Корректировка рецептуры водной акриловой смолы редко бывает такой же простой, как добавление одного нового материала.

Например, повышение твёрдости смолы может сделать плёнку покрытия более хрупкой. Снижение температуры стеклования может улучшить формирование плёнки при низких температурах, но также может снизить термостойкость и устойчивость к слипанию. Увеличение количества гидрофильных групп может повысить стабильность эмульсии, одновременно ослабляя водостойкость готовой плёнки.

Перед выбором метода модификации важно определить фактическую проблему с эксплуатационными характеристиками, а затем установить, требуется ли для рецептуры другая структура смолы, функциональный мономер или система сшивания.

Почему необходима модификация?

Характеристики водной акриловой смолы зависят от её мономерного состава, температуры стеклования, молекулярной массы, размера частиц латекса, системы эмульгатора, температуры плёнкообразования и степени сшивания.

К распространённым проблемам при практическом применении относятся:

• Побеление, липкость или потеря адгезии после контакта с водой;

• Недостаточная адгезия к металлам, пластикам или плёнкам;

• Высокая твёрдость, но плохая гибкость или ударопрочность;

• Неполное формирование плёнки или растрескивание при низких температурах;

• Ограниченная стойкость к спиртам, растворителям или химическим веществам;

• Слипание или липкость при повышенных температурах;

• Недостаточная стойкость к истиранию или царапинам.

Цель модификации заключается в корректировке структуры смолы в соответствии с фактическим применением и достижении подходящего баланса между различными свойствами.

Какие проблемы может решить эпоксидная модификация?

Эпоксидные смолы содержат реакционноспособные эпоксидные группы и обычно обеспечивают хорошую адгезию к металлам, стеклу и некоторым полярным подложкам.

Сочетание эпоксидной смолы с водной акриловой смолой может улучшить связь между покрытием и подложкой. Оно также может повысить твёрдость, водостойкость и коррозионную стойкость.

К распространённым методам приготовления относятся физическое смешивание, химическое прививание и сополимеризация в эмульсии.

Физическое смешивание относительно простое, но необходимо проверять совместимость и стабильность хранения двух смол. Химическое прививание или сополимеризация могут создать более стабильную структуру, хотя требуют более точного контроля температуры реакции, способа подачи компонентов и условий рецептуры.

Эпоксидная модификация часто подходит для грунтовок по металлу, промышленных защитных покрытий и продуктов, требующих более сильной адгезии к подложке.

Если содержание эпоксидных компонентов слишком высокое, это может повлиять на гибкость плёнки и стойкость к атмосферным воздействиям.

Почему часто используется полиуретановая модификация?

Полиуретан обычно содержит как мягкие, так и жёсткие сегменты, что позволяет ему обеспечивать сочетание гибкости, механической прочности и стойкости к истиранию.

При сочетании полиуретана с акриловой смолой полученная система PUA может улучшить хрупкость, низкотемпературные характеристики и стойкость к истиранию.

К распространённым методам приготовления PUA относятся:

1. Непосредственное смешивание водной дисперсии полиуретана с акриловой эмульсией;

2. Приготовление эмульсии типа ядро-оболочка полиуретан-акрил;

3. Полимеризация акриловых мономеров в полиуретановой системе;

4. Создание химического прививания посредством реакционноспособных функциональных групп.

Прямое смешивание относительно простое и подходит для первоначальной корректировки рецептуры. Структуры ядро-оболочка, полимеризация на месте и химическое прививание обычно обеспечивают более сильное взаимодействие между двумя фазами смолы.

Смолы PUA широко используются в клеях, водных чернилах, отделочных материалах для кожи, покрытиях для древесины, текстильных покрытиях и промышленных покрытиях.

Также необходимо учитывать соотношение мягких и жёстких сегментов полиуретана. Чрезмерное содержание мягких сегментов может снизить твёрдость покрытия, термостойкость и устойчивость к слипанию.

Что следует учитывать при силиконовой модификации?

Силиконовые материалы обладают хорошей стойкостью к высоким и низким температурам и относительно низкой поверхностной энергией.

Введение силоксановых структур в водную акриловую смолу может улучшить водостойкость, атмосферостойкость и устойчивость к загрязнениям, одновременно снижая чувствительность плёнки покрытия к влаге.

Силикон-модифицированные акриловые смолы обычно используются в покрытиях для наружных стен, гидроизоляционных покрытиях, обработке текстиля и наружных защитных покрытиях.

Совместимость между силиконом и акриловой смолой является важным фактором. Чрезмерное добавление или неполное прививание могут привести к образованию кратеров, разделению фаз, неравномерному внешнему виду плёнки или плохим характеристикам повторного нанесения покрытия.

Поэтому силиконовую модификацию следует оценивать не только по уровню добавления. Также необходимо учитывать тип силиконового мономера, метод реакции, стабильность эмульсии и поверхностную миграцию во время формирования плёнки.

Подходит ли фторная модификация для стандартных продуктов?

Фторная модификация в основном используется для снижения поверхностной энергии плёнки покрытия.

Во время формирования пленки фторированные группы могут мигрировать к поверхности покрытия, улучшая водоотталкивание, маслоотталкивание, устойчивость к загрязнениям и легкость очистки.

Этот тип смолы больше подходит для архитектурных, морских и промышленных защитных покрытий с более высокими требованиями к характеристикам поверхности.

Однако фторированные мономеры относительно дороги. Очень низкая поверхностная энергия также может снизить адгезию между слоями и затруднить повторное нанесение покрытия.

По этим причинам стандартные продукты вряд ли будут использовать высокий уровень фторсодержащих материалов только для достижения водоотталкивания. Решение должно основываться на позиционировании продукта, методе нанесения и условиях конечного использования.

Всегда ли большее количество наноматериалов лучше?

Нанодиоксид кремния, нанодиоксид титана, нанооксид алюминия и графен могут взаимодействовать с полимерной матрицей смолы и улучшать твердость покрытия, стойкость к истиранию и термическую стабильность.

Разные материалы обеспечивают разные эффекты.

Нанодиоксид кремния обычно используется для повышения твердости, устойчивости к царапинам и стойкости к истиранию. Нанодиоксид титана может обеспечивать защиту от ультрафиолета, самоочищающиеся или антибактериальные свойства. Графен благодаря своей слоистой структуре может создавать более длинный путь диффузии воды и коррозионно-активных веществ.

Однако более высокий уровень добавления не всегда дает лучшие результаты.

Плохо диспергированные наночастицы могут агломерироваться, вызывая появление видимых частиц, снижение прозрачности, аномальную вязкость и плохую стабильность при хранении.

Модификация наноматериалами требует контроля размера частиц, обработки поверхности, выбора диспергатора, последовательности добавления и оборудования для диспергирования. Конечный уровень добавления должен определяться путем испытаний в фактической системе смолы.

Как выбрать сшивающий агент?

После того как водная акриловая эмульсия формирует пленку, полимерные цепи все еще могут перемещаться при воздействии воды, растворителей или тепла, если структура сетки недостаточно сшита.

Это может привести к побелению, набуханию, липкости или потере прочности пленки.

К распространенным реакциям сшивания относятся:

• Реакция карбоксильных групп с карбодиимидом;

• Реакция карбоксильных групп с азиридином;

• Реакция гидроксильных групп с вододиспергируемым изоцианатом;

• Реакция эпоксидных групп с карбоксильными или аминогруппами;

• Гидролиз и конденсация силана;

• Реакция самосшивающихся мономеров во время формирования пленки.

Сшивание может улучшить водостойкость, устойчивость к спиртам, растворителям и слипанию. Оно также может сократить срок использования композиции после приготовления.

Некоторые сшивающие агенты необходимо использовать в течение ограниченного периода после добавления, тогда как другим требуется нагрев для завершения реакции. Поэтому при выборе следует учитывать температуру нанесения, условия сушки, способ упаковки и срок хранения.

Можно ли использовать растительные масла и материалы на биологической основе?

Растительные масла, производные касторового масла и некоторые материалы на основе аминокислот могут использоваться для модификации водных акриловых смол.

Эти материалы могут помогать регулировать гибкость пленки, адгезию, термическую стабильность и характеристики отверждения, одновременно снижая использование традиционного нефтехимического сырья.

Однако сырье на биологической основе может различаться по составу, чистоте и реакционной способности. Прямое добавление не всегда приводит к стабильному результату.

Перед использованием следует проверить совместимость с акриловой смолой, стабильность эмульсии, запах, скорость высыхания и характеристики конечной пленки.

Следует ли использовать один или комбинированный метод модификации?

Во многих применениях один метод модификации не может решить все проблемы с эксплуатационными характеристиками.

Полиуретан может улучшить гибкость, однако для водостойкости все еще может потребоваться дополнительная система сшивания. Эпоксидная смола может улучшить адгезию к металлу, но устойчивость к атмосферным воздействиям на открытом воздухе все еще зависит от структуры акрила. Нанодиоксид кремния может повысить твердость, но диспергирование и межфазная совместимость по-прежнему зависят от рецептуры смолы.

К распространенным подходам комбинированной модификации относятся:

• Полиуретан и силикон для баланса гибкости и водостойкости;

• Эпоксидная и акриловая смола для сочетания адгезии с атмосферостойкостью;

• Нанодиоксид кремния и система сшивания для улучшения твердости и химической стойкости;

• Силикон и фтор для улучшения водоотталкивания и устойчивости к загрязнениям.

Комбинированная модификация может одновременно регулировать несколько свойств, но также повышает сложность рецептуры, требования к процессу и стоимость сырья.

Что следует подтвердить перед модификацией?

Какова основа?

Металлы, бумага, древесина, текстиль, PET, BOPP и PVC имеют разные свойства поверхности. Их требования к адгезии и формированию пленки также различаются.

Какие эксплуатационные характеристики необходимо улучшить?

Сначала при разработке состава следует определить, является ли основной проблемой водостойкость, адгезия, твёрдость, образование плёнки при низкой температуре, стойкость к истиранию или химическая стойкость.

Разные проблемы требуют разных подходов к модификации.

Как будет наноситься и высушиваться продукт?

Сушка при комнатной температуре, термическое отверждение, высокотемпературное ламинирование и нанесение при низкой температуре требуют различных структур смол и систем сшивания.

Требуется ли длительное хранение?

Некоторые двухкомпонентные системы и высокореакционные сшивающие агенты имеют ограниченный срок использования после смешивания.

Должно ли покрытие оставаться прозрачным?

Наноматериалы, некоторые эпоксидные смолы и определённые силиконовые материалы могут влиять на внешний вид эмульсии или прозрачность готовой плёнки.

Приемлема ли стоимость состава?

Фторсодержащие материалы, специальные полиуретановые дисперсии и функциональные наноматериалы могут увеличивать стоимость состава. Их применение должно соответствовать позиционированию конечного продукта.

Распространённые проблемы эксплуатационных характеристик и варианты модификации

Модификацию акриловой смолы на водной основе не следует оценивать только по результату одного испытания.

Повышение твердости может снизить гибкость, а увеличение степени сшивания может сократить срок жизнеспособности смеси. Лабораторные испытания могут помочь определить правильное направление разработки состава, но окончательные характеристики все равно должны быть подтверждены при использовании фактической основы, производственного процесса и условий эксплуатации.

Sinograce Chemical поставляет водные акриловые эмульсии, водные полиуретановые дисперсии, сшивающие агенты, смачивающие агенты и другие функциональные добавки для покрытий, красок, клеев, обработки текстиля и применения в бумажной промышленности. Перед полномасштабным использованием продукты следует протестировать в условиях фактической основы и технологического процесса.