«Неразрешимые» проблемы с коалесценцией: 2 – на пути к нулевому содержанию летучих органических веществ
Основным условием, которое необходимо для того, чтобы коалесценция пленки имела место, является то, что поверхность полимерных частиц должна быть достаточного мягкой, чтобы они могли сливаться при контакте пленки. С другой стороны, для того, чтобы противостоять повреждениям, накоплению загрязнений и проникновению растворителя, необходимо иметь твердое покрытие. Если рецептура краски составляется с использованием стандартных дисперсий без коалесцентов, низкая температура перехода в стеклообразное состояние, которая использовалась для получения коалецентного результата в мягких пленках, приводит к созданию мягких пленок, слабой устойчивости к загрязнению и накоплению загрязнений, и повышению риска дефектов образования пленки. Однако на практике уже найдено несколько способов для того, чтобы свести к минимуму или вовсе к нулю последствия этой проблемы и произвести пленку с хорошими свойствами с однокомпонентными высушиваемыми на воздухе красками с содержанием летучих органических веществ близким к нулю.
Простым, но несколько ограниченным подходом является использование эмульсий, таких как винилацетат-этиленовые (VAE) сополимеры, которые гидрофильны от природы. Сама вода действует как сорастворитель во время образования пленки так, что для минимальной температуры образования пленки (MFFT), температура перехода эмульсий VAE в стеклообразное состояние значительно выше (примерно на 8°C), чем у стирольно-акриловых эмульсий. Точно так же обстоят дела в случае с полиуретановыми дисперсиями, присутствие воды в самих эмульгированных частицах способствует достижению коалесценции.
Было разработано несколько коалесцентов с достаточно высокими температурами кипения и низкой летучестью для обеспечения невозможности их законной классификации как летучих органических соединений, хотя трудно ответить на вопрос происходит ли их выброс в атмосферу на протяжении длительного периода времени.
2,2,4-триметил-1,3-пентандиол (1-изопропил-2,2-диметилтриметилэфир изомасляной кислоты) имеет температуру кипения 280°C, что означает, что он не может на законных основаниях классифицироваться как летучее органическое соединение, но может быть классифицирован как таковой в некоторых экологических стандартах.
Archer RC представляет собой коалесцент с нулевым VOC для красителей на водной основе, красок и герметизирующих веществ. Материал изготавливается на основе пропилен гликолевых моноэфиров жирных кислот подсолнечного и кукурузного масел. В нем происходит сшивание во время высушивания вместо испарения, что повышает устойчивость покрытия к воздействиям. В компании Archer утверждают, что продукт нуждается в небольшом изменении рецептуры или вообще в нем не нуждается, поскольку его значение HLB аналогично значению обычного коалесцента TMB (2,2,4-триметил-1,3-пентандиол моноизобутират).
Cognis реализует на рынке в качестве коалесцента EFC-100, пропилен гликолевый моноолеат с очень высокой точкой кипения. В компании заявляют, что, хотя продукт остается постоянно в пленке, он не оказывает большого влияния на твердость и обеспечивает устойчивость к истиранию, напряжению и слипанию, которые, по крайней мере, так же хороши, как стандартные летучие коалесценты. Кроме того, поскольку продукт очень гидрофобен, он изменяет реологию системы, и может в некоторых случаях усиливать блеск.
Еще одним возможным подходом является создание способных подвергаться радиационному отверждению коалесцента и/или части полимерной системы. Камфорохинон является эффективным фотоинициатором для отверждения покрытий при естественном солнечном свете, благодаря своему высокому уровню поглощения примерно в 450 нм. Было продемонстрировано, что некоторые акрилатные мономеры с радиационным отверждением могут использоваться для замены обычных сорастворителей без изменения рецептуры или с незначительным изменением. После отверждения на солнечном свете краски, не содержавшие никакого иного сорастворителя, дали значения твердости на 30% выше чем у традиционной эмульсионной краски с сорастворителями.
Дисперсии полиуретана традиционно производились с использованием N-метил пирролидона в качестве растворителя для того, чтобы удерживать вязкость на управляемом уровне во время полимеризации. NMP остается после того, как полимер эмульгируется и повысит уровень содержания летучих органических соединений. Производители стараются избегать использования NMP исключительно из-за озабоченности относительно его токсичности. В число альтернатив входят: обработка ацетоном (при которой можно затем удалить этот растворитель с высокой точкой кипения) или использование акриловых мономеров в качестве растворителей (с образованием уретаново-акриловых гибридов).
Можно также производить не нуждающиеся в использовании растворителя двухкомпонентные полиуретановые системы на водной основе за счет добавления гидрокси-функциональных реактивных разбавителей при формировании вторичных дисперсий гидроксиакрилатов в качестве полиольного компонента системы. Защита от коррозии
На первый взгляд использование покрытий на водной основе для защиты от коррозии кажется дикой, ведь, в конечном счете, вода является основным фактором коррозии. Тем не менее, одним из случаев наибольшего успеха при работе с покрытиями на водной основе была разработка технологии катодного электроосаждения; теперь это почти универсальный метод защиты кузовов автомобилей от коррозии. Технология обеспечивает получение слоя контролируемой и достаточно однородной толщины как на видимых, так и на труднодоступных деталях кузова при очень небольшом использовании растворителей и ограниченном расходе краски.
После начальной предварительной обработки, такой как фосфатирование, кузов автомобиля проходит через емкость с покрытием на водной основе, а электрический ток «наносит» покрытие на металл. Покрытия отверждаются в печи после удаления излишков покрытия, которые не вошли в состав образовавшейся пленки. Современные составы нанесения покрытия электроосаждением способны обеспечивать эффективную защиту без использование хроматов свинца, которые традиционно применялись в качестве антикоррозийных красителей.
На более широких рынка антикоррозийных материалов были внедрены прогрессивные усовершенствования. В одном из отчетов из США отмечается, что испытания систем, изготовленных на основе акрила и стирол-акриловых смол в начале восьмидесятых дали плохие результаты, в то время как испытания, проведенные в 2000-2002 гг. дали хорошие результаты для акрилов на водной основе (они превзошли по эксплуатационным характеристикам эпоксиды на водной основе и один из полиуретанов). Испытания показали, что самые лучшие из акриловых составов на водной основе в настоящее время конкурентоспособны по отношению к акрилам и эпоксидам на основе растворителя. Получение лучших эксплуатационных характеристик, чем у систем на основе растворителя
Некоторые покрытия, которые обладают самой высокой устойчивостью к воздействию внешних атмосферных явлений, изготавливаются на сонове поливинилиденфторида (PVDF), но для использования традиционных технологий с PVDF, как для жидких, так и для порошковых покрытий, необходимо отверждение в печи. Эти покрытия содержат примерно 70% PVDF и 30% акриловой смолы. Они обязаны своими высокими рабочими параметрами формированию взаимопроникающих полимерных сеток (IPN) при обработке в печи. В настоящее время на рынке имеются эмульсионные покрытия из PVDF на водной основе, и сообщается, что с ними можно получать тот же результат без обработки в печи. Основным фактором этой технологии является то, что сами частицы эмульсии должны содержать IPN; эмульсии, изготовленные из ядерно-оболочечных частиц дают высокие рабочие параметры только поле обработки в печи.
Сэнди Моррисон,
www.specialchem4coatings.com |
