Судовые ЛКМ с высоким сухим остатком

Новые достижения в реологии корабельных и защитных лакокрасочных материалов

---

Последние изменения в законодательстве затронули количество растворителей, используемых в промышленных лакокрасочных материалах (ЛКМ), в частности ремонтных и судовых. За последние несколько лет количество растворителей, используемых в этих ЛКМ, значительно снизилось, и это повлияло на свойства ЛКМ и технику для нанесения. По мере роста сухого остатка в красках уменьшалось количество слоев нанесения, что позволяет потребителю экономить время и деньги. Благодаря снижению количества растворителя теперь рецептура соответствует более жестким мировым ограничениям по эмиссии летучих органических соединений (ЛОС), а благодаря созданию систем, не содержащих загрязняющих атмосферу растворителей, некоторые производители могут заявить о ЛКМ со 100%-ным сухим остатком.

---

Органические реологические добавки для ЛКМ с высоким сухим остатком

1. Органоглины являются продуктами обработки смектитовой глины четвертичными солями аммония. В системе, содержащей полностью диспергированные и сепарированные чешуйки органоглины, структура геля формируется благодаря водородным связям между гидроксильным группами на краях чешуек. Органоглины главным образом используются для контроля вязкости. При высоком наполнении органоглины могут повлиять на блеск.
2. Полиамидные воски — 100%-ная активная реологическая добавка, в основе ее действия лежит химия амидов. Реологическая структура основана на коллоидной дисперсии с водородными связями. Полиамидные воски используются для контроля вязкости, но в первую очередь для обеспечения устойчивости к стеканию, они не оказывают влияние на блеск.
3. Гидрогенизированное касторовое масло — порошкообразная реологическая добавка. Поставляется как в чистом виде в порошке, так и в смеси с глинами или полиамидными восками. Гидрогенизированное касторовое масло используется только в неполярных растворителях (может растворяться в некоторых ароматических и полярных растворителях). Гидрогенизированное касторовое масло обеспечивает превосходную вязкость и контроль растекания.
4. Полиамидные пасты являются дисперсиями полиамидных восков в различных растворителях, стабилизированными поверхностно-активными веществами (ПАВ). Как правило, эти пасты добавляются
в готовую краску для изменения вязкости, коллоидной стабильности и контроля образования потеков.

Промышленные лакокрасочные материалы с невысоким сухим остатком

Таблица 1. Рецептура двухкомпонентного защитного судового эпоксидного ЛКМ с сухим остатком 76%



В рецептурах промышленных ЛКМ с невысоким сухим остатком (менее 85%) применяется широкий ассортимент тиксотропных добавок: органоглины, полиамидные воски, гидрогенизированное касторовое масло и другие типы, — для коррекции вязкости и стойкости к стеканию. При высоком содержании растворителя реологические добавки легко диспергируются, обеспечивая хорошие параметры вязкости и превосходную стойкость к стеканию.

Рис. 1. Вязкость и стойкость к стеканию двухкомпонентного защитного судового эпоксидного ЛКМ с сухим остатком 76% вышеприведенной рецептуры



Профили вязкости и стойкость к стеканию в стандартном ЛКМ с низким сухим остатком (76%)

На рис. 1 показано, что все реологические добавки в одинаковых количествах обеспечивают приблизительно равную вязкость. Органоглина обеспечивает более низкую стойкость к стеканию, что предсказуемо, так как в полиамидах водородные связи более прочные (нет промежуточных молекул).

Переход к высокому сухому остатку

В ЛКМ с более высоким сухим остатком (более 90%), которые обретают все большую популярность в промышленности, реологические добавки диспергируются хуже. ВСО оказывает влияние на свойства реологических добавок, что определяет выбор тех из них, которые могут применяться в системах с ВСО (см. табл. 2).

Таблица 2. Рецептура базового ЛКМ с сухим остатком 94%



Очень высокий сухой остаток (более 90%)

Как видно на рис. 2, реологическая эффективность органоглины снижается вследствие недостатка растворителя, в котором она может диспергироваться. Наилучшую эффективность демонстрируют полиамиды и смесь полиамидного воска и гидрогенизированного касторового масла, которые обеспечивают высокую вязкость и стойкость к стеканию.

Рис. 2. Вязкости и стойкость к стеканию двухкомпонентного эпоксидного ЛКМ с сухим остатком 94%



Производство ЛКМ с сухим остатком более 90%

1. Органоглины используются в ЛКМ с сухим остатком более 90% в меньшем количестве, так как в ЛКМ недостаточно растворителя для смачивания глины. Обычно их задача сводится к сохранению мокрой кромки, но не к обеспечению ключевого свойства — устойчивости к стеканию.
2. Гидрогенизированное касторовое масло и его смеси с полиамидными восками высокоэффективны в ЛКМ с ВСО, но они требуют активного нагрева и охлаждения в процессе производства, что затрудняет их применение при производстве больших партий ЛКМ. Как правило, эти продукты используются для производства небольших партий ЛКМ (до 250 галлонов), для которых возможно эффективное охлаждение.
3. Полиамидные пасты вводят в готовые ЛКМ, но они содержат много растворителя (ксилол, нафта) и повышают общее содержание растворителя в составах с ВСО.
4. Полиамиды — органические продукты, которые часто применяются в ЛКМ с ВСО. Они требуют нагрева, но охлаждать перед расфасовкой необязательно.

Полиамиды

Полиамиды имеют следующую общую формулу:



Механизм загущения



Полиамиды формируют очень прочные водородные связи. Это обеспечивает превосходную стойкость к стеканию и высокую вязкость. Водородные связи разрываются при сдвиге (распыление) и немедленно восстанавливаются при прекращении сдвиговых нагрузок.

Важность полной очистки при производстве полиамидов

При производстве полиамидов возможно образование побочных солей вследствие неполного реагирования начальных групп. Если эти побочные продукты мигрируют к поверхности пленки, она может стать маслянистой, ее поверхностное натяжение снизится, и последующий нанесенный слой будет иметь плохую адгезию, возможно даже полное отслоение.

Новые органические тиксотропные вещества

Компания Elementis разработала ряд новых органических тиксотропных добавок для ЛКМ с очень высоким сухим остатком (более 90%), которые обеспечивают не только отличное нарастание вязкости и высокую стойкость к стеканию, но и превосходную межслойную адгезию.

Исследование: испытание новой органической тиксотропной добавки в сравнении с лидирующим на рынке продуктом для модификации реологии систем с очень высоким сухим остатком

Исследовали стойкость к стеканию и межслойную адгезию ЛКМ с сухим остатком 95% (растворитель – бутанол). На рис. 3 продемонстрировано, что в обеспечении устойчивости к стеканию новая органическая тиксотропная добавка превосходит лидирующую на сегодняшний день на рынке.

Рис. 3. Стойкость к стеканию при нанесении шпателем и при распылении



Результаты испытания демонстрируют, что новая органическая тиксотропная добавка не только превосходит по своим качествам лидирующие на сегодняшний день реологические добавки для систем с ВСО, но и обеспечивает межслойную адгезию на уровне краски без тиксотропных добавок, что означает отсутствие негативного влияния на межслойную адгезию, наблюдаемое при введении конкурентных тиксотропных добавок.

Таблица 3. Рецептура исследуемого ЛКМ



Таблица 4. Межслойная адгезия. Испытания согласно стандарту ASTM D3359

Заключение

Полиамиды обеспечивают хорошие реологические свойства судовых и защитных ЛКМ с очень высоким сухим остатком (более 90%). В то же время отсутствие растворителя негативно влияет на полиамид.

Испытания новых органических тиксотропных добавок на основе полиамида, разработанных специально для систем с очень высоким сухим остатком, показывают, что они эффективны даже при низком
содержании растворителей, обеспечивают превосходную стойкость к стеканию и не оказывают негативного воздействия на межслойную адгезию.

Т. Хеннесси / по материалам журнала ЛКМ. Лакокрасочные материалы и их применение