полиуретановые загустители, как правило, представляют собой полимеры на основе полиэтиленгликолей, диизоцианатов (гексаме-тилендиизоцианата) и гидрофобных длинноцепных спиртов. Центральным является полиуретановый гидрофильный «блок», боковые цепи полимера состоят из гидрофобных длинноцепных спиртов. Использование ассоциативных загустителей ограничено сильной зависимостью их активности от других компонентов рецептуры .

На выбор загустителя влияют не только стабилизирующая система водной дисперсии и общая поверхность ее частиц, но и диспергирующие, смачивающие, пленкообразующие агенты. Даже замена или исключение из рецептуры растворителя может вызвать полную потерю активности ассоциативного загустителя. Возможно также явление резкого возрастания активности ассоциативного загустителя.

При производстве цветных красок в случае колерования белой базовой краски, содержащей ассоциативный загуститель наблюдается снижение вязкости. Это может быть вызвано стабилизирующим или смачивающим агентами, содержащимися в пигментных пастах. На поверхности частиц пленкообразователя и в мицеллах загустителя они конкурируют с молекулами ассоциативного загустителя, разрушая пространственную структуру, необходимую для загущения.

Акриловые загустители, набухающие в щелочи (ЭНЩ, ГЭНЩ) -- это полиакриловые дисперсии с высоким содержанием кислотных групп, сильно набухающие при рН >7. Степень набухания и, соответственно, эффективность загущения зависят от следующих факторов:

- тип, содержание и распределение кислоты в дисперсии;

-степень нейтрализации;

- Тст основного полимера;

- плотность сшивки;

- полярность полимера;

В качестве сомономера для синтеза таких сополимеров обычно используют акриловую или метакриловую кислоты в количестве 10--40% (по массе), распределенную в частице латекса между серумом, поверхностью и ядром. Сополимеры с низкой Тст набухают лучше, чем твер-ДЫе, жесткие полимеры с высокой Тст. Гидрофильные сополимеры загу-Щают сильнее, чем гидрофобные, при одинаковых Гст и содержании кислоты. По этой причине в качестве загустителей преимущественно используют мягкие чисто акриловые дисперсии, содержащие этилакриат и акриловую или метакриловую кислоты.

Полимеры, полученные в кислой среде (содержание нелетучих веществ около 40% по массе), сильно набухают при нейтрализации до рН = 7. Обычно активность загустителя проходит через максимум при увеличении рН и содержания кислоты. Максимальная вязкость композиции достигается при оптимальном набухании частиц.

Если рН среды продолжает увеличиваться или содержание кислоты в сополимере становится слишком высоким, частицы дисперсии становятся частично растворимыми и активность загустителя снижается. Хотя слабая сшивка между частицами затрудняет их набухание, она позволяет содержать большее количество кислоты без увеличения растворимости или нарушения структуры частиц. Таким образом, сшивка в сочетании с более высоким содержанием кислоты повышает активность загущения.

Путем введения в состав полимера специальных функциональных сомономеров, относящихся к неионным этоксилированным ПАВ, можно получать акриловые загустители с ассоциативными свойствами (ГЭНЩ), представляющие собой кислые дисперсии, нейтрализуемые добавлением щелочи. Гидрофобные боковые цепи функциональных мономеров адсорбируются на поверхности молекул загустителя аналогично тому, как молекулы полиуретанового загустителя адсорбируются на поверхности частиц пленкообразователя. В результате образуется аналогичная мицеллярная пространственная структура.

На российском рынке наиболее широко представлены ассоциативные акриловые и полиуретановые загустители марок Акрисол (Rohm & Haas), DSX (Cognis), Nuvis (Servo), позволяющие получать высококачественные ЛКМ для окрашивания разных поверхностей и образующие покрытия с различным блеском.

Применение загустителей. При выборе загустителя для рецептуры конкретного ЛКМ следует помнить, что загуститель включается в структуру покрытия и влияет на его свойства, в частности водо - и атмосферо-стойкость фасадных покрытий. Согласно правилу, в рецептурах фасадных красок в качестве загустителя применяют не более 1% (на 100-е вещество) эфиров целлюлозы от нелетучих компонентов краски. Еще более строгое ограничение существует на использование акриловых загустителей. Из-за отрицательного влияния на водостойкость покрытий их можно применять только в рецептурах интерьерных красок.

Загустители на основе природных соединений, такие как эфиры целлюлозы, могут быть заражены микроорганизмами как при хранении, так и в покрытии, поэтому по возможности следует использовать целлюлозные загустители, не подвергающиеся биоразрушению. Такие продукты серии Bermocoll разработаны и выпускаются шведским отделением концерна Akzo Nobel.

Благодаря химической структуре все загустители повышают влагопо-глошение полимерных пленок. Этот фактор также следует учитывать при выборе типа и количества загустителя в рецептуре ЛКМ.

Хотя неорганические загустители (бентоны) не снижают водостойкость покрытий, они тоже имеют определенные недостатки. Эффективность загущения при использовании этих продуктов зависит от заряда поверхности, который меняется при изменении рН и часто зависит от партии наполнителя.

Применение загустителей

Применение загустителей, содержащих металлы, в условиях воздействия нейтронов нежелательно. Радиоактивация металлов создает источник радиации, находящийся в непосредственном контакте с консистентной смазкой. Загустители этого типа химически более стабильны и радиационная стойкость их дополнительно увеличивается вследствие неволокнистой структуры.

Установлено, что применение загустителей приводит к снижению расхода воды для заводнения, выравниванию профилей приемистости нагнетательных скважин, снижению темпа обводнения.

Установлено, что применение загустителей приводит к снижению расхода для заводнения, выравниванию профилей приемистости нагнетательных скважин, снижению темпа обводнения. ?

Наибольшее число исследований посвящено разработке и применению загустителей, и прежде всего мыльных.

На основе частично фторированных эфиров с применением различных загустителей (как мыльных, так и немыльных) были приготовлены смазки. Такие смазки в связи с низкой летучестью фторэфиров успешно применяются при высоких температурах и имеют большой срок службы.

Обычно смазки получают из масел с применением специальных загустителей, присадок и добавок.

Один из первых крупных промышленных экспериментов по применению загустителей, или как сейчас говорят, лотокоотклоняющеи технологии, был проведен на участке Ново-Хазинской площади Арланского месторождения.

Поэтому больше распространен способ повышения вязкости полиэфирных смол путем применения загустителей - полимеров стирола или металметакрилата. Такого типа модифицированные полиэфирные смолы лосле отверждения представляют собой уже многокомпонентную систему. При модификации улучшаются технологические свойства связующего, IB ряде случаев повышаются механические и диэлектрические свойства материала, но понижается теплостойкость стеклопластика. ?

В промышленности используется метод получения волокна из водных дисперсий политетрафторэтилена с применением загустителя, основанный на формовании волокна из вспомогательного полимера, наполненного политетрафторэтиленом, с последующей термической обработкой, в результате которой вспомогательный полимер разрушается, а частицы политетрафторэтилена спекаются, превращаясь в волокно. ?

Дальнейшее увеличение нефтеотдачи нефтяных залежей в Ура-ло - Поволжье связывают с возможностью применения загустителей воды, растворов неионогенных поверхностно-активных веществ, кар-бонизованной воды, жидких растворителей, обогащенного газа, сухого газа высокого давления горячей воды, пара, внутрипластового движущегося очага горения, шахтного и стволо-скважинного методов. ?

Первоначально предполагалось, что метод будет использован прежде всего для сравнительно однородных пластов, содержащих нефти высокой вязкости, но опыт применения загустителей в пластах с маловязкими нефтями также показал его высокую эффективность и при значительной неоднородности пласта по проницаемости. ?

Для механизированной окраски применяют колеры на комплексном клее ( смеси растительного и животного клеев) или на эмульсии MB, а также с применением загустителей, так как колеры, приготовленные только на животном клее, обладают слишком большой текучестью. ?

Результаты первых проектов по осуществлению такого заводнения в США, Канаде и Южной Америке подробно освещены в работах [68, 86], где показано, что диапазон эффективного использования применения загустителей весьма широк.

Как уже говорилось, введение небольшого количества поверхностно-активных добавок в воду может повысить огнетушащие свойства воды почти в два раза. Применение загустителей - различных добавок к воде, увеличивающих вязкость и одновременно повышающих адгезию воды (способность воды прилипать к поверхности твердого горящего тела), также позволяет повысить эффективность действия воды при тушении пожаров. И, наконец, введение в воду совсем незначительного количества высокомолекулярных полимеров (сотые и даже тысячные доли процента) позволяет сократить удельное сопротивление транспортирующих такую воду трубопроводов почти в два раза. При этом отмечается эффект увеличения дальнобойности как сплошных, так и распыленных водяных струй. В качестве смачивателей (поверхностно-активных добавок) используют пенообразователь ПО-1 и заменяющие его пенообразователи, а также смачиватель ДБ, представляющий собой смесь полиэтиленгликолевых эфиров.

Как уже говорилось, введение небольшого количества поверхностно-активных добавок в воду может повысить огнетушащие свойства воды почти в два раза. Применение загустителей - различных добавок к воде, увеличивающих вязкость и одновременно повышающих адгезию воды ( способность воды прилипать к поверхности твердого горящего тела), также позволяет повысить эффективность действия воды при тушении пожаров. И, наконец, введение в воду совсем незначительного количества высокомолекулярных полимердв (сотые и даже тысячные доли процента) позволяет сократить удельное сопротивление транспортирующих такую воду трубопроводов почти в два раза. При этом отмечается эффект увеличения дальнобойности как сплошных, так и распыленных водяных струй. В качестве смачивателей (поверхностно-активных добавок) используют пенообразователь ПО-1 и заменяющие его пенообразователи, а также смачиватель ДБ, представляющий собой смесь полиэтиленгликолевых эфиров.

Однако применение загустителей обусловлено также технологической целесообразностью. Попытки осуществить фильтрацию органозолей многих полимеров без загустителей были безуспешны, так как это приводило к быстрому забиванию фильтров частицами полимера, а концентрация твердой фазы в фильтрате настолько уменьшалась, что система становилась непригодной для формования волокна.

По своим свойствам близок цинк-пиритиону, хотя изучен меньше. Благодаря растворимости в воде не требует применения загустителей и диспергаторов, лучше сочетается с ингредиентами, менее чувствителен к влиянию основы. В отечественных препаратах не применяется. СУЛЬСЕН - смесь кристаллического моносульфида селена с элементным селеном, элементной серой и аморфными твердыми растворами серы и селена друг в друге.

Для улучшения стабильности мыла применяли дистиллированные гидрированные жирные кислоты. Вследствие применения загустителей на базе жирных кислот специально подбираемого состава были достигнуты новые или улучшенные механические свойства.

Критерием эффективности применения полимерного заводнения является количество дополнительно добытой нефти на 1 т полимера. Оно составляет по результатам испытании 13 - 300 тыс. м3 нефти на 1т полимера. Установлено, что применение загустителей приводит к снижению расхода воды для заводнения, выравниванию профилей приемистости нагнетательных скважин, снижению темпа обводнения.

Практика использования наполненных СОЖ показывает, что для ряда процессов обработки металлов необходимо иметь СОЖ с низкой вязкостью. В этом случае наполнитель в жидкости часто бывает седиментационно нестабилизированным. Поэтому для недостаточно седиментационно стабилизированных жидкостей необходима разработка способов стабилизации без применения загустителей, позволяющих обеспечить не только их эффективное применение, но и многократное использование. ?

Естественно, что хороший загуститель не должен плавиться под действием высоких температур. Более того, смазка не должна сублимировать, и не должна понижаться температура ее каплепадения. Некоторые соединения, плавящиеся при высоких температурах (обычно с полярными молекулами молекулярного веса до 150), сублимируют при температурах, значительно более низких, чем их температура плавления. Образцы, приведенные на рис. 2, обладают очень большим молекулярным весом, поэтому им может быть присущ этот недостаток. Наиболее стабильными являются алифатические загустители, в длинной цепи которых нет двойной связи. Ароматические молекулы обладают наилучшей стабильностью из-за резонанса. Консистентные смазки с высокой температурой каплепадения могут быть получены путем применения загустителей с высокой температурой плавления. Однако температура каплепадеиия смазки часто бывает ниже ее температуры плавления, так как повышение температуры оказывает действие на олеофильную природу загустителя и вызывает разделение масла и загустителя.

Размещено на Allbest.ru