Разработка водоразбавляемых покрытий с высокой скоростью формирования пленки

Курдюкова Ирина Борисовна, к.т.н., начальник технического отдела, компания «Аттика»

Особенности производства водоосновных лакокрасочных материалов – тема в наше время весьма актуальная, что связано с известным процессом замещения классических органоразбавляемых материалов материалами либо с высоким содержанием нелетучих веществ, либо материалами на основе водоразбавляемых связующих.

Данный процесс в большей степени произошел в европейских странах, в меньшей степени в России, хотя тоже заметен, причем значительно. Особенно, конечно, это касается строительного сектора, где бо́льшую часть материалов уже сейчас составляют материалы водоразбавляемые.

Переход с органоразбавляемых систем на водоразбавляемые  связан  с тремя, как мне кажется, основными причинами. Первая – высокая токсичность органических растворителей. Наверное, если мы говорим о России, это не столько защита окружающей среды, сколько защита тех, кто будет пользоваться этими материалами – маляров, специалистов по нанесению и т.д. Во-вторых, это высокая пожаро- и взрывоопасность органических растворителей и их паров. И, наконец, высокая стоимость органических растворителей, которые при этом не принимают непосредственного участия в формировании пленки лакокрасочного покрытия.

Таким образом, мы можем говорить о том, что на сегодняшний день, в том числе и на индустриальном рынке доля водоразбавляемых продуктов постоянно растет. Наша компания предлагает для индустриального рынка целый ряд материалов для производства водоразбавляемых систем, начиная от пленкообразователей, и заканчивая добавками, которые могут в значительной мере изменить свойства лакокрасочного покрытия.

Как показывает наша практика и практика наших клиентов, индустриальные покрытия на основе водных материалов востребованы, равно как востребованы и специфические свойства этих покрытий. В том числе к таким свойствам относится высокая скорость формирования пленки. В данном случае речь идет не о времени высыхания на отлип, и не о времени межслойной сушки. Здесь говорится о наборе пленкой водостойкости, атмосферостойкости и стойкости к ГСМ.  Обычно при лабораторных испытаниях время сушки пленки до проведения испытаний на водостойкость, на стойкость к раствору NaCl, к ГСМ составляет от суток до недели. К сожалению, как показывает наша практика, в реалиях у фирмы не всегда есть возможность выдерживать объект с нанесенной на него краской в окрасочной/сушильной камере в течение, допустим, 5 суток.  Не было такой возможности и у нашего клиента.  В связи с этим нашему техническому отделу была поставлена задача – разработка водоразбавляемой грунт-эмали по металлу с толщиной сухой пленки около 55 мкм и набором водостойкости после 6 часов сушки.

Для подобных целей мы рекомендуем применение материалов на основе водных алкидных пленкообразователей, либо на основе водных гибридных систем, состоящих из водных алкидных пленкообразователей и стирол-акриловой дисперсии.

В данном случае специалисты нашей лаборатории разрабатывали покрытие на основе водорастворимой алкидной смолы Synthalat DRS 05-117 компании Synthopol Chemie и специализированной стирол-акриловой дисперсии Liocryl AS 603 того же производителя, предназначенной для производства индустриальных антикоррозионных материалов. В соответствии со стартовой рецептурой, предлагаемой производителем связующего, материалы применялись в соотношении 1:1 по сухому. Обращаю внимание, что именно по сухому связующему, т.к. сухой остаток дисперсии составляет 40%, а сухой остаток смолы – 75%.

Варианты повышения водостойкости покрытия нагляднее всего представить следующей схемой:

 

Варианты 1 и 2 подразумевают увеличение доли связующего за счет алкидной смолы и дисперсии, плюс добавление разного количества циркониевого сиккатива. Варианты 3 и 4 – увеличение доли связующего только за счет добавления стирол-акриловой дисперсии, и также разное количество циркониевого сиккатива.

Четыре варианта грунт-эмали наносились валиком на обе стороны металлических пластин в 1 слой. Края пластин дополнительно защищались расплавом парафина. Перед испытаниями полученные образцы выдерживались при температуре T = 25 °С в течение 5 ч.

Испытания проводились путем погружения окрашенных металлических пластин в воду на 1 сутки.

Принятые меры по корректировке рецептуры на данном этапе не привели к положительным результатам, с обеих сторон пластины покрытие покрылось пузырями после нахождения в воде в течение 16 часов. Варианты 3 и 4 с добавлением только дисперсии Liocryl AS 603 дали лучше результат по водостойкости, поэтому варианты 1 и 2 были исключены из дальнейших исследований. В качестве примера – рисунки 1 и 2 – фото пластин с покрытием по рецептуре №3 через 16 часов нахождения в воде.

 

Рис.1. Покрытие по вар.3 через 16 ч. нахождения в воде (лицевая сторона)

 

Рис.2. Покрытие по вар.3 через 16 ч. нахождения в воде (обратная сторона)

В продолжение испытаний решено было увеличить время выдержки образцов покрытий перед погружением в воду с 5 до 6 ч., в результате чего внешний вид покрытий после 16 ч. нахождения в воде значительно улучшился по сравнению с предыдущим опытом. На поверхности имели место мелкие пузыри, причем, в варианте 4 с 0,6 % OS Zr 10 aqua их было мало.

Для гарантированного результата по водостойкости в финишных образцах грунт-эмали количество дисперсии Liocryl AS 603 было увеличено до 10%. Через 24 ч. нахождения образцов в воде их внешний вид не изменился, пузыри отсутствуют. На рисунках 3 и 4 – фото пластин с покрытием по откорректированной рецептуре №3 через 24 часа нахождения в воде.

 

Рис.3. Покрытие по откорректированному вар.3 через 24 ч. нахождения в воде (лицевая сторона)

 

Рис.4. Покрытие по откорректированному вар.3 через 24 ч. нахождения в воде (обратная сторона)

В таблице 1 мы видим, что произошел необходимый набор водостойкости (6 часов сушки, 24 часов пластина стоит в воде) и стойкости к ГСМ (24 часа сушки, 12 часов проверяется пластина).

Табл.1 Результаты испытаний готового покрытия.

Наименование показателя

Значение

1

Степень перетира, мкм

20

2

Условная вязкость при температуре 20 °С по вискозиметру типа ВЗ-246 с диаметром сопла 4 мм, сек

83

3

Толщина покрытия, мкм

50

4

Время высыхания до степени 3 при температуре 28 °С, ч

1 час

5

Твердость по маятниковому прибору типа ТМЛ (маятник А) через 24 часа, отн.ед.

0,25

6

Блеск покрытия по блескомеру под углом 65°,%

15%

7

Адгезия (метод «решетка»)

1

8

Прочность при ударе на приборе У-1, см

50

9

Стойкость к статическому действию:

  • воды
  • бензина
  • мин. масла
  • дизтоплива

 

+

+

+

+

 

Выводы: для достаточно толстослойного индустриального покрытия на основе гибридной системы имеет смысл

  • Применение специализированной стирол-акриловой дисперсии, предназначенной для индустриальных покрытий.
  • Увеличение доли данного связующего по отношению к водоразбавляемой алкидной смоле, и применение их не в соотношении 1:1 (как рекомендовалось в стартовой рецептере), а с превышением в пользу быстросохнущей стирол-акриловой дисперсии.
  • Важно, что при работе с толстослойными лакокрасочными покрытиями, содержащими водорастворимые алкидные смолы, совершено недостаточно применение сиккатива на основе кобальта, способствующего в первую очередь поверхностной сушке покрытия. Необходимым является также применение вспомогательных сиккативов, ускоряющих сквозное формирование пленки – например, сиккатива на основе циркония. Как показывает наша практика на примере вышеописанной разработки, оптимальным будет соотношение 1:3 (Co:Zr). Это,  с нашей точки зрения, оказывает наибольшее влияние на результат.
  • Также для производства ВР покрытий с быстрым набором водостойкости мы рекомендуем использовать специализированные добавки для индустриальных покрытий. Например, загустителей на основе ПУ (Borchi Gеl 0620), высококачественных диспергаторов (Borchi Gen 12) и смачивателей поверхности (Borchi Gol LA 200).

В данной статье мы показали процесс разработки новой рецептуры. Таким образом мы создаем композиции, отвечающие даже самым строгим требованиям заказчика. Технический отдел компании Аттика готов помочь Вам в Ваших разработках!