Использование новых акрил-минеральных гибридных связующих

В большинстве стран окраска и декорирование фасадов зданий требует значительных затрат времени и денежных средств. Поэтому домовладельцы заинтересованы в увеличении межремонтного периода. Кроме того, производители и потребители ЛКМ все чаще получают информацию об ограничениях в поставках сырья, а также о необходимости использовать более эффективные материалы. В настоящее время созданы высококачественные и долговечные покрытия для каменной и кирпичной кладки. Но специалисты отрасли продолжают разрабатывать новые материалы и технологии, которые позволят продлить срок службы фасадных покрытий, особенно в районах со сложными климатическими условиями, а также подверженных промышленному загрязнению.

Подразделение Dow Coating Materials накопило многолетний опыт определения долговечности покрытий в ходе натурных испытаний на климатических станциях, расположенных в разных странах мира. В последние годы наши усилия были сосредоточены на исследовании нового класса акрил-минеральных «гибридных» связующих, применение которые улучшает эксплуатационные характеристики наружных покрытий, особенно их грязеудержание и сохранность цвета. Разработанные инновационные технологии позволяют получать покрытия с длительным сроком службы и улучшенным комплексом свойств.

Верхнее прозрачное покрытие для увеличения срока службы

Очевидно, что нанесение дополнительного слоя прозрачного полимера на минеральное основание будет обеспечивать его повышенную защиту. В частности, в автомобильной промышленности такой подход практикуется в течение многих лет. Задача состояла в разработке оптимального состава с низким содержанием летучих органических соединений (ЛОС). Кроме того, прозрачное покрытие не должно быть глянцевым, не липким на ощупь и легко наноситься с помощью валика или методом распыления.

Специалисты подразделения Dow Coating Materials недавно создали продукт DIRTSHIELD™ SL-200 – новое акрил-минеральное «гибридное» связующее, предназначенное для получения матовых верхних покрытий. Нанесение таких составов на наружные конструкции, на гладкие и текстурированные покрытия повышает их устойчивость к налипанию грязи и снижает грязеудержание покрытия в целом. Составы обладают оптимальным балансом гидрофобных и гидрофильных свойств, а также в определенной степени обеспечивают защиту от воздействия УФ-излучения.

Исследования, проведенные на климатической станции в Шанхае, однозначно подтвердила преимущества нанесения прозрачного верхнего слоя на основе продукта DIRTSHIELD™ SL-200 по сравнению с обычной кладкой.

На основании значительного улучшения эксплуатационных характеристик компания коммерциализировала первый акрил-минеральный «гибридный» продукт DIRTSHIELD™ SL-200.

Испытание грязестойкости

Белую краску на основе мягкого акрилового связующего (Tg≈ 6 °C) с ОКП 50% наносили валиком на цементно-волокнистые панели с расходом на один слой 130 - 160 г/м2, на два слоя 230 - 255 г/м2. Затем валиком наносили различные прозрачные покрытия с расходом 50-60 г/м2. В качестве эталона сравнения использовали окрашенные панели без верхнего прозрачного покрытия. Грязестойкость покрытий оценивали по изменению белизны после 1 и 3 мес экспозиции на площадке в Стамбуле, расположенной вблизи нескольких крупных промышленных предприятий, что позволило быстро провести тестирование на грязестойкость, которая в основном представляла собой выбросы производства. Чем ниже величина Δ L, тем меньше грязи накапливается на поверхности. Из приведенных данных видно, что позитивный эффект от нанесения прозрачного покрытия значителен.

Было показано, что начальная твердость различных систем покрытий существенно не различается. Это позволило выявить вероятную корреляцию между твердостью поверхности и устойчивостью к налипанию грязи в ходе натурных испытаний.

Цветостойкость покрытия

Сохранность цвета в натурных условиях определяли по изменению интенсивности цвета покрытий на алюминиевых подложках, состоящих из основного слоя – светло-синей водно-дисперсионной краски (ОКП 50%) и различных верхних прозрачных покрытий. В качестве эталона сравнения использовали покрытие без верхнего прозрачного слоя. Испытания также проводились на площадке в Стамбуле.

Синий цвет покрытий первоначально имел хорошую интенсивность в случае нанесения верхнего покрытия. После экспозиции в течение 1 мес изменения показателя значения b* оказались меньшими у систем с покрытием – особенно в вариантах Гибрид A2, B2, A3 и B3. Таким образом, данные составы на «гибридной» основе лучше всего обеспечивают сохранность первоначального синего цвета.

Нанесение прозрачных составов на основе акрил-минерального «гибридного» связующего поверх слоя краски, по нашему мнению, является наилучшим способом для достижения превосходных показателей грязестойкости, а также улучшения и сохранения первоначального цвета покрытий.

Применение акрил-минеральных «гибридных» связующих в составе красок

К сожалению, нанесение прозрачного верхнего покрытия не всегда возможно при проведении окрасочных работ. Поэтому представлялось важным выяснить, возможно ли применение «гибридных» связующих в составе красок. Ранее упоминавшиеся «гибридные» продукты обладают ограниченной способностью к связыванию, и поэтому могут быть использованы только в составах прозрачных покрытий.

Для дальнейших испытаний в составе красок были разработаны два акриловых «гибридных» прототипа – Гибрид AP0 и AP1 с более высокой связывающей способностью, которые могут использоваться в композициях с ОКП до 60%.

Отмечалось, что сохранность цвета покрытий, содержащих Гибрид AP0, при натурных испытаниях в Стамбуле в течение 2 лет оказалось недостаточной. В результате модификации АР0 было разработано новое акрил-минеральное связующее (торговое название DIRTSHIELD™ SL-300). Этот продукт вводили в краски белого цвета c ОКП 50% для дальнейшего сравнения с лучшим из остальных продуктов — конкурирующей краской на основе минерального гибрида 1.

Оба ЛКМ испытывали на опытной площадке в Стамбуле. Покрытия получали нанесением на алюминиевые панели толщиной 200 мкм. С целью оценки способности покрытий противостоять накоплению грязи регулярно измерения значений L*.

Состав на основе DIRTSHIELD™ SL-300 продемонстрировал очень хорошие результаты после 9 мес экспозиции в условиях промышленной атмосферы.

Эти два состава, в которые затем была добавлена синяя краска для контроля цветостойкости покрытий, испытывали на климатической станции в Южных Альпах (Франция). Оба покрытия хорошо сохранили цвет. В начале эксперимента покрытие, содержащее DIRTSHIELD™ SL-300, отличалась меньшим изменением цвета, но через 12 мес оба покрытия демонстрировали практически одинаковые показатели.

Связующие, полученные по технологии инкапсулирования пигментовEVOQUE™

В подразделении Dow Coating Materials значительные усилия исследователей были направлены на создание акриловых полимеров, способных путем адсорбции инкапсулировать минеральные пигменты и наполнители. Гомогенное распределение минеральных частиц в органической фазе приводит к улучшению ряда характеристик ЛКМ и разработчики рецептур на протяжении многих лет работают над решением этой задачи.

Новые полимерные продукты, получаемые по технологии инкапсулирования пигментов, EVOQUE™, запатентованной компанией Dow, одновременно выполняют функции пленкообразователя и повышают укрывистость ЛКМ. Эта инновационная технология позволяет улучшить распределение частиц диоксида титана, уменьшая их скопление, вследствие чего повышается светорассеяние. Таким образом, появляется возможность производить качественные краски для строительства белых и пастельных тонов, уменьшая на 10-20% содержание диоксида титана без снижения укрывистости.

Наряду с повышением укрывистости, новая технология инкапсулирования EVOQUE™, которая обеспечивает оптимальное распределение минеральных частиц в органической фазе, приводит к формированию более однородной и более долговечной пленки. Инкапсулирование частиц диоксида титана приводит к образованию структуры, которая в меньшей степени склонна вступать в реакции, инициируемые УФ-излучением, в результате которых образуются свободные радикалы, вызывающие деструкцию покрытия.

Для изучения влияния технологии инкапсулирования пигментов EVOQUE™ на долговечность покрытий была исследована серия фасадных красок.

Состав, использовавшийся для сравнения, содержал акриловый пленкообразователь (Tg≈ 6 °C) с ОКП-52% и объемным содержанием TiO2≈14%. Было также изготовлено три состава с той же температурой стеклования, что и эталонный состав. Содержание диоксида титана в образцах № 1-3 было уменьшено на 10, 15 и 20% соответственно и заменено различными наполнителями.

Покрытия, полученные на основе образцов № 1-4 и эталона, проходили натурные испытания на климатической станции в Стамбуле. Белизну покрытий контролировали через 4 и 8 мес экспозиции алюминиевых панелей.

Эталонное покрытие на основе обычной акриловой дисперсии отличается более высоким грязеудержанием (Δ L=12,8 через 8 мес) по сравнению с покрытием, содержащим только адсорбирующее связующее с аналогичной Tg и таким же содержанием TiO2и наполнителей (Δ L=7,8 через 8 мес). Это различие объясняется лучшим инкапсулированием пигмента и наполнителей и образованием более ровной поверхности покрытия, содержащей большее количество полимера, что препятствует скоплению частиц грязи.

Эти же составы были подкрашены в синий цвет добавлением 4% (по объему) органического синего пигмента (Coltec C RS). Покрытия на их основе, нанесенные на алюминиевые панели испытывали на станции в Южных Альпах, на высоте 500 м над уровнем моря.

После 4 мес экспозиции покрытия, содержащие инкапсулированный пигмент, оставались ярко-синими, т.е. имели более отрицательные показатели b* по сравнению с эталоном. Сопоставление величин b*, измеренных через 4 мес, для эталонна (-31,5) и покрытия, содержащего адсорбирующий полимер EVOQUE™ в качестве единственного пленккобразователя (-32,75), свидетельствует о позитивном влиянии технологии инкапсулирования пигментов на сохранение цвета покрытия при одинаковом содержании TiO2. Инкапсулирование частиц диоксида титана приводит к повышению долговечности покрытия и уменьшению выцветанию – вероятнее всего, в связи с менее интенсивным мелением.

В ходе испытаний также показано лучшее сохранение блеска для испытываемых покрытий данной серии, а также в других сериях покрытий с начальным высоким блеском.

Кроме того, применение технологии инкапсулирования обеспечивает повышенную устойчивость покрытий к появлению высолов. Улучшенная когезия покрытия, обусловленная оптимальным распределением минеральных частиц в органической фазе, наряду с повышенной адгезией пленки к минеральной подложке, достигаемой благодаря этой новой технологии, препятствуют проявлениям высолов на покрытиях. Этот эффект наблюдался в ходе натурных испытаний цементно-волокнистых панелей, окрашенных ЛКМ на основе более ранних прототипов, полученных по технологии инкапсулирования пигментов.

Выводы

Последние инновационные разработки сотрудников подразделения Dow Coating Materials позволяют подбирать составы для наружных покрытий с более высоким сроком службы.

Нанесение матовых прозрачных верхних покрытий на основе акрил-минерального «гибрида» DIRTSHIELD™ SL-200 является лучшим решением, обеспечивающим сохранение внешнего вида наружных покрытий: низкое грязеудержание и лучшую способность к сохранению цвета, особенно в районах с повышенным уровнем загрязнения.

Оптимально подобранное акрил-минеральное «гибридное» связующее DIRTSHIELD™ SL-300 позволяет получать ЛКМ с лучшими характеристиками по сравнению с другими подобными технологиями, представленными на рынке.

Новое семейство связующих EVOQUE™, способных инкапсулировать пигменты и наполнители, предоставляет разработчикам рецептур новые возможности для получения долговечных экологически безопасных наружных покрытий, содержащих меньшее количество диоксида титана. Это ведет к снижению нагрузки на окружающую среду, а также к уменьшению затрат на протяжении всего времени эксплуатации продукции.

Представленные продукты применяться как отдельно, так и в комбинированных системах. Данный подход представляет собой оптимальное решение для обеспечения долговечности покрытий и увеличения межремонтных периодов. Таким образом, лакокрасочная отрасль делает еще один шаг по пути реализации концепции устойчивого развития.

Dr. A. Trapani, Dr. M. Bleuzen, F. Signoret, L Chailloux, The Dow Chemical Company, Франция; Д. Родионов, The Dow Chemical Company, Россия, подразделение Dow Coating Materials