Стабильный силиказоль для повышения твёрдости лакокрасочных покрытий

Коллоидные частицы кремнезема представляют собой твёрдую неорганическую фазу. Ориентировочная собственная твёрдость таких частиц составляет около 5,5 по шкале Мооса. После равномерного распределения в полимерной матрице они способны повышать сопротивление локальной деформации и повреждению поверхности.

Однако твёрдость покрытия и его стойкость к истиранию не являются одной характеристикой. Более жёсткая плёнка может иметь неблагоприятное поверхностное трение, недостаточную эластичность или неравномерно распределённую неорганическую фазу.

В результате рост маятниковой или карандашной твёрдости не гарантирует уменьшения потери ЛКМ при циклическом абразивном воздействии.

Механические характеристики полимер-кремнезёмного нанокомпозита зависят от того, насколько равномерно частицы SiO₂ распределены в связующем и насколько устойчив их контакт с окружающей полимерной фазой.

Для немодифицированного силиказоля образование ковалентных связей с акриловыми или полиуретановыми полимерами не является типичным. В таких системах преобладают физические взаимодействия, обусловленные водородными связями между силанольными группами (≡Si-OH) на поверхности частиц и полярными группами полимера, а также электростатическими силами.

При одинаковом содержании диоксид кремния уменьшение размера частиц приводит к увеличению удельной поверхности и, следовательно, увеличивает площадь межфазного контакта неорганической фазы с полимерной матрицей ЛКМ.

Однако важно различать первичный размер частиц в исходном кремнезоле и их фактическое состояние в готовой лакокрасочной композиции. При введении в связующее возможно образование вторичных агрегатов. Агрегация приводит к резкому снижению эффективной межфазной поверхности, что нивелирует положительный эффект от наноразмерных частиц.

Кроме того, крупные агрегаты, становясь центрами рассеяния света, ухудшают прозрачность и снижают блеск краски или покрытия.

Стабильный силиказоль является коллоидной системой, представляющей собой водную дисперсию коллоидных частиц аморфного диоксида кремния, поэтому совместимость с рецептурой определяется не только химическим составом, но и состоянием поверхности частиц.

Для стабильной работы в водных акриловых и полиуретановых системах необходимо учитывать:

• pH силиказоля и готовой рецептуры
• поверхностный заряд частиц
• электролитный состав
• тип стабилизации
• последовательность смешения компонентов
• изменение вязкости после ввода

Отрицательно заряженные частицы диоксида кремния устойчивы в исходном золе, но могут терять устойчивость при контакте со связующим вследствие изменения параметров среды. Измерение дзета-потенциала является полезным диагностическим инструментом. Хотя общепринятым ориентиром стабильности считается значение дзета-потенциала не менее ±30 мВ (по модулю), универсального числового значения, применимого ко всем типам кремнезолей, не существует.

Критерием пригодности является стабильность именно готовой рецептуры ЛКМ, а не только исходной дисперсии SiO₂.

Царапиностойкое покрытие нельзя проектировать по одному показателю. Повышение твёрдости ЛКМ до максимального значения способно привести к неудовлетворительному балансу других характеристик.

Минимальная схема оценки рецептуры с кремнезолем должна включать:

• твёрдость после нескольких сроков формирования плёнки
• сопротивление абразивному износу
• царапиностойкость
• адгезию
• гибкость и сопротивление механическому разрушению, если эти показатели критичны для конечного изделия
• блеск и мутность для прозрачных и декоративных покрытий
• стабильность жидкой рецептуры при хранении