Что же работает? Различные подходы к устойчивости к загрязнению

Проблема совершенствования устойчивости к загрязнению не является новой проблемой. Практически с того самого момента, как компании начали наносить покрытия, они начали изучать способы придания им меньшей привлекательности для частиц грязи и пыли.

Самым простым способом повышения устойчивости к загрязнению является повышение температуры перехода в стеклообразное состояние (Tg) покрытия, что позволяет быстрее создавать значительно более твердое поверхностное покрытие.3 У такого подхода множество недостатков. Во-первых, он неприменим для эластомерных продуктов, таких как белые кровельные покрытия, для которых необходимы удлинение и гибкость. Вторым недостатком является, то, что для повышенной температуры перехода в стеклообразное состояние обычно необходима и более высокая концентрация VOC в рецептуре по сравнению с составами, использующими покрытия с более низкой Tg. А это прямо противоречит требованию относительно уменьшения содержания летучих органических веществ, которые правительственные постановления предъявляют к создателям рецептур красок. На рисунке 4 показан результат воздействия изменения Tg латекса в составе покрытия на устойчивость к загрязнению. Здесь латексы с более низкой Tg дали и худшую DPR (более низкие значения означают лучшую DPR). Здесь следует также отметить, что воздействие ультрафиолетовых лучей (измеренное в часах с использованием камеры ускоренного выветривания QUV) может оказать положительное воздействие на DPR за счет затвердения поверхности пленки при наличии соответствующих ультрафиолетовых сшивателей.

В число прочих исторических методов входят:

• Использование высоко сшитых полимеров, которые дают низкую липкость поверхности, препятствующую проникновению пыли. Хотя этот метод широко используется при работе с автомобильными покрытиями, использование при работе с эластомерными и архитектурными покрытиями создает целый ряд особых проблем, поскольку здесь необходимо сохранять удлинение, что делает этот метод менее адекватным.4

• Увеличение концентрации красителя (PVC) является еще одним методом создания более твердой поверхности и повышения устойчивости к загрязнению за счет уменьшения количества полимера на поверхности окончательного покрытия. Тем не менее, увеличение концентрации красителя со значительным превышением критического объема концентрации красителя (CPVC) дает обратный эффект. Образуется большее количество пор, и проблема с загрязнением становится еще серьезнее. 5

• Использование более высоких концентраций органических замутнителей дает более твердую поверхность с повышенной гидрофобностью. Хотя устойчивость к загрязнению и повышается, большая твердость покрытия делает этот метод неэффективным для эластомерных применений.6

• Вещества, вызывающие фотокаталитическое разложение, обычно не используются, поскольку, несмотря на то, что они эффективно повышают устойчивость к загрязнению, они потенциально могут вызвать разложение и латексного вяжущего вещества, сокращая, тем самым, срок эксплуатации покрытия. 7

• Многоступенчатые полимеры являются относительно новой технологией, при реализации которой используется смесь полимеров с различными диапазонами Tg, что в результате дает смесь твердых и мягких сегментов. Тем не менее, на сегодняшний день для этой технологии также не удалось преодолеть те же проблемы, которые обычно стоят перед разработчиками рецептур, особенно, в том, что касается свойств удлинения, в особенности, после тепловой обработки 8,9

• Технология нанесения гидрофобного покрытия является одной из самых многообещающих для получения устойчивости к загрязнению. В гидрофобном покрытии вода собирается в капли более охотно и сохраняет высокое поверхностное натяжение, что не дает воде осуществлять пластификацию пленки. Недостатком здесь является то, что у покрытий с использованием гидрофобных материалов легко образуются полосы. 10

Помимо этих методов исследователи разработали и более современные решения в рамках науки о полимерах, включая покрытия с уникальными физическими параметрами поверхности, которые от природы отталкивают грязь и пыль. В то же время компании продолжают экспериментировать с неполимерными решениями, такими как самоочищающиеся поверхности.

Новые исследования – разработка современных технологий, полимеров и добавок

В компании Dow Coating Solutions изучают новые решения на основе химии с использованием множественности подходов к проблеме. Решая данную проблему с точки зрения особенностей применения и географии его использования, компания работает с материалами, которые способны удовлетворять специальным требованиям без ущерба для эксплуатационных характеристик.

Так, например, в Северной Америке одной из отраслей, в которой быстрее всего растет потребность в повышении устойчивости к загрязнению, является отрасль по производству эластомерных кровельных покрытий. На этом рынке не подойдет решение, которое функционирует на основе угнетения удлинения или эластичности. Точно также не подойдет и решение, которое существенно повышает содержание VOC в рецептуре, поскольку существует национальная тенденция к снижению содержания VOC. Для того, чтобы решить проблемы для этого рынка, необходимо совершенно новое решение.

Используя существующие и внутренние протоколы испытаний и измерений, исследователи технологий устойчивости к загрязнению стремятся определить для таких применений как можно больше параметров поверхности и внешних факторов. В результате таких исследований создаются модели, на основе которых компания сможет запустить в промышленное производство новые решения для своих продуктов. Такие модели создаются на основе учета множества факторов, включая географические соображения, типы загрязнения, особые потребности заказчика и так далее. 11,12. Кроме того, в компании изучают варианты для различных применений, включая архитектурные покрытия с низким содержанием VOC и системами внешней изоляции и поверхностного покрытия (EIFS).

Выводы

В деле разработки новых решений в области повышения устойчивости к загрязнению существует несколько препятствий, которые еще предстоит преодолеть. Во-первых, следует разработать новые аналитические стандарты и инструменты. Во-вторых, для каждого географического региона и применения имеются свои специфические требования, которые не всегда совпадают. И, наконец, хотя на рынке имеются определенные решения, они не могут применяться там, где необходимо сохранение удлинения и эластичности покрытия.
Улучшение устойчивости к загрязнению имеет решающее значение для дальнейшего продвижения в деле разработки новых применений по всему миру, таких как эластомерные кровельные покрытия, архитектурные краски с низким содержанием VOC и новые строительные проекты в странах с развивающейся экономикой. Продолжение исследований и создания новых продуктов существенны для дальнейшего продвижения в этой области.

Джеральд Вандезанд
Джеральд Вандезанд, глава Global Coatings Product Development | Dow UCAR Emulsion Systems, Кэри, Северная Каролина

Ссылки
1. Vandezande, G. Paint and Coatings Ind. 2007, 9, 116.
2. Vandezande, G. International Coatings Exposition preprint, 2007.
3. Xuanyl, L. European Coatings J. 2000, (12):32.
4. Smith, A.; Wagner, O. JCT 1996, 68(862).
5. Wagner, O.; Baumstark, R. Macromol. Symp., 2002, 187, 447.
6. Bhagwat, G.A. Paintindia 2001, 51(12):35.
7. Parkin, I.P. J. Mater. Chem., 2005.
8. Gebhard, M.S. Macromol. Symp., 2002, 187, 771.
9. Adamson, L.A. Proceedings of FSCT, (79th):84 (2001).
10. Ludwick, F. Asia Pacific Coatings J. 2003, 16(6) 20.
11. Bagda, E. Soiling of exterior wall coatings, FATIPEC Congress 2000 25th 2: 299 (2000).
12. Peters, A.; Shultz, H.; Kreyling, H.; W.G. und Whichmann H.E. Staub, Dust and Dust Constituents/fine and ultra-fine particles) in Wichmann.Schlipkoter.Fullgraff Handbuch der Umweltmedizin-14 Erg.Lfg. 10/98.

www.newchemistry.ru