В первой главе были приведены основные типы низко и высокомолекулярных полимеров, используем ...

В первой главе были приведены основн ... / Удешевляющие добавки /



Органические пленкообразователи

Органические пленкообразователиВ первой главе были приведены основные типы низко и высокомолекулярных полимеров, используемых для получения покрытий. В этой главе более подробно будет описана их химия, включая получение. Во введении кратко рассматриваются вопросы теории образования и отверждения полимеров. Механизмы, характерные для каждого типа пленкообразующего полимера, более подробно обсуждены в последующих разделах этой главы. Будут рассмотрены также отдельные классы пленкообразующих полимерови факторы, определяющие выбор пленкообразователя для конкретного применения. Свойства и применение каждого типа пленкообразователей вновь детально рассматриваются в последующих главах.

Для пленкообразующего использован ряд взаимозаменяемых терминов. Термины «пленкообразователь», «связующее» означают тот очевидный факт, что этот компонент содержит в себе и связывает воедино другие компонентымикроскопических раз .меров и обеспечивает образование сплошной пленки покрытия. Термины «смола» или «.масляный лак» более старые термины относящиеся к тому времени, когда преобладало использование природных полимеровкак пленкообразователей в виде их растворов в растворителях или вмаслах, и когда химия и состав этих компонентов были недостаточно известны. В наше время, когда понятна природа используемых веществ, наряду с широким применением сложных синтетических полимеров, используемых также в промышленности пластмасс и клеев, но специально приспособленных для лакокрасочных производств, гораздо более правильно использовать термин «полимерный пленкообразующий компонент». Использование взаимозаменяемых старых и новых названий также встречается и в технологии производства пленкообразователей, где термин «котел» относится к реактору поли меризации, а «мешалка» к смесителю.

Пленкообразующие полимерыполучают в присутствии рас творителя или же без него. Так как полимерыбез растворителя обычно представляют собой либо очень вязкие жидкости, либо хрупкие твердые тела, при хранении и при производстве лакокрасочных материалов с ними практически всегда имеют дело в виде растворов (или дисперсий) в значительном количестве растворителя или разбавителя. Единственным исключением являются жидкие олигомерные продукты для лакокрасочных материалов с высоким сухим остатком и твердые олигомеры для по рошковых красок.

Большинство используемых полимеровобразуют истинные растворы и растворитель является вторым компонентом. Но в некоторых случаях, обусловленных методом синтеза полимераили его конечным использованием, полимернаходится 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 полимернуюдисперсию, микроэмульсию или микрогель.

Вязкость очень сильно зависит от того, растворен полимерили 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 полимерав 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 на значение подчеркнуть более весомый вклад системы связующее растворитель.

Обычно из полимеровразличной 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, включающая 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 покрытияхдля пластиков

Выбор растворителя или разбавителя, его количество, а также вязкость готового лакокрасочного материала зависят от природы полимераи метода нанесения. Метод нанесения обычно предъявляет ограничения по температуре кипения растворителя и скорости испарения, например, для обеспечения способности хорошо накоситься распылением или кистью. Если полимерможет 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 полимеровобычно улучшаются с увеличением молекулярного веса вплоть до некоторого значения, после достижения которого они стабилизируются. Напротив, вязкость растворов полимеровнепрерывно растет с увеличением молекулярного веса. Это налагает ограничение при составлении лакокрасочных композиций. Так, для синтеза полимерас оптимальными эксплуатационными свойствами и способностью к нанесению необходимо тщательно задать и контролировать его молекулярную массу. Для достижения хороших механических свойств и долговечности для многих полимеровнеобходимы высокие молекулярные веса, поэтому требуйся применение значительных количеств растворителя, чтобы обеспечить хорошую способность лакокрасочного материала к нанесению, если полимерсобираются использовать в виде раствора при этом молекулярном весе. Примером подобной системы может быть лак, высыхающий только вследствие испарения растворителя с образованием пленки полимерабез 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 полимеровдля 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 полимеровотносительно низкой молекулярной массы, способных к химическим превращениям после нанесения с образованием полимерас высокой или бесконечной молекулярной массой. Сши вание предполагает наличие полифункциональности; в результате каждая молекула исходных низкомолекулярных полимеровсоединяется с рядом других молекул, приводя к образованию бесконечной сетки в готовом покрытии.

в каждом случае, за исключением лаковых систем, полимерныесистемы содержат в своей структуре свободные реакционно способные группы, соответствующие выбранному, методу отверждения. Реакции отверждения будут рассмотрены в данной главе применительно к конкретным пленкообразователям

Могут применяться комбинированные методы; например, горячую сушку в печи можно использовать для ускорения испарения растворителя. При этом различие между термопластичными и термореактивными акриловыми полимерамистановится менее выраженным. Подобно этому горячая сушка ускоряет отверждение алкида, способного медленно высыхать на воздухе.

Электроосажденные пленки обычно необходимо дополнительно отверждать при повышенной температуре; при электроосаждении полимерпереводится в нерастворимую форму и выделяется на подложке, однако без дополнительного сшивания полученная пленка остается мягкой и не вполне устойчивой к действию других агентов.

Полимеры обычно классифицируют в соответствии с методом их получения из мономеров либо путем поликонденсации, либо цепной аддитивной полимеризации.

Поликонденсация имеет место в тех случаях, когда молекулы исходных моломеров практически все соединяются в большие молекулы уже на ранней стадии реакции; эти большие молекулы сохраняют реакционную способность и продолжают соединяться друг с другом, так что средняя молекулярная масса увеличивается со временем, но после того, как реакция началась, выход полимерауже не зависит от времени. В этой реакции обычно участвуют два разных мономера с различными функциональными группами, способными к взаимодействию друг с другом. Часто, хотя и не обязательно, в каждом элементарном акте реакции выделяется какая то небольшая молекула, например вода. Типичными представителями полимеров, получаемых поликонденсацией, являются алкиды и полиэфиры. В этом случае важное значение имеет концепция функциональности. Для того, чтобы промежуточные продукты, образующиеся на каждой стадии реакции, могли участвовать в последующих реакциях, каждая молекула мономера должна содержать как минимум две реакционноспособ ные функциональные группы.

Цепная аддитивная полимеризацияхарактеризуется тем, что высокомолекулярный полимеробразуется уже с момента начала цепной реакции, а концентрация мономера постепенно уменьшается в течение всего периода полимеризации; в отличие от поликонденсации выход полимераувеличивается со временем. Полимеризацияинициируется определенными активными соединениями, способными разорвать одну из связей в мономере, и может быть радикальной, электрофильной или нуклеофильной. При производстве лакокрасочных материалов обычно используется только

радикальная цепная полимеризация, хотя могут применяться полимеры, синтезированные ионной полимеризацией.

Примером наиболее хорошо известных пленкообразователей, получаемых цепной аддитивной полимеризацией, являются акриловые полимеры.

Ниже приведены типы полимеров, используемых в технологии лакокрасочных материалов и покрытий, с учетом вышеупомяну той классификации:

Тип полимера? Подгруппа

Природные смолыСмолы, клеи, канифоль

Модифицированные природные по Целлюлоза, крахмал, нитроцеллюлоза лимеры

Полимеры, полученные ноликопден Сложные полиэфиры, алкидные смолы,

сацией формальдегидныс смолы(мочевино , меламиио , феноло ), эпоксидные смолы

Полимеры, полученные ценной ад Акриловые полимерыи сополимеры, винидитивной полимеризациейловые полимеры

Полимерные простые эфиры Полиэтиленоксиды и полиэтиленгликоли

Полимерные простые эфиры выделены в отдельную группу отчасти для констатации того факта, что такие материалы, как полиэтиленгликоль, можно синтезировать как поликонденсацией, так и аддитивной полимеризацией, а также для избежания дальнейшей путаницы. Эпоксидные смолыполучают поликонденсацией, однако следует иметь в виду, что эпоксидная группа может участвовать в реакциях как ступенчатой, так и цепной аддитивной полимеризации.


Смотрите также:

Компоненты красок

Компоненты красок


Природа полимеровили смолДля красок различного целевого назначения сильно различается. Это обусловлено различиями в методах нанесения ...
Полимерные или олигомерные пленкообразователи

Полимерные или олигомерные пленкообразователи


Органическая химия пленкообразователей подробно описана в гл. 2. Здесь, тем не менее, будет полезно перечислить некоторые типы полиме ...
Основные пигменты

Основные пигменты


Основные пигменты представляют собой твердые микрочастицы, распределенные в связующем или пленкообразователе. Мы буд ...





Valid XHTML 1.0 Transitional

Вверх