Акриловые дисперсии для лакокрасочных материалов: типы, характеристики и критерии выбора под производственные задачи

Акриловые дисперсии представляют собой водные эмульсии синтетических полимеров, которые служат основой для производства современных лакокрасочных материалов. Правильный выбор дисперсии определяет эксплуатационные характеристики готового покрытия, его долговечность и технологичность нанесения. В производстве ЛКМ применяются различные типы дисперсий, каждый из которых обладает специфическими свойствами и подходит для определенных задач.

Типы акриловых дисперсий

Акриловые дисперсии классифицируются по составу сополимера и методу получения. Основные типы дисперсий различаются мономерным составом, что определяет свойства конечного покрытия.

Стирол-акриловые дисперсии

Стирол-акриловые дисперсии получают методом эмульсионной сополимеризации стирола и эфиров акриловой кислоты. Данный тип дисперсий получил наиболее широкое распространение в российской лакокрасочной промышленности благодаря оптимальному соотношению технических характеристик.

Основными мономерами в составе стирол-акриловых дисперсий выступают стирол, бутилакрилат, метилметакрилат и функциональные мономеры, такие как акриловая или метакриловая кислоты. Соотношение мономеров определяет базовые свойства полимера и, соответственно, характеристики покрытия.

Стирол-акриловые дисперсии характеризуются высокой пигментной емкостью, что позволяет вводить значительное количество наполнителей без потери качества покрытия. Они обладают хорошей стойкостью к омылению за счет гидролитической устойчивости стирола. Покрытия на основе данных дисперсий демонстрируют удовлетворительную атмосферостойкость при использовании качественных пигментов.

Чисто акриловые дисперсии

Чисто акриловые дисперсии синтезируются из эфиров акриловой и метакриловой кислот без добавления стирола. Основными мономерами служат метилметакрилат, этилакрилат, бутилакрилат и функциональные мономеры.

Чисто акриловые дисперсии превосходят стирол-акриловые по атмосферостойкости, стойкости к ультрафиолетовому излучению и паропроницаемости. Покрытия на их основе не склонны к пожелтению под воздействием света и сохраняют эластичность при низких температурах. Данные свойства делают чисто акриловые дисперсии предпочтительными для фасадных красок и покрытий, эксплуатируемых в условиях интенсивного солнечного облучения.

Первичные и вторичные дисперсии

По методу получения акриловые дисперсии разделяются на первичные и вторичные. Первичные дисперсии получают непосредственно в ходе эмульсионной полимеризации в водной среде. Они образуют матовые покрытия с быстрым временем высыхания и могут применяться без отвердителей.

Вторичные дисперсии получают диспергированием готового полимера в водной среде. Такие дисперсии используются в двухкомпонентных системах с применением водоэмульгируемых полиизоцианатных отвердителей. Покрытия на основе вторичных дисперсий отличаются высоким глянцем, улучшенным балансом твердости и эластичности, повышенной химической стойкостью.

Структура и свойства полимеров

Структура акриловых полимеров определяется мономерным составом, молекулярной массой и степенью разветвленности макромолекул. Варьирование этих параметров позволяет получать дисперсии с требуемым комплексом свойств.

Влияние мономерного состава

Мономеры в составе акрилового сополимера условно подразделяются на жесткие и мягкие. Жесткие мономеры, такие как стирол и метилметакрилат, повышают температуру стеклования полимера, обеспечивают твердость и блеск покрытия. Мягкие мономеры, включающие бутилакрилат и этилакрилат, снижают температуру стеклования, придают эластичность и улучшают пленкообразование при низких температурах.

Функциональные мономеры, такие как акриловая и метакриловая кислоты, вводятся в состав для стабилизации дисперсии, улучшения адгезии к подложке и создания реакционноспособных центров для сшивания. Соотношение различных мономеров подбирается исходя из требований к конечному покрытию.

Размер частиц дисперсии

Размер частиц полимера в дисперсии оказывает существенное влияние на технологические и эксплуатационные свойства ЛКМ. Типичный размер частиц в акриловых дисперсиях составляет от 0,05 до 0,3 мкм.

Мелкодисперсные системы с размером частиц менее 0,1 мкм характеризуются низкой вязкостью, высокой проникающей способностью и хорошей совместимостью с пигментами. Они применяются в составах грунтовок глубокого проникновения. Дисперсии со средним размером частиц 0,1-0,2 мкм являются универсальными и подходят для большинства типов ЛКМ. Крупнодисперсные системы более 0,2 мкм обеспечивают лучшую укрывистость, но требуют применения эффективных диспергаторов пигментов.

Ключевые характеристики

При выборе акриловой дисперсии для разработки рецептуры ЛКМ необходимо учитывать ряд ключевых характеристик, определяющих технологичность применения и свойства конечного покрытия.

Температура стеклования (Tg)

Температура стеклования представляет собой температурный диапазон, в котором полимер переходит из твердого стеклообразного состояния в высокоэластичное каучукоподобное состояние. Данный параметр определяет механические свойства покрытия при различных температурах эксплуатации.

Полимеры с высокой температурой стеклования образуют твердые, износостойкие покрытия, устойчивые к царапанию и загрязнению. При температуре эксплуатации ниже Tg покрытие становится хрупким. Полимеры с низкой температурой стеклования формируют эластичные покрытия, способные компенсировать деформации основания, но обладающие меньшей твердостью.

Температура стеклования зависит от состава сополимера. Повышение содержания жестких мономеров увеличивает Tg, введение мягких мономеров снижает ее. Практическая температура стеклования может отличаться от расчетной вследствие пластифицирующего действия остаточных мономеров и коалесцентов.

Минимальная температура пленкообразования (MFFT)

Минимальная температура пленкообразования определяет нижний температурный предел, при котором частицы дисперсии способны коалесцировать с образованием сплошной пленки. MFFT находится в прямой зависимости от температуры стеклования полимера, обычно превышая ее на 2-5 градусов Цельсия для гомоглобулярных дисперсий.

Для обеспечения пленкообразования при температурах ниже MFFT в рецептуру вводят коалесценты – высококипящие растворители, временно пластифицирующие полимер. К распространенным коалесцентам относятся бутилдигликольацетат, тексанол, дипропиленгликоль-н-бутиловый эфир. Количество коалесцента подбирается экспериментально, обычно составляя от 2 до 8% от массы сухого остатка дисперсии.

Твердость покрытия

Твердость лакокрасочного покрытия характеризует его способность сопротивляться пластической деформации или разрушению при механическом воздействии. Данный параметр определяет износостойкость, стойкость к царапанию и истиранию покрытия.

Твердость покрытий на основе акриловых дисперсий определяют методом маятникового прибора в соответствии с ГОСТ 5233-2021 или ГОСТ Р 52166-2003. Метод основан на измерении времени затухания колебаний маятника, контактирующего с поверхностью покрытия. Результат выражается в условных единицах как отношение времени затухания на испытуемом покрытии к времени затухания на стеклянной пластине, либо в секундах по методам Кенига или Персоза.

Твердость покрытия зависит от температуры стеклования полимера, степени наполнения композиции, наличия и типа сшивающих агентов. Покрытия на основе жестких стирол-акриловых дисперсий демонстрируют твердость 0,4-0,6 условных единиц по маятниковому прибору или 80-120 секунд по маятнику Кенига. Эластичные покрытия на основе мягких акриловых дисперсий характеризуются твердостью 0,2-0,35 условных единиц или 30-60 секунд по Кенигу.

Сухой остаток и pH

Массовая доля нелетучих веществ определяет содержание полимера в дисперсии и влияет на вязкость, стабильность при хранении и технологичность применения. Типичный сухой остаток акриловых дисперсий составляет от 45 до 55%. Дисперсии с повышенным сухим остатком более 55% обладают высокой вязкостью и требуют разбавления перед введением в рецептуру.

Показатель pH дисперсии находится в диапазоне от 7,5 до 9,5 и поддерживается введением щелочных агентов, таких как аммиак или триэтаноламин. Величина pH влияет на стабильность дисперсии, совместимость с загустителями и пигментными пастами, коррозионную активность по отношению к металлам.

Совместимость с пигментами и наполнителями

Совместимость дисперсии с пигментами и наполнителями определяет стабильность пигментных паст, равномерность распределения твердых частиц в объеме краски и эффективность диспергирования.

Пигментная емкость

Пигментная емкость характеризует максимальное количество пигмента и наполнителя, которое может быть введено в дисперсию с сохранением приемлемых свойств покрытия. Данный параметр зависит от типа полимера, размера частиц дисперсии, типа стабилизирующей системы.

Стирол-акриловые дисперсии обладают высокой пигментной емкостью благодаря хорошей адгезии полимера к поверхности минеральных частиц. Это позволяет создавать высоконаполненные композиции для интерьерных красок. Чисто акриловые дисперсии характеризуются умеренной пигментной емкостью и применяются преимущественно в низконаполненных составах для фасадных работ, где критична стойкость полимерной матрицы.

Требования к диспергаторам

Для обеспечения эффективного диспергирования и стабилизации пигментов в водно-дисперсионных композициях применяют специальные диспергирующие добавки. Диспергаторы представляют собой полимерные соединения с функциональными группами, способными адсорбироваться на поверхности пигментных частиц.

Эффективными диспергаторами для водно-дисперсионных систем служат натриевые или аммониевые соли полиакриловых кислот, модифицированные полиуретаны, сополимеры акриловой кислоты. Выбор диспергатора зависит от типа пигмента, pH композиции, типа применяемой дисперсии.

Области применения

Акриловые дисперсии находят широкое применение в производстве различных типов лакокрасочных материалов и строительных композиций благодаря универсальности свойств и экологической безопасности.

Водно-дисперсионные краски

Основная область применения акриловых дисперсий – производство водно-дисперсионных красок для наружных и внутренних работ. Краски классифицируются в соответствии с ГОСТ 28196-89 и техническими условиями производителей.

Интерьерные краски на основе стирол-акриловых дисперсий применяются для окрашивания стен и потолков внутри помещений. Они характеризуются отсутствием запаха, быстрым высыханием, хорошей укрывистостью. Краски на основе чисто акриловых дисперсий используются в помещениях с повышенной влажностью, обеспечивают высокую стойкость к мытью и истиранию.

Фасадные краски производятся преимущественно на основе чисто акриловых дисперсий. Они обеспечивают длительную защиту фасадов от атмосферных воздействий, ультрафиолетового излучения, сохраняют цвет и эластичность в течение многих лет эксплуатации.

Грунтовки и пропитки

Акриловые дисперсии с малым размером частиц применяются для производства грунтовок глубокого проникновения. Такие составы проникают в поры минеральных оснований, укрепляют поверхностный слой, снижают водопоглощение и улучшают адгезию последующих покрытий.

Грунтовки на акриловой основе применяются для подготовки бетонных, кирпичных, оштукатуренных, гипсокартонных поверхностей перед окраской. Они совместимы с большинством типов финишных покрытий и обеспечивают надежную адгезию.

Декоративные штукатурки и шпатлевки

В производстве декоративных штукатурок акриловые дисперсии выступают в качестве связующего, обеспечивающего когезионную прочность покрытия, адгезию к основанию, водостойкость и эластичность. Штукатурные составы могут содержать крупнозернистые наполнители для создания фактурных покрытий.

Акриловые шпатлевки применяются для выравнивания поверхностей внутри и снаружи зданий. Они характеризуются хорошей обрабатываемостью, отсутствием усадки при высыхании, легкостью шлифования.

Специальные применения

Акриловые дисперсии находят применение в производстве огнезащитных вспучивающихся красок. В состав таких красок вводятся антипирены на основе пентаэритрита, меламина, полифосфата аммония. При воздействии высоких температур покрытие вспучивается, образуя теплоизолирующий слой.

В текстильной промышленности акриловые дисперсии используются в качестве связующих для пигментной печати и крашения тканей. В производстве клеев для строительства дисперсии обеспечивают высокую адгезию к различным основаниям. В области производства нетканых материалов дисперсии применяются для пропитки стеклохолстов и стеклосеток.

Критерии выбора дисперсии

Выбор акриловой дисперсии для конкретной рецептуры ЛКМ осуществляется на основании анализа требований к готовому покрытию и условий его эксплуатации.

Условия эксплуатации покрытия

Для покрытий, эксплуатируемых внутри помещений, приоритетны показатели стойкости к истиранию, моющей способности, отсутствия запаха. Предпочтительны стирол-акриловые дисперсии с умеренной температурой стеклования, обеспечивающие баланс твердости и пленкообразующих свойств.

Для фасадных покрытий критичны атмосферостойкость, светостойкость, паропроницаемость, эластичность при низких температурах. Оптимальны чисто акриловые дисперсии с температурой стеклования от -10 до +10 градусов Цельсия.

Технологические требования

При выборе дисперсии учитываются технологические аспекты производства и нанесения ЛКМ. Вязкость дисперсии должна соответствовать возможностям смесительного оборудования. Стабильность при хранении и морозостойкость важны для обеспечения длительного срока годности продукции.

Совместимость с целевыми пигментами, наполнителями, функциональными добавками проверяется на стадии разработки рецептуры. Проводятся тесты на стабильность пигментных паст, отсутствие коагуляции, сохранение вязкости при хранении.

Российские производители

Российская лакокрасочная промышленность располагает собственными мощностями по производству акриловых дисперсий, что обеспечивает доступность данного сырья для производителей ЛКМ.

Крупнейшие производители

Компания Крата является одним из ведущих российских производителей стирол-акриловых дисперсий. Предприятие выпускает широкий ассортимент дисперсий различных марок для производства красок, грунтовок, штукатурок. Производство расположено в Тамбовской области.

ООО ЭкоКемикал производит водные акриловые дисперсии марок Акрэмос и Эколат. Предприятие расположено в Дзержинске Нижегородской области и является дочерним предприятием производителя метакриловых мономеров. Ассортимент включает дисперсии для лакокрасочной промышленности, производства нетканых материалов, кожевенной и мебельной промышленности.

Завод Финндисп специализируется на производстве стирол-акриловых дисперсий для лакокрасочной промышленности. Производственные мощности позволяют выпускать до 20 тысяч тонн продукции в год. Предприятие расположено в Раменском и работает с 2008 года.

Компания ХОМА выпускает полимерные дисперсии под торговой маркой НОВОПОЛ. В ассортименте представлены стирол-акриловые, чисто акриловые и винилацетатные дисперсии для различных применений.

ООО АКРОХИМЭК производит акриловые и стирол-акриловые дисперсии марки ДИСТЕКС. Предприятие осуществляет контроль качества на всех этапах производства и способно изготавливать дисперсии по индивидуальным требованиям заказчиков.

Часто задаваемые вопросы