Какую роль играют выравнивающие добавки в лакокрасочных материалах и печатных красках?

Лакокрасочный завод поставлял мебельной фабрике высокоглянцевый полиуретановый прозрачный лак. Фабрика запустила новую линию распыления и сменила партию грунта, и уже в первую неделю множество дверок шкафов ушло на переделку: покрытие волнилось, как апельсиновая корка, местами появились круглые кратеры, заметные с первого взгляда под лампами. Технолог лакокрасочного завода приехал на место и добавил в лак выравнивающую добавку, и «апельсиновая корка» с кратерами уменьшились. Через две недели пришла новая жалоба: лак, нанесенный после шлифовки и ремонта, плохо держался и при испытании методом решетчатого надреза отслаивался целыми участками. Одна и та же добавка при недостатке оставляла неровную поверхность, а при избытке портила межслойную адгезию, и при первом подборе никто толком не посмотрел ни на ее тип, ни на дозировку.

Какую роль играют выравнивающие добавки в лакокрасочных материалах и печатных красках? Выравнивающая добавка регулирует поверхностное натяжение мокрой пленки, чтобы лакокрасочный материал или печатная краска растеклись и выровнялись до высыхания и пленкообразования; она устраняет «апельсиновую корку», следы кисти, кратеры и пятнистость и повышает блеск. Ее вводят в очень малых количествах, и от правильного выбора типа и дозировки напрямую зависят внешний вид покрытия и его пригодность к перекрытию следующим слоем.

После нанесения лакокрасочного материала или печатной краски на подложку поверхность мокрой пленки покрыта неровностями: распыление оставляет рельеф от капель аэрозоля, валик и кисть оставляют полосы, печать оставляет следы растровых точек и ракеля. До высыхания мокрая пленка должна сгладить эти неровности за счет собственного растекания. Времени на это мало: растворитель испаряется, вязкость растет, идет сшивка, и как только мокрая пленка теряет текучесть, форма поверхности в этот момент фиксируется. Движущая сила розлива — поверхностное натяжение. Поверхностное натяжение всегда стремится свести поверхность жидкости к минимальной площади, то есть сделать ее ровной; мешает розливу вязкость. Скорость выравнивания зависит от поверхностного натяжения, вязкости, толщины мокрой пленки и шага неровностей: чем толще пленка, ниже вязкость и мельче неровности, тем быстрее идет выравнивание. Труднее всего устранить пологие неровности с большим шагом, и «апельсиновая корка» относится именно к ним. Градиент поверхностного натяжения — источник кратеров и пятнистости. Важнее величины поверхностного натяжения то, насколько оно одинаково по всей мокрой пленке. При испарении растворителя доля растворителя и температура в разных точках поверхности меняются, возникает разница поверхностного натяжения, и жидкость перетягивается из зон с низким поверхностным натяжением в зоны с высоким. Такое течение образует в мокрой пленке ячейки Бенара, которые разделяют пигменты, и проявляется как пятнистость и всплывание пигмента. Попавшие на мокрую пленку масло, пыль и силиконовое масло, как и загрязненные участки подложки, имеют очень низкое поверхностное натяжение, поэтому окружающий материал оттягивается от них в стороны, оставляя кратер с углублением в центре.

Здесь есть кажущееся противоречие: поверхностное натяжение движет розливом, и все же многие выравнивающие добавки его снижают. Ответ — в однородности. Выравнивающая добавка мигрирует на поверхность мокрой пленки и образует равномерный молекулярный слой, который сглаживает локальные различия поверхностного натяжения и одновременно снижает общее поверхностное натяжение ниже уровня подложки и загрязнений, чтобы мокрая пленка могла растекаться. Когда поверхностное натяжение выравнивается, сила, приводящая в движение ячейки Бенара, ослабевает, и пятнистость и всплывание пигмента уменьшаются; загрязненные участки теряют способность оттягивать окружающий материал, и кратеров становится меньше. Кроме того, выравнивающая добавка помогает смачивать подложку и предотвращает стягивание и непрокрасы. Лакокрасочный материал и печатная краска растекаются по подложке, только если их поверхностное натяжение ниже поверхностной энергии подложки. Полимерные пленки, замасленный металл и грунты с низкой поверхностной энергией чаще всего страдают от стягивания, непрокрасов и точечных проколов. Выравнивающая добавка, снижающая поверхностное натяжение, помогает мокрой пленке полностью покрыть подложку.

Неверный тип или избыточная дозировка дают о себе знать на следующей операции. Первое последствие — потеря адгезии при перекрытии и межслойные кратеры. Силиконовые выравнивающие добавки накапливаются на поверхности сухой пленки: они придают гладкость на ощупь, стойкость к царапанию и слипанию, но одновременно снижают поверхностную энергию, поэтому следующий или ремонтный слой плохо смачивает поверхность и плохо к ней пристает, возникает межслойное отслаивание, а на перекрывающем слое могут появиться новые кратеры. Наиболее чувствительны к этому отделка мебели, авторемонтная окраска и промышленная окраска с промежуточной шлифовкой и ремонтом, и именно с этой проблемой столкнулся лакокрасочный завод из начала статьи. Второе касается наложения красок, ламинирования и горячего тиснения. В печатных красках избыток силиконовой выравнивающей добавки мешает послепечатной обработке: следующая краска плохо растекается по предыдущей, прочность ламината на расслаивание падает, поверхность оттиска становится слишком скользкой, клей и фольга для горячего тиснения держатся плохо. Особенно строго дозировку таких добавок нужно контролировать в красках для гибкой упаковки.

По химическому составу распространенные выравнивающие добавки делятся на два больших класса: модифицированные полисилоксаны и акрилатные сополимеры. Наши выравнивающие добавки Chemtech, серия 10xx и 6710, охватывают оба класса. Модифицированные полисилоксаны снижают и выравнивают поверхностное натяжение. Они сильно снижают поверхностное натяжение и заметно помогают против кратеров, улучшают смачивание подложки и скольжение поверхности. Характер добавки определяет модифицирующая группа: марки, модифицированные простыми полиэфирами, снижают поверхностное натяжение сильнее всего и подходят для систем, где нужно сильное смачивание, однако некоторые из них склонны стабилизировать пену, и пузыри трудно удалить; марки, модифицированные сложными полиэфирами, более термостойки и подходят для эмалей горячей сушки; аралкилмодифицированные марки хорошо совместимы со смолой и сравнительно мало влияют на перекрываемость. Марки с реакционноспособными группами встраиваются в пленку при отверждении, что снижает их миграцию на поверхность. Акрилатные сополимеры — решение для розлива без силикона. Акрилатные выравнивающие добавки меньше влияют на поверхностное натяжение и работают в основном за счет образования равномерного слоя на поверхности: они улучшают выравнивание длинноволновых неровностей, устраняют «апельсиновую корку» и способствуют деаэрации. Поскольку они свободны от силикона, их влияние на перекрываемость и межслойную адгезию очень мало, и они подходят для многослойных систем с промежуточной шлифовкой и ремонтом. Их слабые стороны — более слабый контроль кратеров, чем у силиконов, и помутнение при плохой совместимости со смолой.

Подбирайте по системе, дозировку определяйте испытаниями. Подбор начинается с системы: водная, сольвентная или УФ-отверждаемая, какая смола, способ нанесения (распыление, валик, налив или печать), предстоит ли потом перекрытие, шлифовка с ремонтом, ламинирование или горячее тиснение. Затем нужно понять, какую проблему предстоит решить: «апельсиновую корку», кратеры, пятнистость или плохое смачивание подложки, потому что разным проблемам соответствуют разные типы. Дозировку определяют испытаниями. Изготовьте образцы на реальной подложке реальным способом нанесения, оцените «апельсиновую корку», кратеры и пятнистость, измерьте блеск и четкость отражения; проверьте адгезию при перекрытии методом решетчатого надреза; для печатных красок дополнительно проверьте наложение, ламинирование и прочность на расслаивание. Начинайте с малой дозировки и повышайте ее ступенчато, пока не найдете диапазон, в котором внешний вид соответствует требованиям, а перекрываемость сохраняется. У выравнивающих добавок есть и свои пределы: проблемы в соотношении растворителей и выборе смолы лежат вне зоны их действия. В документации на наши добавки для лакокрасочных материалов Chemtech для каждой марки указаны химический состав, сухой остаток, содержание силикона, реакционноспособные группы и подходящие системы, а также приведены распространенные аналоги; там же есть руководства по подбору для лаков по дереву, автомобильных и авторемонтных покрытий, промышленных эмалей горячей сушки и покрытий по пластику, а также наливных полов.

Чем выравнивающая добавка отличается от смачивающе-диспергирующей? Они работают в разных местах. Смачивающе-диспергирующая добавка действует на поверхности пигмента, помогая смочить его, разбить агломераты и сохранить стабильность; выравнивающая добавка действует на границе мокрой пленки и воздуха, регулируя поверхностное натяжение и улучшая внешний вид; смачиватель подложки действует на границе мокрой пленки и подложки и частично пересекается по функциям с выравнивающей добавкой. В рецептуре обычно нужны все три. Если кратеры уже появились, достаточно ли увеличить дозировку выравнивающей добавки? Сначала нужно найти их источник. Если это загрязнение маслом или силиконом на подложке, в сжатом воздухе или в окружающей среде, тщательная очистка и фильтрация эффективнее дополнительной добавки; если причина в несовместимых компонентах рецептуры, корректировать нужно рецептуру. Когда причина ясна, умеренное добавление силиконовой выравнивающей добавки может смягчить проблему, но одновременно нужно проверить адгезию при перекрытии, чтобы проблема не перешла на следующую операцию. Можно ли использовать одну и ту же выравнивающую добавку в водных и сольвентных материалах? Некоторые марки подходят для обеих систем, а большинство только для одной из них. Водные системы имеют высокое поверхностное натяжение и предъявляют более высокие требования к смачиванию подложки. При подборе ориентируйтесь на указанные для марки системы и проводите испытания в реальной рецептуре.

Hongda Group с 1992 года производит в Нинбо химическую продукцию и экспортирует ее более чем в тридцать стран. Наши добавки для лакокрасочных материалов Chemtech включают диспергаторы, выравнивающие добавки, пеногасители, реологические добавки, смачиватели подложки и модификаторы свойств пленки для водных, сольвентных и УФ-систем. Если ваши лакокрасочные материалы или печатные краски страдают от «апельсиновой корки», кратеров, пятнистости или проблем с адгезией при перекрытии, расскажите нам о системе, способе нанесения и марках, которые вы используете сейчас, и мы вместе определим тип выравнивающей добавки и пробную дозировку. Чтобы узнать больше о вариантах сотрудничества, зайдите на hongda-chem.com и нажмите "Become a strategic partner".