Водоэмульсионная краска – это пленкообразующий материал на водной основе с эмульсией полимерных составляющих – поливинилацетата, стирол-бутадиена, полиакрилата и других. Отличается прекрасными эксплуатационными свойствами, экологичностью и пожаробезопасностью.
Водоэмульсионные (водно-дисперсионные) плёнкообразователи
Эмульсия – двухфазная система несмешивающихся жидкостей, одна из которых непрерывная, а вторая образует дисперсную фазу в виде мелких включений. Является разновидностью дисперсий.
Полимерные дисперсии подразделяются:
- первичные или синтетические;
- вторичные или искусственные.
Первые получают путём полимеризации мономеров непосредственно в жидкости. Вторые – диспергированием готового полимера в жидкую фазу. В зависимости от агрегатного состояния готового полимера, синтетические дисперсии подразделяются:
- эмульсии;
- суспензии.
Эмульсии образуются при использовании готового полимера в жидком состоянии или в виде раствора плёнкообразователя в органическом растворителе. Суспензии образуются при использовании твёрдых олигомеров, полимеров или готовых порошковых красок; имеют ограниченное применение.
Эмульсионная полимеризация используется в химической промышленности, в том числе для получения эмульсионных полимеров, например, синтетических каучуков и поливинилхлорида. Может быть как водной, так и неводной. В свою очередь мономеры могут быть как «твёрдыми» (винилацетат, метилметакрилат) или «мягкими» (бутилакрилат), так и газообразными (этилен, винилиденхлорид). На условно «твердые» и «мягкие» полимеры подразделяются исходя из механических характеристик получаемой плёнки. Эмульсионная полимеризация широко применяется в лакокрасочном производстве.
Как формируются покрытия на основе водных дисперсий
Пример водной дисперсии
Пленка из водной эмульсии образуется путём её коагуляции на окрашиваемой поверхности в результате удаления воды из достаточно тонкого слоя эмульсии. С повышением объёмного содержания дисперсной фазы в процессе исчезновения воды образуется гелеобразная структура, при этом глобулы «укладываются» в наиболее компактные структуры. В дальнейшем глобулы сближаются с соответствующей деформацией и увеличением межфазных границ. Под микроскопом получаемая структура напоминает пчелиные соты.
Завершается плёнкообразование исчезновением физических границ между частями полимерных составляющих за счет диффузии через межглобулярное пространство макромолекулярных сегментов, что происходит только при сегментальной подвижности молекул. Обычно эта подвижность обеспечивается при температуре выше температуры стеклования полимера. Если это условие не выполняется для стандартных условий, сегментальная подвижность полимерных частиц повышается с помощью разнообразных добавок растворителей (коалесцентов), пластификаторов и смягчителей.
Способность водных эмульсий образовывать плёнку характеризуется минимальной температурой плёнкообразования (МТП), которая для большинства водно-дисперсионных материалов составляет не менее 5 °C.
Реологические свойства
Вязкость дисперсионной среды настолько низка, что реологические свойства эмульсионных красок зависит не столько от вида и свойств полимерной составляющей, сколько от её концентрации.
В значительной степени на реологические свойства оказывают размеры частиц полимерной составляющей. Гелеобразная структура с частичками малых размеров имеет низкую вязкость при сдвиге и высокую тиксотропность, соответственно, краска хорошо наноситься, но от кисти остаются следы из-за плохой растекаемости. Эмульсии с крупными частицами образуют слишком жидкие краски, склонные к образованию подтёков.
В целом же вязкость краски зависит от водной среды и легко регулируется водорастворимыми загустителями. Размер и форма пигментов и наполнителей влияют на текучесть в меньшей мере.
Водоэмульсионная краска: состав, виды сополимеров
Виды водоэмульсионных красок
Основные компоненты водно-дисперсионных лакокрасочных материалов:
- плёнкообразователи;
- пигменты;
- наполнители;
- добавки функциональные:
- смачивающие вещества (ПАВ);
- стабилизаторы пигментов;
- пластификаторы и коалесцирующие растворители;
- регуляторы кислотности, добавки буферные;
- пеногасители;
- стабилизаторы при размораживании/замораживании.
Поверхностно-активные вещества обеспечивают:
- условия для полимеризации мономеров;
- стабилизацию образующихся частиц полимеров.
В эмульсионной полимеризации обычно используются анионные и неионные ПАВ. В процессе формирования покрытия возможно препятствование ПАВ коалесценции полимерных частиц.
Коалесцирующие добавки и пластификаторы, обеспечивают подвижность молекул в процессе плёнкообразования. В отличие от пластификаторов, коалесцирующие добавки испаряется из плёнки во время её формирования и начального периода эксплуатации, не влияя на физико-механические свойства покрытия. На практике пластификаторы и коалесцирующие добавки используются совместно.
Несмотря на то, что дисперсии можно получать практически из любых полимерных материалов, в лакокрасочной промышленности в основном используются:
- поливинилацетат и его сополимеры;
- стирольно-бутадиеновые сополимеры;
- акриловые сополимеры.
Поливинилацетатные эмульсии
Первыми начали использовать в лакокрасочной промышленности. При комнатной температуре поливинилацетат является достаточно «твердым» полимером. Необходимую гибкость плёнки обеспечивает пластифицирование:
- внешнее — растворяющими пластификаторами.
- внутреннее — сополимеризацией.
Использование растворяющих пластификаторов экономически невыгодно, получаемые плёнки недостаточно стабильны, большая часть растворителей теряется при эксплуатации плёнки. Повышение эксплуатационных свойств получаемой плёнки за счёт использования комплексных смесей нескольких пластификаторов неэффективно.
Для получения сополимеров используются преимущественно эфиры акриловой, фумаровой и малеиновой кислот, а так же высшие виниловые эфиры. Сополимеризация повышает степень дисперсности полимеров, что уменьшает водопоглощение плёнки, уменьшается склонность к миграции органических пигментов, повышается возможность увеличения содержания этих пигментов в краске.
Стирольно-бутадиеновые сополимеры
Приобрели известность во время второй мировой войны в качестве синтетического каучука, обладают эластичностью и липкостью, характерной для эластомеров. Для повышения твёрдости и стойкости плёнки повышают содержание стирола в сополимере до 50…60%.
Стирольно-бутадиеновые сополимеры хуже поддаются эмульгации, уступают по долговечности и атмосферостойкости поливинилацетату и полиакрилатам, используются исключительно внутри помещений.
Акриловая водоэмульсионная краска
Технические характеристики водоэмульсионных красок
Высокая цена акриловых мономеров обусловлена значительными затратами на производство и ограничивает массовое использование акриловых лакокрасочных материалов. По возможности получения высококачественных покрытий акриловые сополимеры
превосходят поливинилацетатные и стирольно-бутадионовые. Плёнки на основе полиакрилатов обладают высокой атмосферостойкостью, хорошей водостойкостью, устойчивы к ультрафиолетовому излучению. Лёгкость сополимеризации акриловых мономеров с различными видами мономеров и полимеров обуславливает широкие возможности регулирования технологических, эксплуатационных и специальных свойств получаемой плёнки. Чаще всего используется сополимеризация со стиролом.
Типичным представителем качественной акриловой водоэмульсионной краски является «ВЭАК 1180». Отличается высокими технологическими и эксплуатационными свойствами. Может использоваться как для наружных, так и для внутренних работ. Легко поддается колеровке. Наноситься кистью, валиком или краскопультом.
Водоэмульсионная краска: применение, технические характеристики
По области применения подразделяют:
- Грунты.
- Фасадные.
- Для внутренних работ.
- Специальные.
Грунты используются для укрепления подложки, выравнивания её дефектов и повышения адгезии окрашиваемой поверхности. Защищают покрытия от воздействия агрессивных компонентов цементной подложки, особенно недавно изготовленной. Могут быть как пигментированные, так и непигментированные. Грунты должны обладать следующими техническими характеристиками:
- хорошая проникающая способность;
- образование плёнки с допустимыми прочностными свойствами;
- способность обеспечить отличную адгезию;
- сопротивляемость к гидролизу и электролитическим процессам;
- стойкость к воздействию воды.
Фасадные водоэмульсионные лакокрасочные материалы должны быть устойчивы к:
- перепадам температуры;
- ультрафиолетовому излучению;
- влиянию воды и химических веществ, содержащихся в атмосфере;
- истиранию;
- воздействию микроорганизмов (плесени, лишайников и водорослей).
Фасадные покрытия должны обладать стабильностью при эксплуатации, низким водопоглощением при хорошей паропроницаемости. В фасадных красках используются стойкие к солнечному излучению пигменты и наполнители. При этом атмосферостойкость покрытия может в большей степени зависеть от качества пигмента, чем от типа дисперсии.
Водоэмульсионная краска для внутренних работ
Водоэмульсионная краска для внутренних работ
Более мягкие условия эксплуатации лакокрасочных материалов для внутренних работ позволяют использовать в качестве плёнкообразователей сополимеры различных типов, в том числе стиролакриловые, винилацетатные, поливинилацетатные и полиэтилена высокого давления. К покрытиям нет серьёзных требований по водостойкости. Использование красок с низким содержанием сополимеров и высоким содержанием наполнителей позволяет оптимизировать соотношение «цена – качество».
Покрытия для внутренних работ характеризуются следующими свойствами:
- хорошей укрывистостью;
- легкость покраски, отсутствие дефектов;
- использование как для стен, так и для потолка;
- пластичность, стойкость к трещинообразованию;
- хорошая совместимость с колеровочными пастами;
- устойчивость к чистке щеткой и смыванию.
Специальные водоэмульсионные лакокрасочные материалы используются для получения огнестойких покрытий, для ванных комнат или пола, для окрашивания металла, обоев и других материалов.
Достоинства и недостатки
Преимущества водоэмульсионных лакокрасочных материалов:
- высокие эксплуатационные свойства покрытия;
- хорошее сцепление с окрашиваемой поверхностью;
- экономный расход;
- возможность окраски влажных поверхностей или при повышенной влажности воздуха;
- экономия на безвозвратно теряемых органических растворителях;
- безвредность использования;
- пожаробезопасность;
- технологичность нанесения покрытия;
- незначительное время высыхания;
- получение различного цвета своими руками с использованием колера;
- легкость ухода за рабочим инструментом.
Недостатки:
- низкая морозостойкость ограничивает использование в холодное время года.
Производство водоэмульсионной краски
Широкий спектр водоэмульсионных материалов дает возможность подобрать тип покрытия практически для любых условий использования, сохраняя свои преимущества экологичности и пожаробезопасности. Поэтому данное направление в лакокрасочной промышленности является наиболее перспективным и постепенно вытесняет другие типы лаков и красок.