Порошковые краски с применением микросфер

За последние полвека появилось много синтетических наполнителей в форме микросфер, что обусловило разработку лакокрасочных материалов целевого и общего назначения. В дорожную краску при нанесении добавление микрошариков обязтельно. Для АК-511 для дорожной разметки это прописано в ГОСТ на дорожную краску.

Ниже мы приведем описание некоторых порошковых красок, которые содержат микросферы.

Полые микросферы, которые изготовляются в большом количестве на основе неорганических материалов (полифосфатов, силикатов, полиборатов, борсиликатов),в последнее время и полимеров, широко применяются в различных отраслях строительcтва и промышленности. Керамические и стеклянные микросферы получили наибольшее распространение.

По величине частиц они изготовляются с широким набором (от 10 до 300 мкм). Их используют и в производстве лакокрасочных материалов (ЛКМ), потому что они достаточно эффективные и относительно дешевые наполнители (цена 1 кг стеклосфер отечественного производства не превышает 80 руб.).

Они химически стойки, инертны и обладают низкой плотностью (она составляет у стеклянных сфер 0,12-0,60 г/ ) и светорассеиванием. В отличие от других природных наполнителей микросферы не смогут изменить цвет красок. Они повышают их укрывистость , способствуя тем самым экономии очень дорогих пигментов, например диоксида титана.

Керамические и стеклянные микросферы смачиваются водой (удовлетворительно) и органическими растворителями.

Также они хорошо себя зарекомендовали как в органо растворимых лакокрасочных материалах, так и в водно-дисперсионных.

Чтобы улучшить их смачивание часто применяют обработку соответствующими ПАВ или модифицируют поверхность (аппретитруют). Модифицированные микросферы также изготовляются промышленно. Главным образом, производят микросферы воздухонаполненные. Можно использовать в качестве заполнителя и другие газы, к примеру . Прочность и плотность таких порошков зависят от толщины стеночного материала.

Толщина стенки колеблется в пределах – от 0,5 до 2,0 мкм. Низкую теплопроводность имеют газонаполненные микросферы. Например, сферы марки ЗМ Скотчлай, производства компании ЗМ. Они имеют теплопроводность от 0,044 до 0,187 Вт/м К. Основное направление использования этих микросфер- получение энергосберегающих теплых и светоотражающих покрытий. Они могут применяться и для покрытий широкого назначения- атмосферостойких, химстойких и др.[2-8]. Микросферы, которые имеют заполнители водой и другими жидкостями, как правило, имеют целевое назначение.

Они могут служить для изготовления огнезащитных покрытий. Более тяжелые и прочные – керамические микросферы. В основном, их используют для получения покрытий с повышенной абразивостойкостью и твердостью. Они могут выдержать дисперигрование в пленкообразователях при больших нагрузках. Для получения порошковых покрытий и красок, в данной работе применяли керамические и стеклянные микросферы фирм: ООО «Микрокомпозит»( Москва) и ЗАО «ЗМ Россия». Фирма «ЗМ Россия» изготовляла стеклянные микросферы марки К20 с размером частиц 40-90 мкм, плотностью- 0,2 г/ . Керамосферы марки W-210 имеют такие показатели: плотность- 2,4 г/ , максимальный размер частиц составляет 120 мкм. Микросферы фирмы «Микрокомпозит» (стеклянные) имеют средний размер частиц 100 мкм.

Все используемые микросферы по внешнему виду – это высокодисперсные белые порошки (сыпучие). Для пленкообразователей служили:

1) низкой плотности полиэтилен марки 16803-070 ,плотностью – 923 г/ и температурой плавления – 110 С)в виде порошка, который проходит через сито 0315;

2) эпоксидный олигомер DER 664 (э.ч. 4,5) с димотолом в качестве отвердителя;

3) применяли товарную эпоксидную порошковую краску, синего цвета марки ПЭК-901 фирмы «Эколон» (СПб) для приготовления композиций.

Сухим смешением порошка полиэтилена с микросферами получали полиэтиленовые краски, а эпоксидные и сухим смешением ,и в расплаве олигомера. В первом случае смешивание происходит в аппарате, который содержит в себе механическое встряхивание, во втором – в экструдерной машине. Второй способ оказался не применим.

При изучении красок с помощью сепарации и микроскопического метода выяснилось, что часть микросхем разрушается. Это происходит посредством диспергирования и механического измельчения. В случае сухого смешивания, из-за хорошей сыпучести и подвижности микросфер, возникают однородные смеси . Такие смеси способны к псевдоожижению (превращение смеси в систему, твердые частицы которой находятся во взвешенном состоянии, напоминающее жидкость) и нанесению электростатического распыления.

Как же влияют микросферы на коэффициент растекания?

Эксперименты проводились на эпоксидных красках, с содержанием стеклянных и керамических микросфер примерно 10% масс.

Так стеклянные микросферы снижают блеск на покрытии, а керамические – наоборот, немного увеличивают его.

Если добавить к рецептуре термореактивных красок 4-5% масс. стеклянных микросфер, то возникают глубокоматовые покрытия. Такие покрытия появляются из-за всплывания стеклянных микросфер, концентрирующихся на поверхности. Далее, в небольших количествах, вводят керамосферы. Они начинают тонуть, тем самым снижается вязкость расплава на поверхности, что ведет к улучшению растекания.

Также проводили опыты, которые показывали влияние стеклосфер на свойства эпоксидных покрытий, толщина которых 70-80 мкм. Эти эксперименты осуществляли в течении 10 минут, при t=200˚С. По результатам было видно, что микросферы с массовым содержанием 1-2%, не влияют на физические свойства покрытий. Эти покрытия не наполнены сферами. Прочность такого покрытия при ударе – 100 см, прочность при изгибе – 1 миллиметр, эластичность на «прессе Эриксеона» − 8, адгезия по ИСО 2409 − 0. Наличие стеклянных микросфер увеличивает паропроницаемость покрытий. Этот фактор отрицательно влияет на противокоррозионные свойства микросфер. Наносить покрытия нужно в два слоя: первый слой – грунтовый или конверсионное покрытие (порошковая краска без микросфер). Второй слой – сферонаполненное покрытие.

Особенную ценность порошковые краски с микросферами представляют для теплоизоляционных и шумопоглощяющих покрытий. Микросферы являются носителем воздуха, который обладает хорошей тепло- и звукоизоляцией (коэффициент теплопроводности λ = 0,028 Вт /м×К, скорость звука в воздушной среде равна 340 м/с (это в десятки раз меньше чем у полимерных пленкообразователей).

Также изучено влияние стеклянных и керамических сфер на шумоизоляцию полиэтиленовых и эпоксидных покрытий. Были созданы некие покрытия с толщиной 3,0-3,5 миллиметра, у которых содержание микросфер различно.

Провели измерения шумопоглощения в диапазоне от 100 до 630 Гц. Шумопоглощение возрастает до 30%.

Если эпоксидное покрытие еще тоньше (80-10мкм), то эффект малозаметен.

Кроме всего этого проводились измерения тепло- и температуропроводности полиэтиленовых покрытий. При этом часть покрытий содержало, а часть не содержало 5% масс. стеклянных микросфер. В опыте использовались микросферы фирмы «Микрокомпозит».

Из полученных измерений следует, что наличие микросфер (5% масс.) ведет к понижению тепло- и температуро-проводности покрытий.

По материалам статьи "Порошковые краски с применением микросфер" авторы А.Д.Яковлев, Н. З. Евтюков, Т.И. Гольц.