Новая гидрофобно-модифицированная акриловая технология
Реологические характеристики ЛКМ определяют многие важные технологические свойства материалов, такие, как легкость нанесения с помощью валика и распылителя, образование следов от кисти, а также текстуру и внешний вид отвержденного покрытия. Для контроля данных свойств в ЛКМ добавляют различные модификаторы реологии, чаще называемые загустителями.
В составе водно-дисперсионных (ВД) ЛКМ используют два основных типа модификаторов реологии: на основе эфиров целлюлозы и на основе акриловых полимеров. Модификаторы этих двух типов – водорастворимые полимеры с высокой молекулярной массой. Простые эфиры целлюлозы являются полисахаридами, этоксилированными для придания им водорастворимости. Наиболее часто применяют гидроксиэтилцеллюлозу (HEC). Акриловые полимеры представляют собой сополимеры акриловой кислоты и мономера эфира акриловой кислоты. При получении акриловых загустителей соотношение двух мономеров подбирается таким образом, чтобы полимер становился нерастворимым в воде при значениях pH < 7, но при этом растворялся в щелочной среде ВД-ЛКМ. Из-за этих характеристик данные продукты часто называют щелочерастворимыми эмульсиями (ASE). В отличие от эфиров целлюлозы, которые выпускают в виде порошков, требующих растворения, акриловые сополимеры производят в виде низковязких готовых к использованию водных эмульсий. Существует возможность дальнейшей модификации структуры каждого из этих типов загустителей путем введения гидрофобных групп, в результате чего были разработаны гидрофобно-модифицированная гидроксиэтилцеллюлоза (HMHEC) и гидрофобно-модифицированные щелочерастворимые эмульсии (HASE). Третий тип загустителей – гидрофобно-модифицированные полиуретаны на основе этиленоксида (HEUR) – также широко распространен, однако эти загустители придают композициям иные реологические характеристики, чем целлюлозные загустители, и поэтому в рамках данной статьи не рассматривается.
Несмотря на то что загустители этих двух типов различаются по химической структуре, механизм загущения у них одинаков. Таким образом, их можно использовать для придания ЛКМ схожих реологических характеристик. Подразделением Dow Coating Materials был разработан новый реологический модификатор ACRYSOL™ DR-110 на основе HASE. Новый продукт обладает всеми преимуществами загустителей этого типа, обеспечивая при этом реологические характеристики и эффективность, схожие с эфирами целлюлозы. В отличие от существующих акриловых реологических модификаторов, ACRYSOL™ DR-110 обеспечивает реологический профиль и сохранение вязкости материала при разбавлении, свойственные целлюлозным загустителям. Теперь этими полезными характеристиками может обладать эффективный стабильный акриловый загуститель, обеспечивающий такие преимущества при использовании, как жидкая форма продукта и биостабильность.
В составе водно-дисперсионных (ВД) ЛКМ используют два основных типа модификаторов реологии: на основе эфиров целлюлозы и на основе акриловых полимеров
Гидрофобно-модифицированные водорастворимые полимеры, такие, как HASE, HEUR и HMHEC, повышают вязкость ВД-ЛКМ по механизму «ассоциативного загущения»
Второй механизм, посредством которого возможно загущение ВД-ЛКМ, называется гидродинамическим объемным загущением, загущением объемным вытеснением, флокуляционным истощением или просто неассоциативным загущением. Для загущения по такому механизму можно использовать любые водорастворимые высокомолекулярные полимеры, в том числе ASE. Реологический профиль, формируемый по данному механизму, обусловлен не составом и структурой полимера, а является результатом его молекулярной динамики. Этим объясняется, почему два совершенно разных по составу загустителя (эфир целлюлозы и акриловый сополимер) могут формировать относительно похожие реологические профили.
Несмотря на то что два механизма загущения сильно отличаются друг от друга, можно реализовать их одновременно. Это возможно путем комбинирования загустителей, каждый из которых действует по своему механизму. Более того, есть полимеры, которые могут функционировать по обоим механизмам. В частности, поскольку загустители на основе HMHEC и HASE содержат высокомолекулярные полимеры с гидрофобными группами, каждый из них может изменять реологические характеристики ВД-ЛКМ по обоим механизмам одновременно.
Чтобы получить похожие реологические характеристики с помощью этих полимеров, различающихся по химической природе, необходимо сбалансировать эффекты двух механизмов загущения. При необходимости получить результат, соответствующий действию HEC, как правило, желательно использовать загуститель, действующий в основном по механизму неассоциативного загущения. Для загущения аналогичного действию (HMHEC) следует применять сочетание ассоциативного и неассоциативного механизмов загущения. Поэтому основной стратегией при разработке реологического модификатора ACRYSOL™ DR-110, обеспечивающего такие же реологические характеристики, как HMHEC и HEC, являлся поиск оптимального баланса двух механизмов. Данный подход успешно реализован, что подтверждается формированием с помощью трех загустителей очень похожих реологических профилей винил-акриловой матовой ВД-краски.
Близкое расположение реологических кривых данных образцов краски говорит о том, что они будут обладать схожими технологическими характеристиками: легкость нанесения кистью или валиком, устойчивость к образованию потеков и растекаемость (оставление следов от кисти).
Несмотря на то что и целлюлозные, и акриловые загустители достаточно эффективны и обычно применяются в количестве не более 1 % (по массе) от общей рецептуры, различие в эффективности может привести к существенным отличиям в затратах на использование.
Dan Saucy, Pol Storme, Dow Coating Materials
