Новая нанодисперсия для герметиков и грунтовок способствует повышению проникающей способности, адгезии и защиты

Лучиана Вакеро
12.07.2021 237

Компания Archroma разработала новую эмульсию на основе тройного сополимера под названием Mowilith® LDM 2801 с распределением размера частиц в диапазоне 35-50 нм.

Традиционные эмульсии, доступные на рынке, характеризуются размером частиц более 100 нм (140-200 нм), причем некоторые частицы уже консолидированы в покрытии. Новые наноэмульсии имеют диаметр частиц менее 70 нм.1

При размере частиц ниже 30 нм они, как правило, полупрозрачны или прозрачны, поскольку частицы меньше длины волны видимого света.2 По сравнению с традиционными системами наноэмульсии обеспечивают ряд преимуществ.

Подробное описание можно найти в литературе.1,3,4

Одно из основных преимуществ наноэмульсий – это более высокая проникающая и консолидирующая способность, поскольку более мелкие частицы содействуют проникновению, а большое количество частиц увеличивает число участков привитой сополимеризации.5

Компания Archroma разработала новую эмульсию на основе тройного сополимера под названием Mowilith® LDM 2801 с распределением размера частиц в диапазоне 35-50 нм. Этот продукт имеет следующие характеристики: температура стеклования (Tg) 5 °C, минимальная температура пленкообразования (MFFT) ниже 5 °C, содержание сухого вещества около 33%, вязкость ниже 100 сП, что способствует проникновению. Тем не менее, для увеличения проникающей способности рекомендуется минимальное разбавление.

При разработке продукта компания соблюдала свою “концепцию низкого уровня выбросов”. Эта концепция включает 7 основных экологических принципов: без растворителей, без алкилфенолэтоксилатов (APEO), без токсичных соединений, слабовыраженный запах, без аммиака, низкое содержание летучих органических соединений (ЛОС) и низкое содержание формальдегида. Благодаря новой нанодисперсии можно получить более экологически безопасные герметики и грунтовки без необходимости в коалесцирующих добавках.

Как отмечалось выше, наноэмульсии обладают более высокой проникающей способностью в пористых подложках. При использовании материалов из сосны анализ методом оптической микроскопии показал, что традиционная эмульсия обеспечивает проникновение примерно на два клеточных слоя, в то время как наноэмульсия (50 нм) достигает от трех до шести слоев. Также отмечается разница в образовании поверхностной пленки.

В традиционных эмульсиях пленкообразование концентрируется преимущественно на поверхности подложки, тогда как для наноэмульсий образование полимерной пленки имеет тенденцию концентрироваться внутри поверхности подложки.

Эта характеристика имеет важное значение для приготовления и применения высокоэффективных герметиков и грунтовок/усилителей адгезии на основе наноэмульсий.

Рисунок 1. Преимущества высокоэффективных герметиков и грунтовок/усилителей адгезии, изготовленных на основе наноэмульсий.

На рисунке 1 продемонстрированы некоторые преимущества:

  • консолидация отдельных частиц и предотвращение разрыва;
  • предотвращение миграции влаги;
  • снижение абсорбции подложки для улучшения характеристик нанесения / кроющей способности (оптимизация расхода);
  • предотвращение выцветания / миграции солей и щелочей. Дополнительная защита покрытой подложки;
  • усиление адгезии покрытия.

Герметики и грунтовки/усилители адгезии, как правило, используются для подготовки подложки к нанесению верхних слоев покрытия и повышают адгезию финального покрытия к подложке.

В данной статье описываются исследования, демонстрирующие преимущества использования указанных выше дисперсий на основе наночастиц, а также рассматриваются другие подложки, такие как древесина, каменная кладка, бетон, фиброцемент, керамическая плитка, полы и штукатурка. Другие материалы и методы нанесения, для которых требуются соответствующие условия, можно применять для повышения эксплуатационных характеристик продукта, в том числе с использованием добавок.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ РАБОТА И РЕЗУЛЬТАТЫ

Данное исследование состоит из экспериментальных работ, которые демонстрируют преимущества, описанные в разных ситуациях.

Защита внутри подложки (не только внешняя) – абсорбция благодаря капиллярному действию и проникающей способности Испытание на капиллярную абсорбцию проводили с использованием обычного герметика, имеющегося в продаже, и Mowilith LDM 2801 на цилиндрических гипсовых блоках. Упомянутые выше гипсовые материалы частично погружали в слой толщиной 1,5 см окрашенного герметизирующего раствора с содержанием сухого вещества 10% и выдерживали в течение 3 часов.

После этого образец сушили при температуре 100 °C в течение 2 часов до постоянной массы и анализировали миграцию полимера, водонепроницаемость и конечную массу абсорбированного полимера. Интересно, что весь раствор Mowilith LDM 2801 полностью абсорбировался через 17 минут.

Рисунок 2. Оценка абсорбционной способности и водонепроницаемости – Mowilith LDM 2801 в сравнении с обычным герметиком, имеющимся в продаже.

На рисунке 2 можно увидеть, что фактическое капиллярное впитывание нанопродукта происходило примерно на 7 см от гипса, тогда как обычный герметик образовал тонкую пленку только на подложке, на контактной поверхности с продуктом.

Для оценки проникающей способности выполнялось следующее испытание. В цилиндрический гипсовый блок добавляли 1,0 г герметика с содержанием сухого вещества 10%, используя трубку диаметром 1 см, и выдерживали систему в течение 2 часов. Затем подложку высушивали и оценивали проникающую способность по поперечному сечению. Из рисунка 3 видно, что проникающая способность Mowilith LDM 2801 (1,1 см) примерно в четыре раза больше, чем у обычного герметика, имеющегося в продаже (0,3 см).

Рисунок 3. Абсорбция – Mowilith LDM 2801 в сравнении с обычным герметиком, имеющимся в продаже.

Проделанная работа демонстрирует, что приготовление высокоэффективного герметика с Mowilith LDM 2801 обеспечивает повышение таких характеристик, как проникающая способность и капиллярное впитывание продукта на подложке.

Поверхностная пленка не образуется, в противном случае она подвергалась бы внешнему воздействию с последующим разрушением покрытия и герметика. Такое проникновение и образование пленки внутри подложки также способствует консолидации свободных частиц и предотвращает разрушение подложки, обеспечивая механическую прочность и долговечность.

Усиление адгезии и водостойкости/водонепроницаемости В данной работе оценивалось усиление адгезии после нанесения герметика или финишной грунтовки, с использованием Mowilith LDM 2801 (разбавление: 1 часть продукта к 2 частям воды) или без какой-либо обработки.

Испытание выполнялось на бетонной подложке в соответствии со стандартом ABNT NBR 11003, Краски – определение адгезии.6 Отметим, что, хотя это и не требовалось, применялись две методики определения адгезии: X-образные надрезы и решетчатые надрезы.

Во всех ситуациях после нанесения герметика на бетонную подложку, а также на образец без герметика, было нанесено три слоя высококачественной краски. Для выполнения адгезионного испытания система выдерживалась для высыхания в течение 24 часов с момента нанесения последнего слоя покрытия.

Рисунок 4. A: Водопоглощение на бетонной подложке без предварительной обработки. B: Испытание на адгезию методом решетчатых надрезов. C: Испытание на адгезию методом Х-образных надрезов.

На рисунке 4 показана абсорбция капли воды на необработанной бетонной подложке; после обработки обычным герметиком (рисунок 6) и Mowilith LDM 2801 (рисунок 8).

При любой обработке происходит резкое снижение водопоглощения, однако, для этой цели, обычный герметик образует на поверхности глянцевую пленку, в то время как наногерметик образует пленку внутри подложки, обеспечивая повышенную защиту.

На рисунках 8-B и 8-C представлены результаты адгезионных испытаний при использовании нанопродукта. Обычный герметик (рисунки 6-B и 6-C) также улучшает характеристики по сравнению с образцами без предварительной обработки (рисунки 4-B и 4-C), но по-прежнему не превосходит Mowilith LDM 2801.

Рисунок 5. Изображение бетонной подложки (серого цвета) с нанесенным покрытием, но без использования герметика: недостаток адгезии покрытия, уязвимость подложки.

Из рисунков 4 и 5 видно, что в системах без предварительной обработки наблюдается недостаток адгезии между нанесенным покрытием и подложкой; покрытие не защищает подложку от атмосферных воздействий.

Рисунок 6. A: Бетонная подложка обработана обычным цветным герметиком; водопоглощение. B: Испытание на адгезию методом решетчатых надрезов. C: Испытание на адгезию методом Х-образных надрезов.

Рисунок 7. Изображение бетонной подложки (серого цвета) + обычный герметик (зеленый) + покрытие (белое): улучшение адгезии покрытия; однако при недостаточной адгезии покрытия к поверхностному герметику существует уязвимость подложки.

На рисунках 6 и 7 обычный герметик выполняет функцию усилителя адгезии. В этом случае на поверхности образуется глянцевая пленка герметика, которая, будучи поверхностной, подвергается любым воздействиям вместе с покрытием. При этом подложка также остается уязвимой к любым погодным воздействиям.

Рисунок 8. A: Подложка обработана разбавленным цветным герметиком Mowilith LDM 2801; водопоглощение. B: Испытание на адгезию методом решетчатых надрезов. C: Испытание на адгезию методом Х-образных надрезов.

Рисунок 9. Изображение бетонной подложки (серого цвета) + герметик Mowilith LDM 2801 (зеленый) + покрытие (белое): улучшенная адгезия покрытия; при недостаточной адгезии покрытия подложка по-прежнему защищена пленкой герметика, образованной внутри нее.

На рисунках 8 и 9 видно, что использование герметика на основе наночастиц обеспечивает защитную пленку, которая образуется внутри подложки и при этом выполняет функцию усилителя адгезии. При возникновении проблем с покрытием пленка, образованная внутри подложки, по-прежнему защищает ее. Обеспечивается повышенная защита и долговечность подложки.

Таким образом, можно сделать вывод, что герметик Mowilith LDM 2801, нанесенный в качестве грунтовки, способствует улучшению адгезии и эксплуатационных характеристик по сравнению с традиционными материалами.

Кроме того, он обеспечивает дополнительную защиту подложки в случае повреждения покрытия и снижает абсорбцию воды благодаря водоотталкивающим свойствам.

На сегодняшний день все более актуальным становится вопрос долговечности и срока сохранности конструкций и поверхностей. В связи с этим в данной статье была предпринята попытка собрать серию экспериментов на основе передовых материалов, чтобы рассмотреть решения по увеличению долговечности этих конструкций и поверхностей. Существует три основных свойства, которые лежат в основе оптимальной защиты подложек и наблюдаются при использовании герметиков или высокоэффективных грунтовок, изготовленных с наноэмульсией Mowilith LDM 2801: высокая проникающая способность, усиление адгезии и водонепроницаемость.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

  1. Черн, К.С.; Принципы и сферы применения эмульсионной полимеризации, изд. Wiley, 2008 г.; Дэниеел, Дж.К.; Пичот, К. (ред.). Les Latex Synthétiques, изд. Lavoisier, 2006 г.; Ван Херк, А. (ред.). Химия и технология эмульсионной полимеризации, изд. Blackwell, 2005 г.
  2. МакКламентис, Д.Дж. Наноэмульсии и микроэмульсии: технология, сходство и различия; Королевское химическое общество, журнал Soft Matter, 8 (2012 г.) 1719-1729.
  3. Мадер, А.; Антониетта, С. Нанолатексы: применение в строительстве, журнал Pitture and Vernici 86 (2) (2008 г.) 31.
  4. Коллоидные полимеры, под ред. Элаиссари, А., изд. Dekker 2003 г., Глава 3, Ni, P.; Fu, S.; Подготовка микролатексов с использованием полимерных или смешанных ПАВ; Глава 7, Ларпент, К. Микроэмульсионная полимеризация, методы синтеза наночастиц с четко определенной функциональностью.
  5. Мадер, А.; Широ, А.; Брисчетто, Пиццо, М.Б. Взаимодействие и проникновение полимеров и нанолатексов в деревесину: обзор, журнал Progress in Organic Coatings 71 (2011 г.) 123-135.
  6. Стандарт ABNT NBR 11003, Краски — Определение адгезии.

Лучиана Вакеро, химик и специалист по техническому применению и обслуживанию Компания Archroma, Сан-Паулу, Бразилия

Связаться с нами

Готово, ваша заявка успешно отправлена.
Ошибка, попробуйте обновить страницу и попробовать снова.

Вам будет интересно

Мягкая упаковка для клеев и герметиков
Мягкая упаковка для клеев и герметиков
В сфере мягкой упаковки происходит постоянное совершенствование упаковочного оборудования, используемых материалов, различных пистолетов и дозирующих…
Бретт Винс
01.02.2021
403
Инновационный метод отверждения кузова автомобиля изнутри
Инновационный метод отверждения кузова автомобиля изнутри
Системы сушильных печей используются в цехах по покраске автомобилей для термического отверждения различных материалов, применяемых…
Джим Паккала, Dürr Systems, Inc.
12.05.2021
225
Современная конструкция с экологически чистой технологией уплотнения
Современная конструкция с экологически чистой технологией уплотнения
Передовые системы дистанционных рамок для экологического строительства.
Брайан Р. Уайт
21.12.2021
367
Шэньчжэньский технологический центр исследует материалы для электроники
Шэньчжэньский технологический центр исследует материалы для электроники
Toyo Ink SC Holdings Co., Ltd., головная компания токийского производителя специализированных материалов Toyo Ink Group,…
12.08.2022
67
Ледяной товар: предварительно смешанные и замороженные в упаковках клеи и герметики
Ледяной товар: предварительно смешанные и замороженные в упаковках клеи и герметики
Предварительное смешивание многокомпонентных смол и замораживание в специальных упаковках обеспечивает высокую надежность и удобство использования.
Джейми Эллсворд
21.12.2020
437
14-я международная специализированная выставка «ПОЛИУРЕТАНЭКС»
14-я международная специализированная выставка «ПОЛИУРЕТАНЭКС»
С 28 по 30 марта 2023 года Выставочная Компания «Мир-Экспо» проводит 14-ю международную специализированную выставку…
01.11.2022
42
Как стабилизаторы повышают долговечность?
Как стабилизаторы повышают долговечность?
Материалы, входящие в состав клеев и герметиков, зачастую должны быть защищены от разрушения с помощью…
Бенно Бликенсторфер
26.11.2020
145
Защитная отделка поверхности после нанесения цинковых и цинк-никелевых покрытий
Защитная отделка поверхности после нанесения цинковых и цинк-никелевых покрытий
Взгляд изнутри на дополнительную отделку после нанесения цинковых и цинк-никелевых покрытий.
Дуг Трагесер
15.12.2021
412
Конструкция спинок кресел из композиционных материалов для автомобилей Toyota Tundra получила награду Altair Enlighten Award в 2022 году
Конструкция спинок кресел из композиционных материалов для автомобилей Toyota Tundra получила награду Altair Enlighten Award в 2022 году
Компании BASF, Flex-N-Gate, L&L Products и Toyota упростили сборку конструкции из стали, сократив количество деталей…
03.09.2022
57