Порошковые краски с применением микросфер

За последние полвека появилось много синтетических наполнителей в форме микросфер, что обусловило разработку лакокрасочных материалов целевого и общего назначения. Ниже мы приведем описание некоторых порошковых красок, которые содержат микросферы. Полые микросферы, которые изготовляются в большом количестве на основе неорганических материалов (полифосфатов, силикатов, полиборатов, борсиликатов), в последнее время и полимеров, широко применяются в различных отраслях строительcтва и промышленности. Керамические и стеклянные микросферы получили наибольшее распространение. По величине частиц они изготовляются с широким набором (от 10 до 300 мкм).

Их используют и в производстве лакокрасочных материалов (ЛКМ), потому что они достаточно эффективные и относительно дешевые наполнители (цена 1 кг стеклосфер отечественного производства не превышает 80 руб. ). Они химически стойки, инертны и обладают низкой плотностью (она составляет у стеклянных сфер 0, 12-0, 60 г/ ) и светорассеиванием. В отличие от других природных наполнителей микросферы не смогут изменить цвет красок. Они повышают их укрывистость , способствуя тем самым экономии очень дорогих пигментов, например диоксида титана. Керамические и стеклянные микросферы смачиваются водой (удовлетворительно) и органическими растворителями. Также они хорошо себя зарекомендовали как в органорастворимых лакокрасочных материалах, так и в водно-дисперсионных. Чтобы улучшить их смачивание часто применяют обработку соответствующими ПАВ или модифицируют поверхность (аппретитруют). Модифицированные микросферы также изготовляются промышленно. Главным образом, производят микросферы воздухонаполненные. Можно использовать в качестве заполнителя и другие газы, к примеру . Прочность и плотность таких порошков зависят от толщины стеночного материала. Толщина стенки колеблется в пределах — от 0, 5 до 2, 0 мкм. Низкую теплопроводность имеют газонаполненные микросферы. Например, сферы марки ЗМ Скотчлай, производства компании ЗМ. Они имеют теплопроводность от 0, 044 до 0, 187 Вт/м К. Основное направление использования этих микросфер— получение энергосберегающих теплых и светоотражающих покрытий. Они могут применяться и для покрытий широкого назначения— атмосферостойких, химстойких и др. [2-8]. Микросферы, которые имеют заполнители водой и другими жидкостями, как правило, имеют целевое назначение. Они могут служить для изготовления огнезащитных покрытий. Более тяжелые и прочные — керамические микросферы. В основном, их используют для получения покрытий с повышенной абразивостойкостью и твердостью. Они могут выдержать дисперигрование в пленкообразователях при больших нагрузках. Для получения порошковых покрытий и красок, в данной работе применяли керамические и стеклянные микросферы фирм: ООО «Микрокомпозит»( Москва) и ЗАО «ЗМ Россия». Фирма «ЗМ Россия» изготовляла стеклянные микросферы марки К20 с размером частиц 40-90 мкм, плотностью- 0, 2 г/ . Керамосферы марки W-210 имеют такие показатели: плотность— 2, 4 г/ , максимальный размер частиц составляет 120 мкм. Микросферы фирмы «Микрокомпозит» (стеклянные) имеют средний размер частиц 100 мкм.

Все используемые микросферы по внешнему виду — это высокодисперсные белые порошки (сыпучие). Для пленкообразователей служили: 1) низкой плотности полиэтилен марки 16803-070 , плотностью — 923 г/ и температурой плавления — 110 С)в виде порошка, который проходит через сито 0315; 2) эпоксидный олигомер DER 664 (э. ч. 4, 5) с димотолом в качестве отвердителя; 3) применяли товарную эпоксидную порошковую краску, синего цвета марки ПЭК-901 фирмы «Эколон» (СПб) для приготовления композиций. Сухим смешением порошка полиэтилена с микросферами получали полиэтиленовые краски, а эпоксидные и сухим смешением , и в расплаве олигомера. В первом случае смешивание происходит в аппарате, который содержит в себе механическое встряхивание, во втором – в экструдерной машине. Второй способ оказался не применим.

При изучении красок с помощью сепарации и микроскопического метода выяснилось, что часть микросхем разрушается. Это происходит посредством диспергирования и механического измельчения. В случае сухого смешивания, из-за хорошей сыпучести и подвижности микросфер, возникают однородные смеси . Такие смеси способны к псевдоожижению (превращение смеси в систему, твердые частицы которой находятся во взвешенном состоянии, напоминающее жидкость) и нанесению электростатического распыления. В сухом смешивании фракционирование красок не наблюдается. В результате образуются сферонаполненые и непигментированные и пегминтированные составы. Образование данных составов зависит от исходного материала: порошкового лака, красок. Изначально провели исследования, суть которых заключалась во влиянии микросфер на реологические (деформация, текучесть) свойства расплавов полиэтилена. Критерием оценивания являлся показатель текучести расплавов (ПТР). Этот показатель определяли на установке ИИРТ-М. Результаты исследований показали, что чем больше микросфер, тем меньше ПТР. Следовательно, повышается вязкость расплавов. Причем наличие стеклянных микросфер способствует более сильному загущению, а наличие керамических – более слабому. Судя по экспериментам, можно сделать вывод, что максимальная степень наполнения полиэтиленовых составов микросферами может быть увеличена при добавлении пластифицирующих добавок, к примеру, полиэтиленовых восков. Определение показателя текучести сферонапольных, эпоксидных составов показало, что их свойства несколько отличаются от полиэтиленовых. В данном случае стеклянные микросферы, также способствую уменьшению ПТР, а керамические, наоборот, ведут к увеличению текучести. Такое свойство объясняется повышенной плотностью керамосфер, по сравнению с стеклянными микросферами. Поэтому у керамических сфер подвижность больше, чем у стеклянных. По специальному методу было проведено определение растекаемости порошковой эпоксидной краски ПЭК-901 с 10% масс. керамосфер W-210. Из опытов следует, что наличие керамосфер ведет к лучшей текучести порошковой краски. Коэффициент такой текучести возрастает с 52 до 60 миллиметров. От этого показателя зависит блеск покрытий.

Как же влияют микросферы на коэффициент растекания? Эксперименты проводились на эпоксидных красках, с содержанием стеклянных и керамических микросфер примерно 10% масс. Изготовление композиций проводилось сухим смешиванием. Покрытия, толщина которых до 100 мкм, формировали по специальному режиму – 20 минут, при t=180˚С. Блеск покрытия определяли на приборе ФБ-2, с углом в 45˚. Из проведенных опытов можно сделать вывод: стекло- и керамосферы абсолютно по разному влияют на блеск покрытий. Так стеклянные микросферы снижают блеск на покрытии, а керамические – наоборот, немного увеличивают его. Если добавить к рецептуре термореактивных красок 4-5% масс. стеклянных микросфер, то возникают глубокоматовые покрытия. Такие покрытия появляются из-за всплывания стеклянных микросфер, концентрирующихся на поверхности. Далее, в небольших количествах, вводят керамосферы. Они начинают тонуть, тем самым снижается вязкость расплава на поверхности, что ведет к улучшению растекания.

Также проводили опыты, которые показывали влияние стеклосфер на свойства эпоксидных покрытий, толщина которых 70-80 мкм. Эти эксперименты осуществляли в течении 10 минут, при t=200˚С. По результатам было видно, что микросферы с массовым содержанием 1-2%, не влияют на физические свойства покрытий. Эти покрытия не наполнены сферами. Прочность такого покрытия при ударе – 100 см, прочность при изгибе – 1 миллиметр, эластичность на «прессе Эриксеона» − 8, адгезия по ИСО 2409 − 0. Наличие стеклянных микросфер увеличивает паропроницаемость покрытий. Этот фактор отрицательно влияет на противокоррозионные свойства микросфер. Наносить покрытия нужно в два слоя: первый слой – грунтовый или конверсионное покрытие (порошковая краска без микросфер). Второй слой – сферонаполненное покрытие.

Особенную ценность порошковые краски с микросферами представляют для теплоизоляционных и шумопоглощяющих покрытий. Микросферы являются носителем воздуха, который обладает хорошей тепло- и звукоизоляцией (коэффициент теплопроводности λ = 0, 028 Вт /м×К, скорость звука в воздушной среде равна 340 м/с (это в десятки раз меньше чем у полимерных пленкообразователей). Также изучено влияние стеклянных и керамических сфер на шумоизоляцию полиэтиленовых и эпоксидных покрытий. Были созданы некие покрытия с толщиной 3, 0-3, 5 миллиметра, у которых содержание микросфер различно. Провели измерения шумопоглощения в диапазоне от 100 до 630 Гц. Для этой операции была использована установка, снабженная шумомером ВШВ−003−М2. По результатам опытов, сделали вывод, что наличие микросфер ведет к понижению шума в коротковолновой части, с частотой диапазона от 100 до 300 Гц. При применении эпоксидных элементов, толщина которых около 3мм, происходит еще большее снижение шума. Шумопоглощение возрастает до 30%. Если эпоксидное покрытие еще тоньше (80-10мкм), то эффект малозаметен. Кроме всего этого проводились измерения тепло- и температуропроводности полиэтиленовых покрытий. При этом часть покрытий содержало, а часть не содержало 5% масс. стеклянных микросфер. В опыте использовались микросферы фирмы «Микрокомпозит». Эксперимент осуществлялся на приборе КСП-4. Образцы готовились с помощью прессования, при t=150˚С.

Из полученных измерений следует, что наличие микросфер (5% масс. ) ведет к понижению тепло- и температуропроводности покрытий.

По материалам статьи "Порошковые краски с применением микросфер" авторы А. Д. Яковлев, Н. З. Евтюков, Т. И. Гольц

http://lakokraska-ya.ru