5.3.2.5. Інші області застосування адгезивов| на основі латексів

Крім адгезивов|, вживаних в будівництві, взуттєвої, деревообробної промисловості і при виробництві пакувальних матеріалів, в технічній літературі і в патентах наводяться численні дані про адгезивах| для склеювання найрізноманітніших матеріалів.

Так, існують адгезивы| для склеювання: тканина-метал, папір-метал, дерево-метал, гума-метал, шкіра з шкірою, картоном, папером, поролоном, різними полиамидными| волокнами, каменями, склом, пластмаси між собою і в різних комбінаціях і т.д. Привести відомості про всіх цих адгезивах| не представляється можливим. Тому читач може одержати додаткову інформацію в опублікованих оглядах [24, 35], монографії [31], а також в періодичних журналах ("Adhasives Age", "Adhesion").

5.4. Латексні фарби

Під терміном латексні фарби слід розуміти фарби, в яких як пов'язують пігменту і плівкотвірних речовин застосовують водні дисперсії полімерів. Як полімер водних дисперсій може бути як еластомер (полімер бутадієн-стнрольных| латексів), так і пластик (полини| нилацетат|, поліакрилат).

У технічній і патентній літературі часто використовують термін води.) дисперсійні лакофарбні матеріали, а також водоемульсивні фарби В останньому випадку є зважаючи на, що що пов'язує пігментів і пленкооорао| ватель| (латекс) одержані методом емульсивної полімеризації. Самі *с фарби ніяк не можуть розглядатися як емульсії.

Латексні фарби, також як і інші лакофарбні матеріали, MOi >! виконувати захисну, декоративну, захисно-декоративну і спеціальну» функції, наприклад, маскувальну.

318

Широке застосування латексних фарб обумовлене перш за все экою-гическими| проблемами.

Законодавством низки країн передбачено обмежене використання лакофарбних матеріалів, виготовлених із застосуванням органічних розчинників, випаровування яких при нанесенні і подальшому затвердінні покриттів забруднює навколишнє середовище. На відміну від латексних фарб виготовлення і подальше використання лакофарбних матеріалів, одержаних із застосуванням органічних розчинників, вимагає, крім того, спеціальних заходів по техніці безпеки і пожаро-безпеки.

Окрім рішення екологічних проблем латексні фарби мають ряд інших переваг: ^

• латексні фарби можуть розбавлятися водою і наноситися на вологу поверхню, не вимагаючи спеціальної підготовки поверхні, яка необхідна при застосуванні лаків і емалей, виготовлених на розчинниках;

• за рахунок раціонального вибору загусника і його дозувань можливо в широких межах зрадити властивості, реологій;

• як пов'язує пігментів і пленкообразователя| можливо використовувати латекси, полімер яких не здатний розчинятися в розчинниках, що дозволяє розширити область застосування латексних фарб;

• покриття на основі латексних фарб можливо наносити, практично, всіма відомими способами: кистю, валиком, розпилювачем, электрофорезом|, коагулянтним маканием|.

Разом з тим латексним фарбам властиві певні недоліки:

• у відмінності від фарб, виготовлених із застосуванням розчинників, латексні фарби вимагають триваліших режимів сушки;

• у і масляних фарбах, розчинів, зміст пігменту може досягати 300...500 частин маси на 100 частин маси того, що пов'язує, в латексних фарбах зміст пігменту звичайно не перевищує 100... 150 частин маси на 100 частин маси латексу;

• покриття, одержані із застосуванням латексних фарб, як правило, характеризуються недостатнім блиском і мають матовий відтінок;

• ПАВ, що містяться в латексі, а також ПАВ, що вводяться додатково до складу фарб, залишаючись в покритті, можуть знижувати його водостійкість. Окрім 'ого, ПАВ є причиною ціноутворення при виготовленні і после-лующем| застосуванні латексних фарб. Основні принципи побудови ре-иептур| латексних фарб викладені в роботах [1, с. 145... 167; 5, с. 697...733; 3<>, с. 350...355; 37, с. 51...81].

Одна з основних проблем складання латексних фарб - вибір латексу.

Оскільки полімер того, що пов'язує в латексних фарбах так само, як і пігмент представляют| собою дисперсну фазу, це ускладнює утворення суцільної однорідної плівки покриття й пред'являє більше жорсткі вимоги до полімерів латексів, знижуючи можливий їх асортимент.

Основні закономірності процесу плівкоутворення при випаровуванні вологи з тонкого шару латексу, які описано в главі 3, розділ 3.1, характерні й для латексних фарб.

У фарбах можливо застосовувати тільки ті латекси, мінімальна температура плівкоутворення яких лежить нижче температур, що існують при нанесенні й наступному сушінні покриття. Із цих позицій у роботі [1, с. 149...153] була дана оцінка можливості застосування у фарбах латексів полівінілацетату, акрилатів, сополімерів вінілацетатів й акрилатів, що мають різну мінімальну температуру плівкоутворення й різну температуру склування полімеру. У цій же роботі наведені дані про вплив пластифікатора на температуру склування полімерів цих латексів і зміна мінімальної температури плівкоутворення латексів.

При застосуванні латексних фарб для утворення суцільної однорідної плівки на поверхні субстрату потрібен максимально можливий ступінь коалесценції частинок основи. Останнє досягається вибором пластично-еластичних властивостей полімеру латексу. Відзначається [12, с. 210], що за інших рівних умов полімер латексних фарб повинен характеризуватися більш високою пластичністю, чим полімер у розчинних лакових покриттях. Це сприяє коалесценції часток, зменшує внутрішні напруження, що виникають при сушінні покриттів, і, тим самим, зменшує ймовірність розтріскування плівки.

Тип полімеру латексу й застосовувана рецептура латексної фарби повинна забезпечувати адгезійний зв'язок одержуваного покриття з поверхнею субстрату.

При нанесенні латексної фарби на шорсткувату, пористу поверхню яких-небудь істотних проблем не виникає, особливо, якщо застосовується латекс із малим розміром часток. Якщо ж плівки латексної фарби мають низьку адгезію до поверхні субстрату, то потрібне застосування спеціальних прийомів, що забезпечують виникнення адгезійного зв'язку між плівкою фарби й субстратом.

В якості таких прийомів можуть бути – застосування латексів, полімер яких містить полярні групи, нанесення на субстрат проміжного шару композиції з високою адгезією до даної поверхні субстрату, застосування у складі латексних фарб водорозчинних смол. Проте останні. при використанні латексних фарб мають обмежене застосування через можливість зміни кольору покриття.

Істотний вплив на властивості покриттів із застосуванням латексних фарб чинить розмір частинок латексу, який застосовано в якості основи [1,с. 155].

Розмір часток

100 нм 1000 нм

збільшення блиску

← ← ←

поліпшення текучості

→ → →

поліпшення зв'язування пігменту

← ← ←

більш висока інтенсивність фарбування (непрозорість)

→ → →

ПАР, які містяться в латексах, а також додатково внесені ПАР, у ході виготовлення латексних фарб можуть істотно вплинути як на сам процес виготовлення фарб, так і на їхню стабільність при зберіганні й на властивості одержуваного покриття.

З одного боку, ПАР забезпечують можливість введення в латекс значних кількостей пігменту й наповнювача, запобігають їх флокуляції у ході зберігання фарб.

З іншого боку, надлишок у системі ПАР може призвести до небажаного утворення піни, погіршенню адгезії покриття до субстрату, зниженню водостійкості покриття.

Для виготовлення латексних фарб найбільше застосування одержали латекси вінілацетату й сополімерів вінілацетату з етиленом й акрилатами, акрилати і їх сополімери.

Використовують також бутадієн-стирольні й бутадієн-стирольні карбоксилвмісні латекси.

Наявність полярної мономерної ланки в полімері полівінілацетатного латексу забезпечує високу адгезію полімеру до наповнювача й субстрату.

Плівка вінілацетатного латексу характеризуються досить високими міцністними характеристиками й не потребують вулканізації. Латекси, стабілізовані полівініловим спиртом, стійкі до заморожування-відтаювання. До недоліків вінілацетатних латексів варто віднести високу температуру склування полімеру й високу мінімальну температуру плівкоутворення. Це призводить до необхідності в складі фарб застосовувати пластифікатор, зазвичай, дибутилфталат. Пластифікатор може поступово випаровуватись чи мігрувати в підкладку, у результаті чого буде зростати твердість покриття.

Крім того, полімер вінілацетатного латексу схильний до гідролізу, що призводить до нагромадження в плівці покриття гідрофільних речовин і погіршенню водостійкості покриттів. З цієї причини фарби на основі вінілацетатного латексу використовують, в основному, для внутрішніх покриттів.

Недоліки, властиві вінілацетатному латексу, у значній мірі усуваються при виготовленні фарб на основі латексів сополімерів вінілацетату з бутилакрилатом, вінілацетату з етиленом.

При застосуванні в якості основи бутадієн-стирольних латексів є можливість, залежно від вмісту зв'язаного стиролу в полімері, змінювати температуру склування полімеру й мінімальну температуру плівкоутворення.

Як правило, у латексних фарбах застосовують бутадієн-стирольні латекси, у полімері яких вміст зв'язаного стиролу не перевищує 65%, а температура склування полімеру не вище 10°С. На відміну від полімеру вініл-ацетатного латексу, полімери бутадієн-стирольних латексів не гідролізують, а плівки, отримані із цих латексів, характеризуються відносно високою гідрофобністю. Для підвищення адгезії латексних фарб до різних субстратів застосовують карбоксилвмісні бутадієн-стирольні латекси. Істотно, що в цьому випадку, крім того, з'являється можливість у широких межах регулювати в'язкість латексних фарб за рахунок зміни значення рН.

Найбільш перспективними латексами для виготовлення фарб є акрилатні латекси.

Покриття на їхній основі відрізняються підвищеним блиском й одночасно характеризуються гарною адгезією до різних матеріалів, високою вологостійкістю, стійкістю до різних атмосферних впливів. Латексні фарби на основі акрилатних латексів широко використають для захисту металів від корозії.

До складу латексних фарб незалежно від їхнього призначення, як правило, входять наступні компоненти: забарвлюючий пігмент, наповнювач, диспергуючий агент, латекс, захисний колоїд і загусник, піногасник, антисептик, коалісціюючий агент.

Разом з тим, залежно від призначення латексної фарби в її склад можуть бути уведені додаткові інгредієнти для надання покриттю тих або інших специфічних властивостей, а природа й дозування окремих компонентів можуть істотно змінюватися. Так при застосуванні латексів, полімер яких має високу температуру склування, до складу латексної фарби вводять пластифікатор. Якщо латексна фарба застосовується для покриття металу, у її склад вводять інгібітори корозії, наприклад, ортофосфорну кислоту. Для підвищення вогнестійкості покриття до складу латексних фарб уводять антипірени.

Більшість латексних фарб застосовують для одержання покриттів білих кольорів або з невеликими відтінками. У фарбах, покриття з яких повинні бути блискучими, як пігмент застосовують двоокис титану. Двоокис титану з високим індексом рефракції, який істотно відрізняється від індексу рефракції полімеру, дозволяє одержувати непрозору, блискучу плівку покриття при відносно невеликому вмісті двоокису титану в складі фарби.

При виготовленні фарб для матових покриттів до складу фарб додатково можуть уводити значні кількості білих наповнювачів: літопон, крейда, каолін, оксид цинку. Індекс рефракції цих наповнювачів близький до індексу рефракції полімерів латексів, тому їхній вплив на інтенсивність фарбування й непрозорість плівок покриття менш істотний, чим у двоокису титану.

Для одержання кольорових покриттів можна застосовувати й ряд інших пігментів: окис заліза, фталоцианіди, технічний вуглець й ін.

Властивості латексних фарб і властивості отриманих з їхнім застосуванням покриттів істотно залежать від вмісту пігментів у складі латексних фарб.

Для оцінки впливу вмісту пігментів у складі латексних фарб рекомендовано два показники [1, с. 147]:

• об’ємна концентрація пігменту в сухій плівці покриття (С_окп)

• критична об'ємна концентрація пігменту (С_кокп)- при якій об’ємний вміст основи буде достатнім, щоб повністю вкрити поверхню пігменту й наповнювача й заповнити простір між їхніми окремими частинками.

Збільшення об'ємної концентрації пігменту понад його критичне значення призведе до порушення суцільності плівки й збільшенню її проникності.

Хоча в деяких роботах [5, с. 712] наводяться дані про величину критичної об'ємної концентрації різних пігментів у латексних фарбах, ця величина для даного пігменту не може розглядатися постійною. Чисельні значення цього показника залежать не тільки від властивостей пігменту, але й від типу полімеру латексу, природи й вмісту диспергаторів й інших компонентів латексних фарб.

Для диспергування в латексі значної кількості пігментів і наповнювачів і запобігання в подальшому при зберіганні латексних фарб флокуляції й осідання їхніх часток у складі латексних фарб застосовують диспергатори й захисні колоїди.

В якості ефективних диспергаторів застосовують калієві й натрієві поліфосфати (гексаметафосфат натрію). Для цієї ж мети, а також для збільшення агрегативної стабільності латексних фарб у процесі їхнього зберігання застосовують неіоногенні ПАР (ОП-10, ОС-20). У якості захисних колоїдів, які запобігають флокуляції частинок пігменту й наповнювача, а також Для регулювання в'язкості латексних фарб застосовують: метилцелюлозу, натрієву сіль карбоксиметилцелюлози, полівініловий спирт, солі поліакрилових кислот.

При виготовленні фарб на основі латексів, полімер яких має високу температуру склування, як пластифікатор найбільш часто застосовують дибутилфталат.

Застосування в складі фарб пластифікатора, крім того, створює сприятливі умови для коалесценції частинок основи при плівкоутворенні.

Цю ж роль виконують, так звані, коалісціюючі добавки, у якості яких застосовують розчинники з високою (185...255°С) температурою кипіння [1, с. 161; 36, с. 353].

Для запобігання піноутворення латексних фарб у процесі їхнього виготовлення й наступного застосування в їхньому складі застосовують піногасники: силіконові емульсії (ПМС-200, ПМС-300), аліфатичні спирти.

При застосуванні фарб на основі латексу вінілацетату і його похідних небезпека біопошкодження покриттів невелика через продукти, що утворяться при гідролізі полімеру.

Для фарб на основі латексів інших полімерів вважається доцільним застосування антисептиків, особливо, якщо експлуатація покриттів здійснюється в умовах високої вологості й підвищеної температури. Як антисептики застосовують пентахлорфенолят, саліциламід, натрієву сіль бензойної кислоти. У табл. 5.24 приводяться деякі приклади рецептур латексних фарб.

Таблиця 5.24

Рецептура латексних фарб

Найменування інгредієнтів	Дозування, масові частки
Двоокис титана	20.0	20	16	23	—
Крейда	—	15	—	—	15
Каолін	—	5	—	—	5
Тальк	—	—	15	—	3
Колоїдна кремнієва кислота	—	—	5	4	—
Літопон	—	—	—	7,0	—
Окис заліза	—	—	—	—	5
Диспергатор гексаметафосфат натрію (10%)	3,0	5,0	5,0	4,0	4,0
Натрієва сіль поліакрилової кислоти (10%)	15	—	—	—	—
5% розчин метил целюлози	—	14	5	12	—
3% розчин натрієвої солі карбоксилметил целюлози	—	—	—	—	8,0
Піногасник	0,2	0,2	—		—
Антисептик пентахлорфенолят	—	—	0,15	0,2	—
10% розчин неіоногенного ПАР	—	—	3,0	—	5,0
30% Аміак	0,3	—	0.5	0,8	—
Коалісціююча добавка	—	0,5	1,35	—	—
Інгібітор корозії	—	—	—	—	1.0
Вода	16,5	15,3	11	14	—
Латекс сополімеру метилметакрилату й бутилакрилату (51%)	45	—	—	—	—
Латекс сополімеру вінілацетату й бутилакрилату (55%)	—	25	—	—	—
Латекс сополімеру бутилакрилату, стиролу, метакрилової кислоти (50%)	—	—	38	—	—
Бутадієн-стирольний латекс типу СКС-65 ГП	—	—	—	35,0	40
Характеристика покриття	Біле, блискуче	Біле, матове			проміжне покриття по металу, грунт

Процес виготовлення латексних фарб звичайно складається з наступних основних технологічних операцій:

• готування водяного розчину, застосовуваного для диспергування пігментів і наповнювачів;

• виготовлення дисперсій (паст) пігментів і наповнювачів шляхом диспергування їх у розчині;

• змішування дисперсій (паст) пігментів і наповнювачів з латексом;

• доведення отриманих латексних фарб до необхідних показників (в’язкість, рН і ін.).

Принципова технологічна схема виготовлення латексних фарб представлена на рис. 5.16.

Рис. 5.16. Технологічна схема виготовлення латексних фарб: 1 – ємність для приготування розчину диспергатора, ПАР, лугу, антисептика; 2 - ємність для одержання грубої суспензії пігменту і наповнювачів; 3 – збірник грубої суспензії; 4, 7 – насос; 5 – бісерний млин; 6 – збірник дисперсії ( пасти пігменту і наповнювача); 8 – ємність для виготовлення латексної фарби; 9 – збірник готової латексної фарби; 10 – кульковий млин

У реакторі 1 із сорочкою й мішалкою виготовляють розчини диспергаторів, ПАР, антисептиків, лугу.

Зазначені інгредієнти вводять у реактор з водою при перемішуванні. Перемішування продовжують протягом 30...60 хвилин при температурі 50... 60°С, не допускаючи піноутворення. Виготовлений розчин зливають у ємність 2 для виготовлення грубої суспензії пігментів і наповнювачів. При постійному повільному перемішуванні в ємність 2 вводять пігменти й наповнювачі. Перемішування продовжують протягом 60...90 хвилин, що забезпечує змочування часток пігменту й наповнювача розчином, що містить диспергатори й ПАР.

Подальшу обробку грубої суспензії пігментів і наповнювачів з метою забезпечити необхідне їх диспергування здійснюють у бісерних 5 або кулькових млинах 10. Застосування бісерних млинів дозволяє створити потоковість процесу виготовлення дисперсій. Дисперсії пігментів і наповнювачів, виготовлені в бісерних або кулькових млинах, вивантажують у ємність 6 з мішалкою, де в дисперсію вводять загусник. Отриману дисперсію (пасту) пігментів і наповнювачів транспортують насосом 7 у ємність 8, у яку попередньо був завантажений латекс.

З огляду на високий вміст у дисперсії (пасті) пігменту й наповнювача й високу її в'язкість, використовують гвинтовий насос. Введення дисперсії (пасти) у латекс здійснюють при безперервному перемішуванні. Після введення всієї дисперсії (пасти) перемішування продовжують протягом 30...40 хвилин. Наприкінці процесу в отриману композицію вводять коалісціюючу добавку й додатково перемішують протягом 15...25 хвилин.

Виготовлену латексну фарбу зливають у ємність 9, у якій після відповідних аналізів, при необхідності, доводять показники фарби (в'язкість, рН, вміст сухої речовини) до необхідних значень.