Улучшение свойств порошковых красок

Улучшение свойств порошковых красок и покрытий может быть достигнуто не только путем пластификации, но и посредством химической или физической модификации пленкообразователей. Особенно распространена физическая модификация, связанная с применением небольших и малых («легирующих») добавок других пленкообразователей, полимеров, олигомеров, мономеров.

Комбинирование пленкообразователей широко используется в рецептурах жидких лакокрасочных материалов, прежде всего с целью улучшения адгезии, блеска, механических и других показателей покрытий и нередко для их удешевления.

При составлении порошковых красок наряду с этим важное значение имеет регулирование технологических и пленкообразующих свойств исходных полимеров и олигомеров, в особенности таких, как сыпучесть порошков, температура текучести и вязкость расплавов.

При совмещении разнородных пленкообразователей требуемый эффект может быть достигнут независимо от того, образуют они истинный раствор, механохимическую смесь или микрогетерогенную смесь. Поскольку истинная совместимость полимеров (и нередко твердых олигомеров) ограничена, в преобладающем числе случаев модифицированные составы еще на уровне частиц представляют собой микрогетерогенные двухфазные системы, относящиеся к классу дисперсий «полимер в полимере». Свойства таких смесей определяются размером частиц, формой и характером распределения компонентов, их количественным соотношением, а также структурными особенностями межфазных слоев. Указанный характер распределения компонентов обычно сохраняется и в покрытии.

Олигомеры подобно низкомолекулярным пластификаторам существенно снижают температуру текучести и вязкость расплавов полимеров. Это понижение тем больше, чем ниже их температура текучести (плавления) и вязкость и выше содержание в композиции. Соответствующим образом снижается и температура пленкообразования композиций.

Следует, однако, иметь в виду, что модификаторы с низкой температурой размягчения, введенные в композиции в больших количествах, неблагоприятно влияют на сыпучесть порошков.

При смешении кристаллических полимеров часто обнаруживается интерпластифицирующий эффект, который проявляется во взаимном снижении температур плавления. Однако в зависимости от условий смешения возможно и сближение температур плавления смешиваемых компонентов.

Свойства композиций и покрытий во многом зависят от способа их приготовления. Присутствие модифицирующих добавок наиболее полно проявляется в композициях, полученных смешением в расплаве или совместным осаждением (кристаллизацией из растворов). Как правило, такие смеси образуют однородные гомогенные или гетерогенные покрытия со свойствами, промежуточными между свойствами гомополимеров смеси.

Композиции из разнородных полимеров, полученные механическим смешением порошков, образуют при сплавлении микронеоднородные покрытия. В процессе пленкообразования вследствие высокой вязкости расплавов и ограниченности диффузионных процессов частицы модификатора не теряют своей обособленности. Пленку образует полимер, преобладающий в композиции; модифицирующий компонент при этом выполняет роль своеобразного наполнителя. Температура пленкообразования таких смесей изменяется неаддитивно, а оптическая плотность пленок резко падает при содержании второго компонента в порошковой смеси более 10% Тем не менее модифицированные композиции, получаемые смешением разнородных порошков, нашли широкое практическое применение. У них нередко проявляются многие ценные свойства, не присущие индивидуальным пленкообразователям. Так, композиции поливинилбутираля с 10% (масс.) полиэтилена образуют покрытия, разрывная прочность которых в 1,2 раза выше прочности поливинилбутираля и в 1,6 раза полиэтилена. Положительное влияние полиэтилена проявилось и при его введении в полиамиды. Такие композиции с 10-20% (масс.) полиэтилена образуют покрытия с улучшенными (по сравнению с не модифицированными полиамидными покрытиями) антифрикционными свойствами. Снижение коэффициента трения объясняют смазывающим действием полиэтилена, который имеет более низкую, чем полиамиды, температуру плавления.

Улучшение ряда показателей поливинилбутиральных покрытий (стойкость к истиранию, водостойкость и противокоррозионная устойчивость) достигается при применении порошковых композиций с 10% (масс.) полиамидов. Путем смешения поливинилбутираля с поливинилхлоридом получены порошковые композиции с высокой адгезионной прочностью к металлам, на их основе разработана порошковая грунтовка под поливинилхлоридные покрытия.

Существенно улучшить свойства покрытий, получаемых на основе термопластичных полимеров (полиэтилена, поливинилхлорида, полифторолефинов), можно путем их комбинации с эпоксидными олигомерами. Последние при введении в количестве 5-20% (масс.) повышают адгезионную прочность, твердость и нередко теплостойкость и противокоррозионную устойчивость покрытий.

С другой стороны, модификация эпоксидных олигомеров полиэтиленом, полиамидами и плавкими полифторолефинами придает покрытиям повышенную гибкость, ударную вязкость и устойчивость при механической обработке. Направленное изменение свойств эпоксидных порошковых составов и покрытий достигается также введением в них поливинилбутираля, акрилатных олигомеров, полиэфиров, полиуретанов.

Хорошие результаты в отношении направленного изменения механических свойств, адгезионной прочности и морозостойкости покрытий получены при модификации жесткоцепных полимеров (полиэтилен, поливинилхлорид и др.) сополимерами этилена с винилацетатом (сэвиленами). Для улучшения химической стойкости поливинилхлорида к нему добавляют пентапласт.

Из модификаторов для порошковых красок значительный интерес представляют мономеры. Последние могут применяться как в жидком, так и в твердом (кристаллическом) состояниях. До температуры распада инициатора мономер выполняет роль своеобразного пластификатора пленкообразователя; понижая температуру текучести и вязкость расплава, он способствует формированию покрытия. Инициирование процесса полимеризации вызывает образование нового полимера в среде основного пленкообразователя. В зависимости от природы полимерно мономерной пары, соотношения компонентов и типа инициатора, возможно образование гомогенных или гетерогенных пленок, представляющих собой: а) механическую смесь разнородных полимеров; б) привитые полимеры или сополимеры. Температурно-временные режимы полимеризации мономеров могут быть приближены к условиям пленкообразования порошковой системы посредством выбора соответствующих инициаторов полимеризации и их концентрации.

Из мономеров и олигомеров для модификации поливинилхлорида и этилцеллюлозы нашли применение аллиловые эфиры ароматических кислот, алкилакрилаты, олигоэфиракрилаты, для модификации поливинилбутираля, полифторолефинов, ненасыщенных полиэфиров винилимиды и малеимиды. Имеются указания на возможность использования разных мономеров и в композициях на основе полиэтилена. Применение мономеров как модификаторов позволяет в широких пределах регулировать свойства покрытий, в первую очередь изменять в желаемом направлении механические показатели, адгезионную прочность, теплостойкость и химическую устойчивость пленок.

Химическая модификация пленкообразователей может быть проведена не только в массе, но и на уровне частиц. Так, посредством щелочного гидролиза сополимеров этилена с винилацетатом (СЭВА-25) в гетерогенных условиях получены порошки с частицами, ядро которых состоит из неомыленного полимера, а наружные слои-из частично и полностью омыленного. В результате замены ацетатных групп в поверхностных слоях полимерных частиц на гидроксильные резко улучшается сыпучесть порошков (угол естественного откоса уменьшается с 43 до 30°); составы приобретают способность отверждаться полиизоцианатами. Аналогичный эффект модификации (накопления полярных функциональных групп) достигается при модификации полимеров.

По материалам tikkurila powder coatings