Получение и стабилизация совмещенных алкидно-акриловых дисперсий и разработка лакокрасочных материалов на их основе тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.06 ВАК РФ

Введение

1. Литературный обзор

1.1 Лакокрасочные материалы на основе водных дисперсий полимеров и олигомеров.

1.2 Получение дисперсий полимеров и олигомеров и их стабилизация.

2. Объекты и методы исследования

2.1. Объекты исследования

2.2. Методы исследования

3. Обоснование типа алкидного олигомера для эмульгирования и метода его синтеза

4. Влияния дисперсного состава алкидно-акриловых композиций на их стабильность

5. Влияние условий получения на свойства эмульсии алкидного олигомера

5.1 Влияние ПАВ, температуры и растворителей на свойства эмульсий алкидного олигомера

5.2Влияние гидродинамических условий и продолжительности эмульгирования на свойства эмульсий алкидных олигомеров

6. Исследование физико-химических свойств совмещенных алкидно-акриловых дисперсий

6.1 Исследование электрокинетических свойств совмещенных алкидно-акридовых дисперсий

6.2 Исследование оптических свойств пленок, сформированных из дисперсий.

6.3 Зависимость реологических свойств дисперсий от рН.

7. Водно-дисперсионные лакокрасочные материалы на 109-121 основе алкидно-акриловых композиций.

Выводы 122

Высокомолекулярные соединения в виде их водных дисперсий находят все более и более широкое применение в технологии лакокрасочных материалов (ЛКМ) различного назначения, что вызвано, прежде всего, ужесточением требований по охране окружающей среды.

Анализ современного ассортимента лакокрасочной продукции показывает, что традиционные органорастворимые лакокрасочные материалы, оказывающие вредное воздействие на человека и загрязняющие атмосферу, постепенно заменяются на прогрессивные, не содержащие органических растворителей или содержащие их в ограниченном количестве. К ним относятся водоразбавляемые, водно-дисперсионные и порошковые ЛКМ, безрастворительные системы, в том числе отверждае-мые УФ-излучением и ускоренными электронами, а также ЖМ с высоким сухим остатком.

Использование материалов на основе водных дисперсий полимеров имеет ряд преимуществ по сравнению с другими видами прогрессивных ЛКМ, отвечающих экологическим требованиям. Это, прежде всего, - возможность наносить и отверждать материалы с использованием существующих технологических линий при минимальных изменениях их конструкций или совсем без них; снижение или полное исключение использования органических растворителей, уменьшение пожаро-опасности и др.

Актуальной задачей является расширение ассортимента пленкообразующих дисперсий высокомолекулярных соединений с целью получения ЛКМ на их основе с более широким спектром свойств для различных областей использования. Одним из наиболее эффективных и технически простых способов расширения марочного ассортимента материалов является метод коллоидно-химической модификации дисперсий высокомолекулярных соединений, в частности получением смешанных дисперсий полимеров и олигомеров различных типов.

Целенаправленное регулирование свойств материалов на основе дисперсий акриловых полимеров и сополимеров возможно за счет совмещения их с эмульсиями алкидных олигомеров. Это позволяет значительно улучшить адгезию к мелящим и ранее окрашенным поверхностям, пропитывающую способность, повысить стойкость к воздействию загрязняющих веществ, улучшить водостойкость покрытия. При этом эксплуатационные свойства, обусловленные наличием в составе материала акриловых полимеров, такие как быстрое время отверждения и твердость покрытия, а также стойкость к ультрафиолетовому облучению остаются.

Основные задачи, которые необходимо решить при коллоидно-химической модификации дисперсий, связаны с обеспечением агрега-тивной устойчивости композиций и оптимизацией их пленкообразующих свойств.

Целью данной работы явилось установление физико-химических условий получения устойчивых совмещенных алкидно-акриловых дисперсий, исследование их свойств и разработка водно-дисперсионных лакокрасочных материалов на их основе.

Для решения поставленной задачи необходимо изучить влияние дисперсного состава алкидных эмульсий и акриловых дисперсий на аг-регативную устойчивость смешанной олигомерно-полимерной системы; определить физико-химические условия получения кинетически и агре-гативно-устойчивых эмульсий алкидных олигомеров; изучить электрокинетические свойства дисперсий олигомеров и полимеров и определить зоны их несовместимости, установить связь электрокинетических 6 свойств дисперсных систем с их реологическими свойствами и оптическими свойствами, сформированных из них покрытий.

1. Литературный обзор

Выводы:

1. Методом рассеяния поляризованного света установлено, что агрега-тивнаа устойчивость ультрагетерогенных систем, являющихся композициями акриловых дисперсий и эмульсий алкидных олигомеров зависит как от их соотношения, так и их дисперсного состава. Определено, что в процессе гетерокоагуляции дисперсий наблюдается перенос

• массы полимерных частиц высокодисперсной системы на частицы системы с меньшей дисперсность, что и определяет конечное распределение. Показана необходимость использования для совмещения систем близких по дисперсному составу.

2. В результате исследования электрокинетических свойств установлены зоны несовместимости дисперсий, характеризующиеся противоположными знаками электрокинетического потенциала. Показано, что значение электрокинетического потенциала для дисперсии сополимера бутилакрилата и метиметакрилата определяется наличием анионак-тивного ПАВ, а для дисперсии сополимера бутилакрилата и винилаце-тата и алкидных эмульсий диссоциацией карбоксильных групп в мицеллах полимера или олигомера.

3. Установлено, что максимальная оптическая плотность пленок, сформированных из смешанных дисперсий, вызванная наличием микроне-однородностей, соответствует зоне их несовместимости. Рост микро-неоднородностей пленок вызывается также снижением С-потенциала.

4. Показано, что эмульгирующая способность алкилфенолэтоксилатов в отношении алкидного олигомера возрастает до температуры помутнения ПАВ с дальнейшим обращением эмульсии. Оптимальная температура эмульгирования возрастает с ростом степени этоксилирования ПАВ. Показана возможность и целесообразность введения ПАВ в алкидный олигомер как для повышения дисперсности эмульсии, так и для получения эмульсий второго рода с последующей температурной или концентрационной инверсией.

5. Установлена зависимость реологических свойств эмульсий от вязкости алкидного олигомера, состава и рН дисперсионной среды, на основании чего выбран состав дисперсной фазы и дисперсионной среды для получения смешанных дисперсий.

6. Установлена зависимость дисперсности эмульсии алкидного олигомера от его реологических свойств и выбраны оптимальные физико-химические и гидродинамические условия получения устойчивых ал-кидных эмульсий необходимого дисперсионного состава. Разработаны технические условия и регламент на изготовление эмульсий и реализовано их серийное производство.

7. Разработан прибор для определения минимальной температуры плен-кообразования, позволяющий существенно уменьшить влияние факторов, искажающих "температурную шкалу" прибора. В результате проведенных на нем исследований выбраны коалесцирующие добавки, активно влияющие на минимальную температуру штенкообразования дисперсий при их минимачьном содержании.

8. Разработан ряд водно-дисперсионных лакокрасочных материалов на основе смешанных дисперсий, характеризующихся улучшенной адгезией к мелящим поверхностям, а также к поверхностям ранее окрашенным масляными красками, уменьшенной смываемостью покрытия, повышенной стойкостью к воздействию загрязняющих веществ, улучшенной водостойкостью по сравнению с материалами на основе водных дисперсий полимеров и реализовано их серийное производство.

1. Верхолаицев В.В. Водные краски на основе синтетических полимеров. Л.: Химия. 1968. 200с.

2. Waterborne industrial wood coating.//Polym. Paint Colour J. 1997. V.187. №4399. P.20-21.3. Патент 2102425 (Россия).4. Патент 2073047 (Россия).5. Патент 5641829 (США).

3. Киреева В.Г. // ЛКМ и их применение. 1984. № 1. С.67.7. Патент 2070906 (Россия).8. Патент 2070896 (Россия).9. Патент 2099376 (Россия).

4. Самородов В.Т. и др. // ЛКМ и их применение. 1991. № 3. С. 16. П.Толмачев И.А., Плюснина А.И. // ЛКМ и их применение. 1990. № 3.1. С.3-15.12.Патент 4504609 (США).

5. Верхоланцев В.В., Толмачев И.А. // ЛКМ и их применение,- 1991. №3. С.9-10.14.Патент 4341682 ( США ).15.А.С.594151 (СССР).16.А.С. 493480 (СССР).

6. П.Лазарев С.Я., Левеча Н.Ф. // Сб. трудов VI Всесоюзной латексной конференции "Синтетические и искусственные латексы. Получение и модификация". М. : ЦНИИЭНефтехим, 1982. С. 44-50.

7. Saunders F.S., Sanades J. W. HL Colloid. Sei. 1956. V.ll. № 314. P.260-265.

8. Жаркова Н.Г.и др. // ЛКМ и их применение. 1974. № 3. С.20-21.

9. Миниотас Ю., Пуоджюкинас Р. // Материалы IX Республ. конф. по вопросам исследования и применения полимерных материалов. Вильнюс: Изд-во ин-та химии и хим. технологии АН Лит.ССР. 1968.1. С.129-133.21.Патент 4170580 (США).

10. Патент 3962167(США). 23 .Патент 4288351 (США).24.Патент 4233197 (США).25. Патент 151456 (Германия).

11. ЗЗ.Оникул К.Э. и др. // Водно-дисперсионные лакокрасочные материалы. Тез. докл. Всесоюзного коордиционного совещания. Черкассы.: ОНИИТЭХИМ. 1981. С.8-9.34.Патент 02914527 (ЕПВ).35.Патент 82150 (ПНР).

12. Патент 82-104848 (Япония).

13. Патент 57-109848 (Япония).38.Патент 4293471 США.

14. Abdel-Mohsen F.F., Abdel-Hamed El-Zayat S. // J. Oil and Colour Chem. Assoc. 1992. V.75. № 9. P.349-368.

15. Emmerling Y.// J. Offic.Digest. 1953. № 546. P.804-809.41 .Bakule R.D., DeldonnoT.A. // J .Water Born. Coat. 1984. V.7. №1. P.2-9.

16. Верхоланцев В .В., Федорова M.JI. // JIKM и их применение. 1988. № 3. C.20-23.

17. Федорова M.JI., Верхоланцев B.B. // ЖМ и их применение. 1989. № 5. С.21-25.

18. Верхоланцев В.В., Федорова M.JI. // JIKM и их применение. 1989.2. С.42-45.

19. Hofland A. //Polym. Paint. Col .J. 1994. V.184. № 4350. P. 261-263.

20. Hofland A. //. Proc. XXI Fatipec Congress. Amsterdam.: 1992. V.2. P.207-214.

21. Technical Bulletina of DSM Resins BV. 1995. P.531-567.

22. Hofland A. //Polym. Paint. Col. J. 1994. V.184. № 4353. P.351-354.

23. Rodsrud By G., Sutcliffe J. // Surface Coatings International. 1994. №1. P.7-16.

24. Fjeldberg T. // J. Oil and Colour Chem. Assoc. 1987. V.70. № 10. P.278-285.51.0stberg G., Bergenstahl В., Sorenssen K. //J.Coat.Technol. 1992. V.64. № 33. P.37-46.

25. Beetsma J. and Hofland A. // Surface Coatings International. 1998. № 10.1. P.491-494.

26. Emulgierbare Alkydhaze als Teilersatz fur Vinilpolymere.// Farbe und Lack. 1974. Bd.80. H.5. S.476-477.

27. Alkyd resin emulsions for thinnable paints. // J. Oil and Colour Chem. Assoc. 1992. V.-75. № 6. P.208.

28. Water dispersible alkyd for emulsions paints. // Pigm.and Resin. Technol. 1977. V.6. № 5. P.15-16.

29. Верхоланцев B.B., Калаус Э.Э., Рыжов B.A. // Журнал ВХО им. Д.И. Менделеева. 1988. № 1. С. 40-47.

30. Крылова И.А., Абрамян Р.К. // Журнал ВХО им. Д.И. Менделеева. 1988. №1. С. 47-54.

31. Кузьмичев В.И., Абрамян Р.К., Чагин М.П. Водорастворимые пленко-образователи и лакокрасочные материалы на их основе. М.:Химия, 1986. 195 с.

32. Schulze Е. // Polym. Paint. Col .J. 1985. V.175. № 4353. P. 413.

33. Zuckert В and Bieman H. // Farg och Lack Scandinavia. 1993. № 2. P.29.

34. Zimmermann R. // Proc. VII th Int. Conf. on Organic. Coating. Science and Technology. Athens.: 1981. P.359-360.

35. Филиппычев Г.Ф., Чагин М.П. // ЖМ их применение. 1964. № 6. С.7.

36. Толмачев И. А., Верхоланцев В.В. Новые водно дисперсионные краски. Л.: Химия. 1979. 200с.64.Патент 369775 (Австрия).65.Патент 372097 (Австрия).66.Патент 365216 (Австрия).67.Патент 374207 (Австрия).68.Патент 377990 (Австрия).69.Патент 365215 (Австрия).

37. Ciceron P. // Service Lecteur. 1994. № 59. P.l 15-120.

38. Верхоланцев В.В., Швайковская И.В. // ЖМ и их применение. 1984. №5. С.42-43.

39. Швайковская И.В., Верхоланцев В.В. // ЖМ и их применение. 1984. №4. С.10-12.

40. Salager J.L. // Encyclopedia of Emulsions Technology. (Becher P., ed.).

41. New York: Dekker. 1988. V.3. 335 p. 7S.Shmoda K. and Saito H. // J. Colloid Interface Sei. 1969. № 30. P.258-262.79,Ostberg G., Bergenstahl B. // J. Coat. Technol. 1995, v. 68. № 858. P.39-45.

42. Wegmann A. // J. Coat.Teclinol.- 1995, v. 65, №857. P.27. 81 .Tadros T.F. and Vincent B. // Encyclopedia of Emulsions Technology. (Becher P., ed.). New York : Dekker. 1983. V.l. 415 p.

43. Souheng W. // Polym. Eng. Sei. 1987. № 27. P.335.

44. Эмульсии. Под ред. Шерман Ф. Пер. с англ. под ред. Абрамзона

45. A.A. Л.: Химия, 1972. 448 с. 84.Чернов И.Г. Изучение механизма диспергирования и некоторых свойств водных дисперсий жесткоцепных мономеров: Автореф. Дис.канд.хим.наук. М.: ГИПИЖП, 1972. 21с.

46. Wu S. // Polym. Eng. Sei. 1986. V.27. № 5. P.335.

47. Верхоланцев B.B., Швайковская И.В. // ЛКМ и их применение. 1985. № 5. С.16-17.

48. Верхоланцев В.В., Швайковская И.В. // Колл.ж. 1987. Т. 49. С.1178-1179.

49. Поверхностно-активные вещества. Под ред. Абрамзона A.A. Л.: Химия. 1984. 376 с.

50. Крыжановская Г.Б. Факторы, определяющие обращение фаз в эмульсиях: Автореф.дис.канд.хим.наук. Л.: Ленин.ин-т текстил. и легкой пром-ти им. С.М.Кирова, 1974. 30с.

51. VerkliolantseV V.V. // J. Coat. Technol. 1996. V.68, № 853. P.49-57.

52. Bancroft W.D.7/ J. Phys. Chem. 1913. V.17. № 501. P.311-317.

53. Griffin W.C. // J. Soc. Cosmet. Chem. 1949. №.1. P.309-312.93 .Davis J.T. .// Proceedings International Congress of Surface Active Agent. Part 1. London: Butterworths. 1957. P.426.

54. Абрамзон A.A. Поверхностно-активные вещества. Л.: Химия. 1984. 334 с.

55. Тихомиров В.К. Пены. М.: Химия, 1984. 414 с.

56. Davis H T. // Physicochem. Eng. Aspects. 1994. V. 91. P.9-10.

57. Verkholantsev V.V.// E. C. J. 1997. № 6. P.614-622.

58. Верхоланцев B.B. //ЛКМи их применение. 1998. № 6. С.11-33.

59. Verkholantsev V.V. // Е. С. J. 1996. № 5. Р.286-293. ЮО.Ребиндер П.А. Избранные труды. Т.1. М.: Наука, 1978. 413с. 101.Verkliolantsev V.V. // Е. С. J. 1997. № 4. Р.379-384.

60. Sato Т. //J. Coat. Technol. 1993. V.65. № 825. P.l 13-121.

61. Albers W. and Overbeek J.T. //J. Colloid Sei. 1959. v.14. № 501. P.286-290.

62. Albers W. and Overbeek J.T. // J. Colloid Sei. 1960. v. 15, №489. P.186-190.

63. SternO. HZ: Elektrocliem. 1924. №30. P.508-509.

64. Gouy G. // Ann. Phys. 1917. №7. P.129-130.

65. Chapman D.L. // Philos. Mag .1913. № 25. P.474-479.

66. Кройт Г.Р. Наука о коллоидах. Т.1. Необратимые системы. M.: Изд-во иностр. лит. 1986. 538 с.

67. Ю9.Воюцкий С.С. // Колл.ж. 1961. Т.23. С.353-358. ИО.Ребиндер H.A., Таубман А.Б. // Колл.ж. 1961. Т.23. С.359-361.

68. ДерягинБ.В. //Колл.ж. 1961. Т.23. С.361-362.

69. Blackley D.C. High Polymer Latices.: London, New York. 1966. 856p.

70. Нейман Р.Э. Коагуляция синтетических латексов. Воронеж, 1967. 187с.

71. Лебедев A.B. Коллоидная химия латексов. Л.: Химия, 1976. 100с.

72. Фролов Ю Г. Курс коллоидной химии. М.: Химия, 1988. 464с. Пб.Зонтаг Г., Штернге К. Коагуляция и устойчивость дисперсных систем. Л.: Химия, 1973. 152 с.

73. Tadros F.Т. and Vincent В. // Encyclopedia of Emulssion Technology.( Becher P.,ed.). New York: Marsel Dekker Inc. 1990. V.2. 516 p.

74. Фридрихсберг Д.А. Курс коллоидной химии. Л.: Химия, 1984. 368 с.

75. Иоффе Б.В., Костиков P.P., Разин В.В.Физические методы определения строения органических молекул. Л.: ЛГУ, 1976. 342с.

76. Карм кипа М.И. Испытание лакокрасочных материалов и покрытий. М.: Химия, 1988. 272с.

77. Перри С., Амос Р., Брюер П. Практическое руководство по жидкостной хроматографии. Пер. с анг. под ред. Чмутова K.B. М.: Мир, 1974. 260 с.

78. Верхоланцев В.В. // ЖМ и их применение. 1970. № 3. С.48-49.

79. Минцер И. // ЛКМ и их применение,- 1964. № 4. С.8-15.

80. Ш.Егоренков Н.И. и др. // ЛКМи их применение. 1975. № 5. С.ЗЗ.

81. Верхоланцев В.В., Гончаров С.Н. // Лакокрасочные материалы и их применение. 1978. № 2. С.58-59.

82. Куликова O.A., Чехов Е.Е., Манеров В.Б. // ЖМ и их применение. 1998. №4. С.24-25.

83. Абрамзон A.A. Поверхностно-активные вещества. Свойства и применение. Л.: Химия, 1975. 246 с.

84. Булатов М.И.Калинкин И.П. Практическое руководство по фотоколористическим и спектрофотометрическим методам анализа. Л.: Химия, 1972. 408 с.

85. Практикум по коллоидной химии. Под ред. Неймана Р.Э. М.: Высшая школа, 1972. 175 с.

86. Поверхностные явления и поверхностно-активные вещества. Под ред. Абрамзона A.A. и. Щукина Е.Д. Л.: Химия, 1984. 392 с.131.3имон А.Д. Адгезия жидкости и смачивание. М.: Химия, 1974. 413 с.

87. Сумм Д.И., Горюнов Ю.В. Физико-химические основы смачивания и растекания. Л.: Химия, 1976. 392 с.

88. Григоров О.Н., Карпова И.Ф., Козьмина З.П. и др. Руководство к практическим работам по коллоидной химии. Л.: Химия, 1964. 173 с.

89. Adams R.S. // ЖМ и их применение. 1997, №7-8. С.30-31.

90. Алкидные смолы на основе изофталевой кислоты фирмы Амосо. // ЖМ и их применение. 1997. №4. С.12-13.

91. Швайковская И.В. Пленкообразующие водные эмульсии алкидных олигомеров.: Автореф.дис.канд.хим.наук- М.: ГИЛИ ЛКП, 1985. 20с.

92. Чехов Е.Е., Куликова O.A., Каверинский B.C. // ЛКМ и их применение. 1998, №5. С.3-5.flpyj?oj%eHL/e 2.1. T II irrT x i L- i-J