Новые акриловые сополимеры для производства ЛКМ

Акриловые полимеры используют в различных отраслях промышленности, в частности в качестве пленкообразователей и загустителей при производстве лакокрасочной продукции. С момента их появления на лакокрасочном рынке состав и технологии синтеза акриловых полимеров постоянно совершенствуются в соответствии с современными требованиями и в настоящее время заменяют другие пленкообразователи, традиционно применяемые для производства ЛКМ. Акриловые сополимеры различного состава используют для получения экологически безопасных материалов.

Одной из крупнейших областей применения акриловых сополимеров, полученных полимеризацией в растворе, является производство органорастворимых ЛКМ. Кроме того, такие продукты используют для получения вторичных водоразбавляемых акриловых дисперсий и порошковых ЛКМ.

Когда органорастворимые термопластичные акриловые сополимеры начали применять для производства ЛКМ, на их основе получали материалы, высыхающие за счет физических процессов (испарения растворителей). Сейчас такие продукты применяют только в отдельных случаях. В настоящее время для получения высококачественных ЛКМ, как правило, используют органорастворимые сополимеры, образующее трехмерную структуру в процессе пленкообразования. При отверждении протекают главным образом реакция самосшивания метилолакриламидов и взаимодействие гидроксильных групп акрилового сополимера с аминными смолами или полиизоцианатами, содержащими свободные или блокированные изоцианатные группы.

Одним из основных путей снижения выделения летучих органических соединений (ЛОС) при нанесении ЛКМ является использование воды в качестве растворителя или диспергирующего агента. Существует лишь незначительное число пленкообразователей, растворимых в воде. Тем не менее, с помощью специальных преобразований практически все олигомеры можно перевести в водную фазу. Путем перевода акриловых полимеров в водную фазу получают вторичные акриловые дисперсии, называемые так потому, что их получение происходит в две стадии: полимеризации и получения водной дисперсии. Акриловые полимеры для вторичных дисперсий получают блочной, суспензионной полимеризацией или, чаще всего, полимеризацией в растворе.

Существуют два способа получения стабильных вторичных дисперсий:

• путем использования ПАВ (эмульгаторов);
• с применением полимеров, содержащих группы – носители ионов.

Акриловые смолы, полученные полимеризацией в растворе и используемые для производства вторичных дисперсий, имеют значительно более низкую молекулярную массу, чем смолы, полученные эмульсионной полимеризацией. Это является преимуществом при пленкообразовании за счет химического взаимодействия.

Вторичные водные дисперсии акриловых смол образуют ровную однородную блестящую пленку. Они устойчивы при хранении и механических воздействиях, образуют химически и атмосферостойкие покрытия.

В результате отгонки растворителей из растворов акриловых смол получают твердые смолы, применяемые в производстве порошковых ЛКМ, полностью удовлетворяющих требованиям по ограничению выделения ЛОС при производстве и нанесении.

Наиболее важным для применения в лакокрасочной промышленности типом акриловых полимеров являются первичные дисперсии. Первичные дисперсии акриловых сополимеров получают методом эмульсионной полимеризации. Процесс получения достаточно прост и относительно недорог.

Наиболее широко в лакокрасочной отрасли используют акриловые сополимеры (чистые акрилаты) и сополимеры эфиров (мет)акриловой кислоты со стиролом (стиролакрилаты).

Первичные дисперсии сополимеров являются термодинамически неустойчивыми системами. Они достигают кинетической стабильности при введении защитных коллоидных систем или водорастворимых мономеров, таких как (мет)акриловая кислота, акриламид или метакриламид.

Акриловые сополимеры используют для получения акрилэфирных преполимеров или олигомеров. Они, как правило, более высокомолекулярные и имеют более широкое молекулярно-массовое распределение, чем стехиометрические акрилаты и не могут быть описаны с помощью простой структурной формулы, а также их нельзя отнести к определенному типу смол по химической структуре основной полимерной цепи. Применяются четыре основных типа стандартных акриловых сополимеров с функциональными группами: эпоксиакрилаты, простые и сложные полиэфиракрилаты, полиуретанакрилаты.

Разработан ряд ненасыщенных соединений, которые применяют в составе радиационно-отверждаемых ЛКМ. Для этих целей предпочтительно используют акриловые мономеры.

Раньше для получения УФ–отверждаемых смол использовали ненасыщенные полиэфиры в сочетании со стиролом в качестве активного разбавителя. И хотя многие характеристики покрытий проще обеспечить в случае использования других пленкообразователей, ненасыщенные полиэфиры в течение длительного времени занимали большую долю рынка благодаря низкой стоимости. Замена нежелательного стирола акрилатами приводит к значительному удорожанию продукта.

Применяется ряд мономеров и смол, содержащих виниловые функциональные группы, например сложные и простые виниловые эфиры, N–виниламиды и винилстирол, винилтолуол.

Из сложных виниловых эфиров наиболее часто использовали винилацетат, но из-за низкой температуры кипения и вспышки его больше не используют в производстве радиационно-отверждаемых ЛКМ. Разработаны новые сложные виниловые эфиры, но из-за низкой реакционной способности и ограниченной доступности сырья они не используются широко в производстве радиационно-отверждаемых ЛКМ.

N–винилпирролидон в течение многих лет был одним из наиболее часто используемых активных разбавителей, но из-за его токсичности, запаха и высокой стоимости его использование в настоящее время существенно сократилось. Теперь N–винилпирролидон заменяют N–винилкапролактамом.

Возможность применения различных акриловых мономеров для синтеза сополимеров создает основу для разработки ЛКМ с разнообразными свойствами. Введение в молекулу полимера мономеров с разными физическими и химическими свойствами в различных пропорциях позволяет создавать сополимеры, отличающиеся молекулярной массой и структурой.