Tipuri de vopsele pe baza de rasini alchidice diluabile cu apa

TIPURI DE VOPSELE PE BAZA DE RASINI ALCHIDICE DILUABILE CU APA

1.  STRUCTURA CHIMICA A RASINII

Tendinta actuala pe plan mondial este de reducere drastica a emisiilor nocive. Legislatia europeana comunitara contine prevederi exprese privind reducerea folosirii substantelor peliculogene avand in componenta compusi organici volatili [59].

Alchidicele pe baza de solventi au avantaje certe comparativ cu dispersiile apoase mai ales in ceea ce priveste luciul, aderenta, etalarea, asa cum se observa in tabelul 2.23.

Tabelul 2.23. : Proprietatile Rasinilor aqlchidice pe baza de solventi

Dispersabilitatea in apa a rasinilor poate fi realizata in principiu in doua moduri [60] :

• Extern – prin introducerea unor emulgatori si a unor coloizi de protectie;
• Intern – prin modificarea structurii chimice a rasinii in sensul maririi de grupe hidrofile.

Incorporarea unui emulgator intr-o dispersie apoasa de rasina alchidica influenteaza proprietatile peliculogene ca timpul de uscare, sensibilitatea la apa a filmului uscat, etc. ceea ce conduce la aparitia problemelor de manipulare si depozitare.

Datorita acestor considerente, se prefera emulsionarea rasinii alchidice prin incorporarea unor grupe hidrofile in catena rasinii.

Rasinile de acest tip sunt polielectroliti cu grupe acide care devin rasini dispersabile in apa avand ca agent de neutralizare amoniac sau diverse amine.

Rasinile rezultate sunt polianionice [59].

Solubilitatea in apa poate fi sporita prin incorporarea de noi componente hidrofile.

EXEMPLU DE HIDROFILIZARE :

Compusii folositi :

acizi grasi de ulei de ricin, acizi grasi de in ;

componenta hidroxilica triolica – trimetilolpropanul ;

compus carboxilic trifunctional – anhidrida trimelitica.

Etapele hidrofilizarii

1. Faza I de poliesterificare

Pentru reducerea timpului de uscare s-au utilizat acizi grasi cu nesaturare mare. Cel mai utilizat acid dicarboxilic este acidul izoftalic care confera proprietati peliculogene bune, iar ca si componenta hidroxilica triolica este recomandat trimetilolpropanul care confera stabilitate dispersiei apoase de rasina cat si proprietati anticorozive foarte bune. Controlul reactiei de poliesterificare s-a realizat prin intermediul indicelui de aciditate, existand un interval optim de intrerupere a sintezei, in acesta faza– intervalul [a].

Figura 2.20. : Variatia indicelui de aciditate in faza I de poliesterificare

2.       Faza II de poliesterificare

In acesta faza se modifica structura rasinii alchidice obtinuta in prima faza de poliesterificare, prin introducerea unui component trifunctional cum ar fi anhidrida trimelitica care conduce la structuri tridimensionale conferind o duritate marita peliculei, iar pe de alta parte introduce functionalitatea necesara pentru dispersarea in apa a polimerului in urma unei reactii de neutralizare cu o amina adecvata. Structura obtinuta este reprezentata astfel:

Controlul reactiei de poliesterificare in acesta faza s-a facut prin intermediul indicelui de aciditate

Figura 2.21. : Variatia indicelui de aciditate in faza II de poliesterificare

3.       In final se dilueaza cu 10-20% solvent organic.

4.       Existenta grupelor carboxilice libere confera posibilitatea neutralizarii acestora cu o amina tertiara, structura obtinuta fiind reprezentata astfel:

Rasina rezultata este dispersabila in apa, putand fi diluata cu apa demineralizata pana la consistenta convenabila aplicarii [60].

A fost studiata influenta continutului de anhidrida trimelitica asupra timpului de uscare la aer al peliculei. S-a observat ca la un continut de anhidrida trimelitica de 0,45-0,56 moli, timpul de uscare la aer se reduce la 90 minute, dupa cum se observa in figura urmatoare.

Figura 2.22. : Timpul de uscare al peliculei

Umiditatea atmosferica influenteaza in masura evidenta uscarea filmului la o temperatura joasa (8⁰C), dispersiile alchidice prezentand o intarziere cu 30 minute. Uscarea in profunzime nu este afectata de umiditatea atmosferica si nici de temperatura ambianta, asa cum se observa in figura urmatoare.

Figura 2.23. : Influenta umiditatii atmosferice asupra timpului de uscare

Liantii RESYDROL cu uscare la cald sunt rasini alchidice, poliesterice si acrilice, solubile in apa, continand atat elemente hidrofile cat si elemente hidrofobe si care nu necesita agenti de solubilizare [61]. Schema a lor este redata in figura 2.24..

Figura 2.24. :

unde :

P = poliester natural ; E = rasina epoxidica ; A = rasina alchidica

Ele sunt dispersii coloidale si au un aspect usor laptos la livrare.

In functie de greutatea moleculara si marimea particulelor suspendate ele se situeaza intre solutiile reale (ca rasinile solubile in apa cu aciditate mare) si dispersii. Curba vascozitatii rasinilor functie de dilutie este reglata, fara anomalii datorate umflarii.

In combinatie cu rasinile melaminice de tip hexametoximetilenaminice, rasinile alchidice sau poliesterice corespunzator modificate cu rasina epoxidica, cum ar fi RESYDROL VNE 5198/35, sunt ideale pentru grunduri anticorozive.

Liantii RESYDROL solubili in apa, cu uscare la aer sunt de trei tipuri, si anume :

• emulsii de rasini alchidice conventionale obtinute cu emulgatori si stabilizatori coloidali. Astfel de produse sunt rar utilizate deoarece pigmentarea este foarte dificila
• rasini alchidice solubile in apa cu un indice de aciditate mare (intre 40-80 KOH/g) si un continut relativ mare de solventi organici compatibili cu apa, cum sunt butilglicolul sau metoxipropanolul. Solubilizarea in apa este realizata prin neutralizarea grupelor carboxilice cu baze aminice.
• rasini alchidice autoemulsionate. Aceste rasini contin grupe hidrofile care asigura emulsionarea liantului fara adaos de emulgator extern. Datorita indicelui de aciditate scazut (sub 20) curba de dilutie a acestor rasini nu prezinta fenomene de umflare ca al rasinilor cu aciditate mare.

Fgura 2.25. :

Continutul total de solvent si agent de neutralizare al peliculei pe baza de rasini autoemulsionate este mai mic de 5%

Rezistenta la saponificare si la depozitare a acestor rasini este imbunatatita prin introducerea in molecula, de monomeri acrilici si metacrilici, care reactioneaza cu acidul linoleic.

Intre gruparile carboxil ale acidului acrilic sau metacrilic si gruparile esterice ale acidului linoleic se gasesc catene alifatice nesaponificabile formate din ultimii 11 atomi de carbon, care protejeaza monoesterii acidului ftalic impotriva saponificarii. De fapt, acestia din urma, nu mai apar la suprafata, particulele emulsionate fiind transferate in interior [61].

Rasinile alchidice nemodificate nu sunt prea utilizate in obtinerea de vopsele solubile in apa cu uscare la aer [4].

Rasinile cu uscare mai rapida si cu caracteristici generale imbunatatite se obtin cu urmatoarele trei tipuri de rasini modificate, autoemulsionate :

• rasini alchidice metanizate pentru grunduri ;
• rasini alchidice acrilate pentru emailuri ;
• rasini polibutadienice acrilate pentru produse anticorozive, grunduri de umplut pori si vopsele intermediare.

Rasinile alchidice solubile in apa cu uscare la aer sunt utilizate cu succes in lume la ora actuala in urmatoarele domenii :

• emailuri pentru utilaje ;
• emailuri pentru autobuze si vehicule industriale ;
• emailuri pentru vagoane platforma ;
• grunduru anticorozive ;
• grunduri de umplut pori si de etansare ;
• vopsele intermediare ;
• ca agent de impregnare pentru lemn.

La producerea pe scara industriala a vopselelor solubile in apa sunt necesare precautii de baza :

• adaugarea rasinilor, aditivilor, solventilor si apei, exact in aceasta ordine ;
• controlul pH-ului;
• nu se folosesc pigmenti foarte bazici;
• se utilizeaza numai aditivi specifice pentru rasinile solubile in apa ;
• productia de vopsele alchidice solubile in apa trebuie complet separata de productia de vopsele pe baza de solventi organici ;
• asigurarea unei instalatii de fabricare si a ambalajelor in stare de perfecta curatenie.

Prin utilizarea liantilor hidrosolubili si a vopselelor solubile in apa se reduce poluarea mediului, sunt eliminate riscurile la transport si manipulare, se asigura imbunatatirea conditiilor de munca atat la producator cat si la beneficiar.

Se reduce riscul de incendii si explozii si, in consecinta, costul asigurarilor.

Avand in vedere acesti factori si faptul ca utilizarea solventilor organici este limitata datorita nocivitatii si inflamabilitatilor se prevede o crestere a productiei de lacuri, vopsele si emailuri pe baza de rasini solubile in apa.

2. PIGMENTI SI MATERIALE DE UMPLUTURA

La fabricarea vopselelor solubile in apa se pot utiliza pigmenti si materiale de umplutura cu continut foarte redus de substante solubile in apa, a caror prezenta determina o scadere a rezistentei peliculei la testarea in camera de ceata salina si aparitia de fenomene de ingrosare si gelifiere (mai ales in cazul ionilor polivalenti [4].

Deoarece neutralizarea liantilor alchidici solubili in apa se face cu amoniac sau amine (specifice pentru fiecare rasina in parte), este necesara utilizarea unor pigmenti stabili in intervalul de pH = 7-9.

Pigmentii trebuiesc alesi cu grija (chiar si tipul de bioxid de titan in functie de modul de tratare superficiala) pentru a asigura o dispersare buna in rasina si stabilitatea dispersiei mai ales la dilutiile mari utilizate de exemplu in electrodepunere (solutii 10-15% substante solide). Raportul pigment-rasina este de obicei sub 2 :1.

Ca pigmenti anticorozivi se folosesc siliconatul bazic de plumb, cromatul de strontiu, cromatul de bariu, cromatul de plumb si tetraoxicromastul de zinc.

De asemenea trebuiesc luate in considerare toate indicatiile date de producatorul rasinii solubile in apa. In prealabil este necesara efectuarea de teste privind stabilitatea culorii, tendinta de sedimentare si stabilitatea la depozitare.

Toti pigmentii anorganici pot fi in principiu utilizati mai ales daca nu sunt stratificati cu oxid de zinc, respectiv puternic bazici.

Rezultate deosebite dau toti pigmentii organici cu stabilitate de culoare indepententa de pH.

Majoritatea materialelor de umplutura pot fi usor utilizate. Cele ce contin parti solubile in apa si acide trebuiesc evitate, iar in cazul in care totusi se utilizeaza, scaderea pH-ului va fi corectata printr-un adaos suplimentar de amina.

4. ADITIVI  UTILIZATI LA FORMULARE

Pentru realizarea unor produse de acoperire pe baza de rasini alchidice solubile in apa cu indici calitativi superiori si pentru evitarea unor fenomene nedorite, cum ar fi : spumarea in timpul dispersarii, sedimentarea, pelicule neuniforme, etc., se utilizeaza la formulare o gama variata de aditivi. In literatura de specialitate este indicata utilizarea urmatoarelor categorii de aditivi :

• agenti antispumanti ;
• catalizatori ;
• agenti de intindere si nivelare ;
• agenti de umectare, dispersare si antispalare ;
• sicativi.

4. FABRICAREA GRUNDURILOR, VOPSELELOR S EMAILURILOR PE BAZA

DE RASINI ALCHIDICE SOLUBILE IN APA

Formularea produselor pe baza de rasini solubile in apa este mai delicata decat a produselor solubile in solventi organici. Exista in primul rand o mare varietate de posibilitati de alegere si combinare a diferitelor rasini sintetice existente.

Formularea retetelor de grunduri, vopsele si emailuri pe baza de rasini alchidice solubile in apa se face tinand cont de: domeniul de utilizare al produsului finit, modul de aplicare, conditiile speciale cerute de beneficiar si posibilitatile tehnologice ale producatorului. Deasemenea se tine seama de proprietatile si caracteristicile rasinii, compatibilitatea acesteia cu alte rasini, cu pigmentii si materialele de umplutura si cu aditivii [11].

Alegerea materiilor prime se face pe baza datelor prezentate mai sus.

Utilizarea unor mici cantitati de solventi organici (alcooli, esteri, glicoli) este necesara pentru a asigura o pelicula bine etalata. Deasemenea sunt necesari aditivi pentru dispersare, antioxidanti, antispumanti, etc.

Pentru obtinerea vopselelor solubile in apa se pot utiliza toate agregatele de macinare uzuala, ca de exemplu : masini de frecat cu trei valturi, mori cu perle sau nisip. Spre deosebire de rasinile cu continut de solventi organici trebuiesc respectate cateva particularitati, in rest productia vopselelor solubile in apa este simpla pe o tehnologie simpla. In acest caz se va tine cont de urmatoarele :

• pe instalatiile de frecat cu trei valturi se pot prelucra numai produsele pe baza de rasini care au un continut relativ mare de solventi organici, deoarece numai acestea umecteaza corespunzator valturile din otel. Produsele bogate in apa pot fi finisate numai in mori cu perle sau cu nisip [11]

Figura 2.26. : Schema fabricatiei continue la moara cu perle sau nisip

Figura 2.27. : Schema functionarii masinilor de frecat cu trei valturi

este necesara neutralizarea tuturor liantilor cu amina prescrisa in receptura lacului, deoarece in caz contrar apare o insuficienta solubilitate in apa si datorita acestui fapt apare o umectare necorespunzatoare a pigentilor si a materialelor de umplutura ;

controlul valorii pH-ului intr-o solutie apoasa de proba, de 10-20%, cu pH-metrul ;

adaugarea aditivilor si sicativilor trebuie facuta inainte de diluarea cu apa sau, in caz contrar, cu solutii de sicativi in rasina ce urmeaza sa fie folosita la prepararea produsului finit ;

alegerea corespunzatoare a pigentilor si a materialelor de umplutura. Datorita caracterului alcalin al macinaturii apare necesitatea utilizarii numai a acelor pigmenti si extenderi cu rezistenta in mediul respectiv ;

controlul temperaturii in timpul procesului de fabricatie. Temperatura in timpul dispersarii trebuie sa fie cat se poate de mica pentru a evita pericolul pierderilor prea mari de amina ;

utilizarea unui antispumant la prepararea vopselelor bogate in apa, deoarece prin frecarea unei cantitati prea mari de spuma nu se asigura umplerea corespunzatoare a morii cu perle ;

curatirea agregatelor de macinare si a morilor, deoarece in cazul unor resturi de lianti conventionali, insolubili in apa, respectiv a unor resturi de spalare, apare pericolul formarii de pelicule cu cratere.

Dupa macinare pasta este completata cu restul de liant, cosolventi si apa si bine omogenizata ca la sistemele conventionale, se face un control al vascozitatii si pH-ului, iar daca este necesar se face o corectie prin adaos de amina pentru realizarea pH-ului corespunzator unei bune stabilitati la depozitare.

Apa ce se utilizeaza la formularea procedeului si la diluare trebuie sa aiba o duritate de maxim 18 grade germane. Apa folosita trabuie purificata si dedurizata si se caracterizeaza prin rezistenta ei electrica, fiind necesar sa se utilizeze o apa ce are o rezistivitate de 100000 ohmi . m. De aceea este de preferat diluarea cu apa deionizata sau distilata.

La controlul vascozitatii produselor proaspat preparate (mai ales la controlul timpilor de curgere) se va tine cont de faptul ca spuma, cu aer, care ia nastere in timpul dispersarii pigentilor, poate duce la obtinerea unor valori eronate. In vederea evitarii acestui pericol se va prevedea o pauza de aerisire (de exemplu peste noapte).

In Anexa 1 se prezinta cateva retete orientative de produse de acoperire pe baza de rasini alchidice solubile in apa, furnizate de diferite firme producatoare.