Основные характеристики пленкообразователей, определяющие их взаимодействие с растворителями
При получении концентрированных растворов -полимеров, каковыми и являются растворы для лакокрасочных материалов, в мягких условиях надмолекулярные образования переходят в раствор и оказывают существенное влияние на его свойства. Структура концентрированных растворов в основном определяется наличием надмолекулярных образований, которые как переходят из твердого полимера, так и образовываются вновь. За счет межмолекулярного взаимодействия возможно также образование пространственной сетки, охватывающей всю массу раствора.
Надмолекулярные образования в растворах могут быть флуктуационного и нефлуктуационного характера. Первые постоянно образуются и распадаются в результате теплового движения. Последние постоянно присутствуют в растворах. Флуктуационные образования имеют место в разбавленных растворах. По мере увеличения концентрации и ухудшения качества растворителя скорость распада флуктуационных образований падает, продолжительность их существования увеличивается и они становятся необратимыми агрегатами.
Важным отличием полимеров от низкомолекулярных веществ является то, что в деформационных процессах могут участвовать не целые макромолекулы, а их участки — сегменты*. Сегментальная подвижность реализуется в физическом состоянии, которое присуще только полимерам — в высокоэластическом.
* В отличие от структурных сегментов (одно мономериое звено) сегменты, определяющие деформационные свойства макромолекул, называются кинетическими и в зависимости от вида полимера включают в себя различное число мономерных звеньев.
При низкой температуре сегментальная подвижность затруднена — полимер находится в стеклообразном состоянии. В стеклообразном состоянии обратимая деформация невелика — полимер твердый и хрупкий. При достижении определенной температуры, называемой температурой стеклования, полимер переходит в высокоэластическое состояние, характеризуемое большой обратимой деформацией В качестве пленкообразователей для лакокрасочных материалов обычно используют полимеры, находящиеся в стеклообразном состоянии, т.е. с температурой стеклования 50 0C и выше.
Полимеры с низкой температурой стеклования (ниже 0°С), при нормальной температуре пребывающие в высокоэластическом состоянии, называются эластомерами. Это чаще всего каучуки, которые в лакокрасочных материалах используются реже. Итак, физическое состояние полимера, его температура стеклования оказывает существенное влияние на растворение полимера и формирование покрытия из раствора.
В заключение необходимо рассмотреть выпускные формы пленкообразователей, лакокрасочных полупродуктов и материалов, для которых используют растворители.
Изготовляемые промышленностью пленкообразователи в зависимости от их вида, способа получения и транспортировки имеют различные выпускные формы.
Олигомеры, в зависимости от того, жидкие они или твердые, могут поставляться в чистом виде (100 %-ный продукт) или в виде растворов (лаков). Жидкие олигомеры могут выпускаться в виде 100%-ных продуктов только в том случае, если они имеют не слишком высокую вязкость (например, жидкие эпоксидные смолы). Жидкие олигомеры с высокой вязкостью (например, алкиды) растворяются уже на стадии производства в горячем состоянии, и выпускной формой их служат лаки. Твердые олигомеры также чаще всего выпускаются в виде лаков. Однако известны их 100%-ные выпускные формы в виде кусков или гранул. Гранулы — наиболее прогрессивная выпускная форма, поскольку она удобней для внутрицеховой транспортировки, загрузки и растворения. Вместо гранул олигомеры иногда выпускаются в виде чешуек («чипсов»).
Для изготовителей лакокрасочных материалов наиболее удобной формой поставки пленкообразователя является 100 %-ный продукт. Ограничением для этой выпускной формы является температура его размягчения. При температуре размягчения ниже 80 С возможно слипание олигомера, особенно в летнее время.
Выпускные формы полимеров также зависят от способа их изготовления и назначения.
При эмульсионной полимеризации получаются водные дисперсии полимеров, которые поставляются для изготовления воднодисперсионных лакокрасочных материалов. Для лакокрасочных материалов других типов из водных дисперсий выделяют 100 %-ный полимер и поставляют его в виде мелкого порошка: первичных частиц размером порядка 0,1 мкм и их агрегатов. При необходимости поставки лаков подобных полимеров их растворяют в соответствующих растворителях.
При суспензионной полимеризации получаются порошкообразные полимеры с частицами размером 0,1—1 мм. Благодаря сравнительно большим размерам частицы порошка не образуют агрегатов и не комкуются при контакте с растворителем, поэтому суспензионные полимеры растворяются лучше, чем полимеры, полученные эмульсионной полимеризацией. Это не исключает возможности поставки суспензионных пленкообразователей в виде лаков.
Менее распространенный в промышленности способ полимеризации— полимеризация в растворе — дает возможность получать лаки. Однако не всегда растворитель, оптимальный с точки зрения применения в лакокрасочных материалах, является оптимальным для процесса полимеризации. В этом случае полимер выделяют из раствора тем или иным способом (осаждение, распылительная сушка и г. д.) и поставляют в виде порошка или вновь растворяют, но уже в растворителе, пригодном для лакокрасочных материалов.
Еще одним видом выпускной формы пленкообразователей вместе с пигментами являются суховальцованные пасты. Сухо-вальцованные пасты получают путем обработки пигмента с пленкообразователей и пластификатором на вальцах. В результате обработки пигмент диспергируется и смачивается пленкообразователей. Суховальцованные пасты имеют вид чешуек («чипсов»). При их использовании отпадает необходимость в применении диспергирующего оборудования Приготовление лакокрасочных материалов заключается в растворении чипсов с добавкой пленкообразователя в соответствующем растворителе. Эта технология чаще всего применяется при изготовлении лакокрасочных материалов на основе нитрата целлюлозы, реже — в производстве перхлорвиниловых эмалей.