Еженедельник "Снабженец"
http://www.snab.ru

Полная версия этой статьи в формате PDF:
СКАЧАТЬ


   Добавки и их роль в создании качественных покрытий

   Добавки — это такие вещества, которые, будучи введенными в рецептуру красок в небольших количествах, тем не менее оказывают значительное влияние на их свойства. Роль добавок для лакокрасочных материалов настолько велика, что для достижения нужного комплекса свойств покрытия часто бывает нецелесообразно синтезировать новый пленкообразователь, достаточно ввести в композицию на основе традиционного пленкообразователя незначительное количество специальных веществ — модификаторов. Тенденции к внедрению добавок в современное лакокрасочное производство усиливаются в связи с ужесточением экологических требований, расширением спроса на экологически полноценные и безвредные ЛКМ и повышением требований к долговечности покрытий. С их помощью успешно решаются многие сложные проблемы, такие как увеличение экономической эффективности, интенсификация производства, стабилизация ЛКМ, повышение срока службы покрытия. К сожалению, многие мелкие отечественные производители не используют добавки в рецептурах своих ЛКМ (часто в целях удешевления продукта), не обращая при этом внимания на низкое качество ЛКМ и свойства покрытий на его основе. Западно-европейские и особенно американские фирмы отдают предпочтение добавкам на основе дешевых, малоемких и, как правило, модифицированных химических соединений, в то время как японские предприниматели активно развивают производство дорогостоящих и довольно экзотических реактивов в качестве добавок для ЛКМ, что обусловлено отсутствием собственного нефтехимического сырья и сложившейся традицией размещать вредные производства за пределами страны. В 1998 г. европейский рынок добавок для ЛКМ составил 1300 млн евро. В настоящее время он оценивается в 1,18 млрд долл., а к 2006 г. достигнет 1,38 млрд долл. Прогнозируется годовой прирост в 2,3%. В зависимости от функционального назначения добавки можно разделить на следующие группы: Доля на Тип добавки европейском рынке, % Для повышения долговечности покрытия 30,8 Модификаторы текучести 24,8 Для ускорения отверждения 23,5 Биоциды 8,9 Поверхностно-активные вещества 6,9 Функциональные добавки являются обязательными компонентами практически любого ЛКМ, при этом функции их многообразны. Они используются для интенсификации процесса получения ЛКМ (эмульгаторы, диспергаторы, пеногасители), оптимизации процесса нанесения (реологические добавки-загустители, поверхностно-активные вещества, агенты розлива и т. д.). Они же играют роль модификаторов покрытий, улучшая их глянец и абразивостойкость, адгезию, стойкость к коррозии, устойчивость при складировании и т. п. В конечном итоге наличие соответствующих добавок определяет качество ЛКМ. Крупнейшими производителями добавок за рубежом являются Lubrizol, Union Carbide, Dumont, Allied Corp., Dow Chemical, Reox, Rohm and Haas; в Западной Европе — BASF, Bayer, Henkel, Ciba, BYK-Chemie, ICI, Rhodia; в Японии — Kansai Paint, DaiNippon, Toyo. В России добавки не производятся — их импортируют. Поэтому большинство из вышеперечисленных зарубежных фирм имеют свои представительства в России и дистрибьюторскую сеть. Ввиду огромного разнообразия добавок рассмотрим только их основные виды, наиболее распространенные марки и химические составы. Диспергаторы Процесс диспергирования пигмента состоит из его введения в жидкую среду (смачивания) и равномерного коллоидального распределения его частиц в этой среде за счет тонкого измельчения и стабилизации полученной дисперсии. При этом для обеспечения смачивания, предотвращения флоккуляции, расслоения и оседания пигмента, усиления яркости и блеска покрытий вводят различные добавки (диспергаторы, смачиватели и поверхностно-активные вещества). Диспергирующие добавки, распределяясь по поверхности частиц пигмента, удерживают их на определенном расстоянии друг от друга за счет сил электростатического отталкивания, предотвращая флоккуляцию. Диспергаторы для водо- и органоразбавляемых ЛКМ могут быть анионными, катионными, амфотерными, бифункциональными и неионными, а также простыми и смешанными. Для ЛКМ с высоким сухим остатком используют амфотерные диспергаторы. Оптимальные концентрации добавок составляют 0,5–1% от массы пигмента для диоксида титана и 10–20% — для сажи. Большое применение в автоэмалях и ЛКМ промышленного назначения получили гипердиспергаторы серии Solsperse (полимерные поверхностно-активные вещества) фирмы ICI Colours. При их использовании отпадает необходимость в смачивающих добавках. Новая добавка марки Solsperse 38500 (фирмы Avecia) для органоразбавляемых ЛКМ отличается широким спектром совместимости и может применяться в нитроцеллюлозных, алкидных, эпоксидных, полиуретановых и акрилатных ЛКМ. Этой серии добавок не уступают диспергирующие полимерные агенты марки Disperbyk фирмы BYK-Chemie для промышленных органоразбавляемых ЛКМ, относящиеся к катионным поверхностно-активным веществам. Японская фирма Kansai Paint предлагает свои новые диспергаторы для систем с высоким сухим остатком, фирма Nippon Paint — добавки на основе мочевин и уретанов. Для органоразбавляемых систем выпускаются добавки марок Lactimon (анионное поверхностно-активное вещество фирмы BYK-Chemie) и Centrol 3FDB (на основе соевого лецитина фирмы Wilson and Manfield). Диспергаторы для водоразбавляемых ЛКМ обычно основаны на полиакриловых производных. Они наиболее эффективны для строительных и промышленных водно-дисперсионных ЛКМ. На производстве таких диспергаторов специализируются японские фирмы Toyo, Nippon Shokutai, Dai Nippon и Kansai Paint. Голландской фирмой Efka разработаны высокомолекулярные диспергаторы (для органических и неорганических пигментов) на основе полиуретановых полимеров Efka-46, 4009, 48, модифицированных полиакрилатов «Efka-полимер» 400, 401, 450, 453, а также добавки, контролирующие флоккуляцию, обладающие одновременно смачивающими и диспергирующими свойствами Efka-44, 54, 65, 71. Фирма Rohm and Haas (США) производит полимерные диспергаторы-поликислоты (Orator 850 и 936), гидрофильные (Orator 1124) и гидрофобные сополимеры (Orator 165, 731 К, 681). Французская фирма Levallois-Paris Codex разработала специально для водных ЛКМ (латексных строительных красок, алкидных и полиэфирных промышленных и полиуретановых мебельных) смачиватель марки Synthropon-8907 WB. Представляют интерес полиакрилатные диспергирующие агенты Coated P 50 и BR-3 (Франция). Фирма Rhodia (Франция) выпускает водные акрилатные диспергаторы Rhodoline TM DP 226/35 и A 983 и на основе полиакрилатаммония — Rhodoline DP 1120. Фирма Henkel (Германия) предлагает новый вид диспергаторов для водных систем на основе моно-, ди- или триолеоалкиленоксидных блочных сополимеров марки Hydropolot. Кроме того, для водных красок на рынке ЛКМ имеются диспергаторы BYK 104S (органическое соединение с силиконом) и Duspex A 40 (полиакрилат аммония). Стоимость 1 кг диспергирующих добавок составляет 2,2–3,2 долл. Пеногасители Пенообразование имеет место и при производстве, и при нанесении ЛКМ, что вызывает появление дефектов покрытия и затрудняет технологические процессы. Особенно остро проблема пенообразования стоит для водно-дисперсионных красок, в которых их стабилизация поверхностно-активными веществами сопровождается одновременно и стабилизацией воздушных пузырьков, и образованием устойчивых пен. Действие пеногасителей обычно основано на понижении поверхностного натяжения в окрестности пузырьков, что приводит к их слиянию в более крупные и менее устойчивые пузырьки, которые затем разрушаются. Наиболее простые пеногасители — это раствор одного вещества, например, минерального масла. К ним относятся пеногасители Foamster NDW (фирмы Diamond) и Byk 031 (фирмы BYK- Chemie). Они предназначены в основном для ЛКМ, дающих полуматовые покрытия, и штукатурок. В ЛКМ для высококачественных покрытий используют силиконовые пеногасители, жидкости, содержащие полисилоксаны с исключительно низким поверхностным натяжением. Примерами таких пеногасителей могут служить L 409 и L 413 фирмы Drew Amerada (Нидерланды) и Efka-LP-7002. Третий тип антивспенивателей действует благодаря их несовместимости с пленкообразователем, вследствие чего образуются центры, с которых может начаться разрушение пузырьков, например, Perennial E-2 (фирма Henkel) для эпоксисистем. Для органоразбавляемых ЛКМ используют полимерные или силиконовые пеногасители, для водоразбавляемых предпочтительнее пеногасители на основе минеральных масел или силиконов. Антивспениватели поставляются в виде растворов, эмульсий и концентратов. Основными изготовителями пеногасителей являются фирмы BYK-Chemie, Efka, Dow Corning, Tego Chemie Service, Schwegmann, Rhodia. Цены на добавки колеблются от 4–4,5 дол/кг. Реологические добавки Реологические добавки — самый многочисленный класс добавок к ЛКМ. Их производством занято большое количество предприятий. Благодаря введению небольших количеств (не более 1%) реологических и тиксотропных добавок достигаются оптимальные значения вязкости и тиксотропности, исключается оседание пигментов при хранении, обеспечиваются хорошие розлив и укрывистость при нанесении, снижается образование натеков, а также улучшаются коррозионно-стойкие и декоративные свойства покрытия. Понятие «оптимальные» тиксотропные свойства ЛКМ означает относительно низкие значения вязкости при нанесении и увеличение вязкости после нанесения ЛКМ, что предотвращает образование дефектов растекания в покрытии и оседание пигмента. Для органоразбавляемых ЛКМ в качестве реологических добавок служат органоглины, органические производные касторового масла, производные полиолефинов и коллоидный кремнезем. Однако в последнее время эти соединения уступают свои позиции органическим титанитам, производным мочевины и полиуретанов и полиакриловым гель-сополимерам для ЛКМ с высоким сухим остатком, а также полиамидам для промышленных и строительных ЛКМ. В водоразбавляемых ЛКМ используются различные целлюлозы и полисахариды, щелоченабухаемые акрилаты, полиэфирполиуретаны. Современные модификаторы реологии для водных систем — это ассоциативные загустители. Они ассоциируются с частицами латекса во влажном лакокрасочном слое так, что в нем сохраняется случайное распределение латексных и других коллоидных частиц. Это дает гораздо большую возможность контроля реологических свойств. В последнее время наблюдается активное применение органоглин в качестве ассоциативных загустителей для водоразбавляемых ЛКМ. Фирма Rheon (США) выпускает большое количество реологических добавок. Это органические модификации слоистых силикатов «Бентоне» и «Бентоне SD», органические соединения «Тиксцин», «Тиксатроль» и М-П-А для органоразбавляемых систем; полиэфир-мочевинные полиуретаны на основе простых эфиров «Реолате» 255, 278, 205 и 208 и модифицированные слоистые силикаты «Бентоне LT и EW» — для водных систем и многие другие. Фирма Rohm and Haas предлагает для водоразбавляемых красок щелочерастворимые эмульсионные модификаторы реологии на основе акрилатов марок Akrysol ASE 60, ТТ-615, ТТ-935, RM-55, DR-72, DR-73 и неионные ассоциативные загустители — уретановые блок-сополимеры на основе этиленоксида марок Akrysol RM 8M, RM-825, RM-2020 и SCT-275. Фирма Rhodia выпускает акрилатные Rhodoline 5310 и 5320 и полиуретановые Rhodoline 5210 и 5230 загустители. Фирма Efka изготавливает реологические добавки на основе полисилоксана марок Efka 30–36, 83, 86, 88 и не содержащие силикона добавки Efka 772 и 777. Фирма Akzo Nobel выпускает, кроме целлюлозных, полиуретановые ассоциативные загустители Bermodol Pur для водоразбавляемых ЛКМ, пигментных паст и латексных красок. Ассоциативный загуститель на основе полиэфиро/мочевино/полиуретана марки Kreolate 288 разработан для водоразбавляемых ЛКМ, образующих покрытия по древесине и текстилю. Большой ассортимент реологических добавок для ЛКМ различных видов и применений производят также фирмы ICI, BYK-Chemie, Gray Valley, NL Chemicals, Degussa, Perchem Ltd и др. Один из дистрибьюторов на рынке промышленных химикатов — ЗАО «ИСР Кемикалс» (г. Санкт-Петербург) — предлагает французские загустители: полиакрилатные Coated Rheo 2000 и 3000; Viscoatex 46 и 730, полиуретановые Coatex BR 125 P и 5035 и Coapur 3025 и карбоксиметилцеллюлозные Finnfix BDA по цене от 3,35 до 6,14 дол/кг. Дилерская фирма «Химсервис» продает ассоциативные загустители «Полифоб 102», TR-116, TR-117 стоимостью 3,7–5,28 дол/кг. АОЗТ «Лакма-Имэкс» (Россия) предлагает загуститель для алкидов фирмы Schwegmann (Германия) по цене 11,5 дол/кг. Биоциды В неблагоприятных условиях в большинстве лакокрасочных покрытий строительного назначения может идти развитие плесени, вызывающей появление характерных пятен в местах соединения стен и потолка во влажных помещениях, а также с наружной стороны зданий. Погруженные в воду поверхности морских судов могут разрушаться под действием водорослей. Добавлением биоцидов в краски можно защитить покрытия от образования таких дефектов. Обычно их содержание не превышает 5%. Биоциды, применяемые для защиты покрытий, должны практически не растворяться в воде в отличие от хорошо растворимых в воде биоцидов, используемых в эмульсионных красках в качестве консервантов для хранения в таре. Высокоэффективными биоцидными добавками для судовых красок являются цинк- и медь-«о Мадинн», которые в сочетании с оксидом или тиоцианатом меди обеспечивают защиту от обрастания подводных частей судов. Эти добавки представляют уникальную альтернативу оловоорганическим биоцидам, являющимся экологически небезопасными. Европейский рынок биоцидов оценивается в 850 млн немецких марок. Его доля на мировом рынке составляет от 25 до 35%. В Европе имеется около 45 изготовителей биоцидов с долей на рынке не выше 15%. Основные фирмы-изготовители биоцидов: Bayer, DASF, Avecia, Rohm and Haas, Clariant. Наиболее известные выпускаемые биоциды: Acticide APA (Thor Chemicals, Великобритания), Parmetol A 23, DF-18, PF-95, DF-19, DF-27, HF-25 (Sterling Industrial), Nopcocide N 40 (Diamond), Mergal 588 (Hoechst (UK) Ltd.), Proxel (ICI, Великобритания), Irgarol (Ciba), «Скейн М-8» и «Розон 2000» (Rohm and Haas). Две последние марки имеют активные ингредиенты 2-н-октил-4-изотиазолин-3-OH и 4,5-дихлоро-2-н-октил-4-изотиазолин-3-OH. В настоящее время появился и отечественный продукт под маркой «Кортацид», позволяющий получать покрытия с хорошими свойствами. УФ- и светостабилизаторы Многие пигменты выцветают, а связующие разрушаются под воздействием облучений, особенно ультрафиолета. Защиту покрытия можно обеспечить с помощью добавки, поглощающей УФ-излучение или ее комбинации со светостабилизатором. УФ-поглотитель (около 1%) превращает вредное коротковолновое излучение в тепловую энергию, а светостабилизатор (стерически затрудненный амин) захватывает образующиеся свободные радикалы, являющиеся причиной деструкции пленки. Эта технология успешно используется в автомобилестроении. Такие УФ-поглотители для ЛКМ различных видов — от органоразбавляемых до порошковых — изготавливают фирмы Ciba (Tunuvin 900, 327, 328, 384, 928, 1130, 400, P) и Sandoz Products Ltd (Sanduvor 3206). Светостабилизаторы выпускают те же фирмы, их марки Tunuvin 901, 622, 770, 783, 123, 144, 292 и Sanduvor 3046. Стоимость 1 кг светостабилизатора около 40 немецких марок. Ингибиторы коррозии Известно много веществ, усиливающих противокоррозионные свойства обычных антикоррозионных пигментов. Например, производные таниновой кислоты Kelate (PRBSA, Бельгия), Albarex (Pluss Stouffer, Швейцария), цинковая соль органического азотистого соединения — Alcophor 827 (Henkel). Ferrophos рекомендуют для частичной замены цинковой пыли в грунтовках, обогащенных цинком. Такие ингибиторы, как нитрит и бензоат натрия, часто вводимые вместе в водные ЛКМ при концентрации около 1%, предотвращают коррозию металлической тары для красок. Эффективными ингибиторами коррозии данного типа являются также Ser-Ad FA 179 (Asbuk and Van Loo) и Borchicor Antirust D (Borchers AG, Германия). Для антикоррозионной защиты черных металлов с помощью водных ЛКМ обычно применяют такие же добавки, что и при защите металлической тары от коррозии, но при несколько большей концентрации (например, Prestantil-448). При использовании медных и латунных пигментов в водоразбавляемых печатных красках применяют низкомолекулярные ингибиторы коррозии на основе 2- (5-аминопентил) бензимидазола, 2- и 4-гидроксибензойной кислоты и 2- и 3-нитрофенола. В настоящее время реальной альтернативой многих традиционных ингибиторов являются чисто органические ингибиторы, в частности, на основе 2-меркаотобензотиазолил-янтарной кислоты и ее аминосолей. Они обеспечивают долговременную защиту, противодействуют нитевидной и подпленочной коррозии, образованию ржавчины на кромках, эффективны при использовании загрязненных подложек и экологически благоприятны. В лакокрасочной промышленности, кроме описанных выше, применяется еще большое количество других добавок, предназначенных для улучшения какого-либо конкретного параметра ЛКМ или покрытия. Это многофункциональные добавки, позволяющие улучшить ровность, скольжение, стойкость к царапанью покрытий, предотвратить кратерообразование и растекание. Примером таких добавок могут служить материалы фирмы Tego Chemie Service ряда Glide (100, ZG, 400, 406, 410, 411, 415, 420, 435, 440, 450, A 115, В 1484) и Flow (300, 425, ZFS 460) для водо- и органоразбавляемых и радиационно-отверждаемых систем. Существуют добавки, увеличивающие стойкость к мелению, царапанию, истиранию, промоторы адгезии, матирующие, отбеливающие и многие другие. Разработка и промышленное производство добавок за рубежом идет с некоторым опережением по сравнению с разработками других компонентов лакокрасочных систем, что свидетельствует о перспективности их развития. В. И. Яхонтова, ОАО «НПФ “Спектр ЛК”», г. Москва