Стабилизация эмульсий модифицированного силикона в воде неионогенным ПАВ на основе оксида этилена

В настоящее время в связи с развитием инновационных процессов и совершенных технологий для окраски поверхностей внутри помещения, а также фасадов зданий широко используются водно-дисперсионные краски. Данный вид красок не токсичен, обладает красивым матовым цветом, и благодаря тому, что в их составе имеется огромное количество красящих пигментов, они имеют широкий ассортимент цветов и оттенков. Водно-дисперсные краски представляют собой водный состав, в котором в качестве связующего используются водные дисперсии полимеров. Акриловые дисперсии наиболее универсальны. Краски на основе акриловых связующих составляют основную часть всех водно-дисперсионных красок. Именно они намного чаще других используются для внутренней отделки интерьеров и только их можно рекомендовать для защиты фасадов зданий.

При покраске фасадов и внешних частей зданий большое значение имеет создание гидрофобизирующего (влагоустойчивого) слоя. В этих целях часто используются силиконовые краски. Их связующим элементом служат эмульгированные силиконовые смолы. Силиконовые смолы иногда даже добавляют в акриловые краски. Силиконовые краски при высыхании образуют водоотталкивающую поверхность, однако они прекрасно пропускают воздух и водяной пар. Они имеют высокую эластичность и способны перекрывать волосяные трещины до 2 мм. Силиконовые краски можно наносить на свежую штукатурку уже через 48 ч (а не через 30 суток как акриловые), а также их можно применять для всех видов минеральных поверхностей. Они совместимы с акриловыми латексными и минеральными красками, их даже можно наносить на старую силикатную краску. Силиконовые покрытия устойчивы к загрязнениям, а также они предупреждают развитие микроорганизмов. Их единственный недостаток — высокая стоимость.

В процессе производства изделий из силиконовых резин и вторичного силикона (отработанных трубок, мембран, прокладок, кабелей) различных марок остается много отходов. Их утилизация и переработка является сложной задачей. В связи с этим использование таких отходов в дальнейшем производстве очень актуально. Интересным было бы использовать их для улучшения водоотталкивающих свойств акриловых красок, а также в качестве гидрофобизатора для различных покрытий.

Целью данной работы было получение жидкой олигомерной смеси модифицированного силикона путем переработки отходов силиконовых резин и изделий из них, а также получение стабильной эмульсии модифицированного силикона в воде.

Результаты исследования и их обсуждение

Полученный в результате переработки продукт назван модифицированный силикон «МС-1». Он представляет вязкую жидкость серо-белого цвета, хорошо растворимую в углеводородах. Плотность при 20 °С составляет 1,05–1,10 г/мл, вязкость на вискозиметре ВЗ-4 превышает 20 с, что составляет около 70 мПа. Продукт имеет щелочную реакцию (рН=10–12), с водой не смешивается. Как правило, «МС-1» применяют в качестве гидрофобизатора, гидрофобизирующей и пластифицирующей добавки к краскам, битумам и цементам. Он хорошо совмещается со штукатурками и цементными растворами. Для смешения с битумами необходимо либо добавить к нему углеводородные растворители, либо нагреть его. Введение «МС-1» в состав красок придает поверхности гидрофобные свойства.

Для выявления состава полученного продукта «МС-1» было проведено его хромато-масс-спектрометрическое исследование на приборе DFS Th ermo Electron Corporation (США). Метод ионизации — электронный удар. Энергия ионизирующих электронов составляла 70 эВ, температура источника ионов — 280 ºС. Использовалась капиллярная колонка DB-5MS длиной 30 м и диаметром 0,254 мм. Газ-носитель — гелий. Обработка масс-спектральных данных проводилась с использованием программы «Xcalibur». Проба вводилась в виде смеси с бензолом в соотношении 1:100. Чистота бензола контролировалась методом хромато-масс-спектрометрии. Были исследованы результаты хромато-масс-спектрограммы проб «гидросил «МС-1» н/конц.» и «гидросил «МС-1» конц.», соответственно, полученные при регистрации полного ионного тока. Идентификация веществ, относящихся к хроматографическим пикам хроматограмм, проводилась путем сравнения экспериментальных снятых в этих пиках масс-спектров с масс-спектрами компьютерного каталога прибора. Для компонентов, у которых отсутствовали данные в каталоге, идентификация проводилась на основании анализа экспериментального масс-спектра с учетом рассмотрения схемы распада при электронном ударе.

Выбор идентифицированных компонентов осуществлялся по большему их содержанию в продукте (по площадям хроматографических пиков и времени выхода). Практически весь объем полученной эмульсии содержал образования, размеры которых порядка 320–900 нм. Средний размер частиц, определяемый статистическими методами при анализе области, с максимально возможными размерами для данного образца, составил 400 нм. Наблюдались и более крупные частицы с размерами до 2000 нм (исследование на атомном зондовом микроскопе MultiMode V фирмы Veeco).

Полученный модифицированный силикон «МС-1» в воде не растворяется, поэтому важной задачей было получить стабильную 20–30%-ную эмульсию «МС-1» в воде. Устойчивости эмульсии добивались введением в систем стабилизатора (эмульгатора), в качестве которого использовали неионные поверхностно-активные вещества (ПАВ). Эти ПАВ были выбраны, так как они находят применение в широком спектре научных исследований и технологических процессов и являются эффективными эмульгаторами. Они имеют ряд преимуществ, в частности высокую термостойкость, жидкое агрегатное состояние при малых степенях оксиэтилирования, что облегчает их растворение и распределение в полимерсодержащих системах, регулируемое варьирование поверхностной активности, нетоксичность, совместимость с компонентами рецептур полимерных материалов.

В качестве неионных ПАВ использовали оксиэтилированные изононилфенолы марки АФ (Неонолы АФ) с варьируемой степенью оксиэтилирования n от 4 до 12. Они были очищены по специальной методике.

Ранее были изучены коллоидно-химические свойства этих ПАВ: смачивание, адсорбцию, модифицирующее действие, а также поверхностную активность. Показано, что поверхностная активность этих соединений зависит от

степени оксиэтилирования и проходит через максимум при степени оксиэтилирования, равной 8. В связи с этим в качестве эмульгатора был выбран оксиэтилированный изононилфенол со средней степенью оксиэтилирования (n=8).

На основе полученной эмульсии было успешно освоено производство силикон-акрилового гидрофобизирующего состава на водной основе. Его применение позволяет получить прочное прозрачное покрытие, препятствующее проникновению влаги к обрабатываемой поверхности. Получаемое защитное покрытие обладает хорошей паропроницаемостью и стойкостью к ультрафиолетовым лучам. Была разработана и внедрена в производство рецептура силикон-акриловой водно-дисперсионной краски для наружных и внутренних работ. Введение в состав краски силиконовой эмульсии позволило улучшить ряд прочностных свойств, в частности заметно улучшился показатель адгезии: ЛКМ, пленка, образуемая силикон-акриловой краской, стойка к воздействию озона, атмосферных осадков и ультрафиолетовых лучей. Поверхность, окрашенная силикон-акриловой краской, стойка к воздействию влаги, практически не загрязняется, хорошо моется, обладает хорошей паропроницаемостью. Вместе с тем использование для производства силиконовой эмульсии продуктов вторичной переработки сырья сделало ее доступной для широкого круга покупателей, так как она значительно дешевле, чем силиконовые краски, а также зарубежные аналоги силикон-акриловых красок.

Полученная краска отлично показала себя в натурных испытаниях. Ею были окрашены частные и промышленные объекты. По прошествии 2-х лет покрытие не потеряло свой первоначальный вид, а также оно продолжает отвечать заявленным характеристикам стойкости. В настоящее время налажено производство данной силикон-акриловой водно-дисперсионной краски.

Н. В. Саутина «Лакокрасочные материалы и их применение»