Растворители в воднодисперсионных лакокрасочных материалах
Одним из преимуществ воднодисперсионных лакокрасочных материалов является отсутствие в их рецептурах органических растворителей. Тем не менее последние добавляются в воднодисперсионные лакокрасочные материалы в качестве коалесцирующих добавок, а также при получении искусственных водных дисперсий полимеров.
Коалесцирующие добавки, пластифицируя частицы латексов, улучшают их пленкообразующую способность, т. е. способствуют коалесценции. Количество коалесцирующих добавок не превышает 5 % от массы полимера. В качестве коалесцирующих добавок используют органические жидкости с высокой температурой кипения: гликолевые эфиры (целлозольвы и карбитолы), высшие многоатомные спирты и их эфиры. Примером таких соединений являются продукты Т-66, Т-80 и ВВ-2.
Продукты Т-66 и Т-80 (под общим названием оксаль) являются кубовыми остатками производства диметилдиоксана, а продукт ВВ-2 — отходом производства тетрагидрофурилового спирта и представляет собой смесь пентандиола и пентантриола.
Важную роль выполняют органические растворители в искусственных водных дисперсиях полимеров.
В отличие от синтетических водных дисперсий, получаемых эмульсионной полимеризацией, искусственные водные дисперсии из полимеров, синтезированных другими методами, получают чаще всего через стадию растворов. После растворения полимера в соответствующем растворителе раствор эмульгируют в воде с добавками ПАВ.
При использовании в качестве пленкообразователей эластомеров после получения устойчивой эмульсии полностью отгоняют растворитель. Если же пленкообразователями служат жестко-цепные полимеры, для получения дисперсий полную отгонку растворителей проводить не следует, так как в этом случае пленка из таких составов не образуется.
Для облегчения отгонки используют растворители с низкой температурой кипения. Так, при получении искусственных водных дисперсий бутилкаучука в качестве растворителя применяют изопентан, при получении дисперсий малополярных полимеров — алифатические и ароматические углеводороды, при получении дисперсий полярных полимеров, например нитратов целлюлозы — полярные растворители.
Высокая полярность диспергируемой фазы, в последнем случае осложняет подбор ПАВ для стабилизации дисперсий; стабильность получаемых дисперсий снижается в результате распределения ПАВ между фазами. Кроме того, определенная растворимость полярных растворителей в воде, обусловливающая их переход (экстракцию) в водную фазу, также затрудняет стабилизацию дисперсий. Поэтому получить, например, водные дисперсии полимеров, растворенных в ацетоне или в диметилформамиде, вообще невозможно, поскольку растворители неограниченно смешиваются с водой.
Это было подтверждено при исследовании процесса получения искусственных водных дисперсий нитрата целлюлозы и полиуретанового эластомера. В случае полиуретанового эластомера отрицательные результаты были получены и при использовании неполярных растворителей бензола, толуола и хлороформа.
Эти сильногидрофобные растворители препятствуют диффузии воды в полимерную фазу и протеканию реакции полиприсоединения, которая, по-видимому, обеспечивает дополнительную стабилизацию частиц дисперсии.
Оптимальным для дисперсий полиуретанового эластомера оказался этилацетат, имеющий ограниченную растворимость в воде.
Существует мнение, что при получении растворов полимеров для эмульгирования в воде следует использовать бинарные смеси растворителей, каждый из которых не является хорошим растворителем. Так, при получении искусственных водных дисперсий хлорсульфированного полиэтилена применяли смесь циклогексана и ацетона, которые по отдельности полностью не растворяют полимер.
Наибольшее термодинамическое сродство к полимеру бинарный растворитель имеет при содержании циклогексана около 70%, что подтверждается максимальной характеристической вязкостью, и минимальной константой Хаггинса.
В растворителе того же состава снижается вязкость растворов и межфазное поверхностное натяжение, что улучшает условия диспергирования и повышает устойчивость дисперсий.