Получение порошковых красок суспензионной полимеризацией мономернаполненных систем

Процесс получения порошковых красок методом сухого смешения компонентов или сплавления с последующим измельчением имеет ряд недостатков: неравномерное распределение наполнителя, необходимость применения высоких температур при сплавлении, многостадийность. В связи с этим представляет интерес получение порошковых красок, в частности акриловых, путем суспензионной полимеризации мономернаполненных систем, что позволяет упростить технологический процесс и устранить применение высоких температур.

Качество порошковой краски зависит от условий проведения суспензионной полимеризации. Известно, что стабильность дисперсии полимера, размер частиц и степень полидисперсности связаны с рядом факторов: скоростью перемешивания, объемным соотношением мономерной и водной фаз, природой и концентрацией стабилизатора; наличие наполнителя также может оказать большое влияние.

Объектом исследования служила система метилметакрилат (ММА) — двуокись титана марки РО-2 с S_уд = 6,9 м²/г. Полимеризацию проводили в реакторе с плоскостной мешалкой. В качестве стабилизатора суспензионной полимеризации был выбран поливиниловый спирт (ПВС) концентрацией 0,5%, инициатором — перекись бензоила. Для устойчивости дисперсии мономер — наполнитель вводили сополимер бутилметакрилата с метакриловой кислотой в количестве 3%.

Размер частиц и степень их полидисперсности оценивали по данным ситового анализа. Содержание пигмента в краске определяли по количеству золы после сожжения.

В таблице показано содержание пигмента по фракциям Р_п (%) в зависимости от количественного наполнения мономерной фазы Р (%), при объемном соотношении фаз 1 :4 и скорости перемешивания 500 об/мин. Как видно из таблицы, при увеличении количества пигментов в системе до 33% его содержание в основных фракциях, составляющих 90% от общего выхода, незначительно отклоняется от исходного (±3%), что указывает на относительно равномерное распределение пигментов по фракциям. При большом количестве пигмента в мономерной фазе наблюдается заметное отклонение его содержания в различных фракциях, по-видимому, связанное с агрегацией частиц пигмента и выпадением их из системы. Агрегация частиц является следствием недостаточной устойчивости дисперсии мономер — наполнитель.

Содержание пигмента в мономерной фазе оказывает влияние на средний размер (R_cр) и степень полидисперсности образующихся частиц. Так, очевидно, уменьшение среднего размера частиц с увеличением содержания пигмента до 33% обусловлено ростом плотности системы, что приводит к уменьшению объема частиц, способного удержать защитный коллоид. Дальнейшее увеличение содержания пигмента в мономерной фазе связано с недостаточной устойчивостью ее, в результате чего образуются частицы с разной степенью наполнения.

Как и следовало ожидать, при увеличении скорости перемешивания от 300 до 600 об/мин наблюдается уменьшение R_cр и степени полидисперсности частиц, причем содержание пигмента по фракциям незначительно отклоняется от исходного. При перемешивании со скоростью >600 об/мин происходит «выбрасывание» пигмента из частицы за счет его относительно большей плотности (4,2 г/см³) по отношению к ММА (0,964 г/см³) и образуется полимер в виде латекса, практически не содержащий пигмента.

Значительно меньшее влияние на R_cр и степень полидисперсности оказывает объемное соотношение мономерной и водной фаз: при увеличении его от 1 :3 до 1:8 наблюдается незначительное уменьшение R_ср и степени полидисперсности. Это объясняется тем, что с увеличением содержания водной фазы уменьшается вероятность столкновения частиц и увеличивается общее содержание защитного коллоида, что приводит к уменьшению R_cр. С изменением соотношения фаз распределение пигмента по фракциям практически не меняется.

Таким образом, введение пигмента в мономерную фазу оказывает существенное влияние на характер распределения и размер образующихся частиц в процессе полимеризации. На основании этих данных и полученных ранее удалось разработать рецептуру порошковой акриловой краски с заданным комплексом свойств.

Авторы: Л. В. Козлов, С. М. Алексеев (ГИПИ ЛКП)