Opisano zasady prowadzenia badań dyspersji polimerowych pod kątem ich charakterystyki w typowych recepturach badawczych stosowanych w Spektrochemie do porównań jakości. Przedstawiono zarys rutynowej pracy badawczej wykonywanej w Spektrochemie przy ocenie wpływu dyspersji polimerowej na właściwości powłok farb dyspersyjnych o różnej zawartości dyspersji w recepturze. Przedstawione zasady stosuje się do badań porównawczych wszelkich dyspersji polimerowych dostępnych na rynku oraz przy opracowywaniu nowych typów dyspersji polimerowych.

To druga część artykułu. Zobacz część pierwszą: Jak wybrać dyspersję polimerową do produkcji farb i tynków? cz. I

Przepuszczalność wody
Współczynnik przepuszczalności wody oraz dobowa przepuszczalność wody obrazują tendencję powłoki do przyjmowania wody i przekazywania jej dalej do ssącego podłoża. Współczynnik przepuszczalności wody oznacza się zgodnie z normą PN-EN 1062-3:2000, jednakże inaczej niż w normie, Spektrochem zaleca nie malować spodniej strony próbek z uwagi na tworzenie się podciśnienia w zabezpieczone kostce do badań i uniemożliwienie wessania wody przez powłokę, co wpływa na znaczne zaniżenie wyniku pomiarów. Dobową przepuszczalność wody wyznacza się ważąc przez kilka dób i wyznaczając liniowy przyrost masy próbek na jednostkę powierzchni w czasie jednej doby.

Na wykresach 15-18 przedstawiono oznaczone współczynniki przepuszczalności wody oraz dobową przepuszczalność wody badanych farb.







Z wykresu 15 wyraźnie widać, że powłoka SOP 65% na dyspersji nr 1 posiada najwyższy współczynnik przepuszczalności wody, co również zostało potwierdzone dobową przepuszczalnością wody na wykresie 16. W zakresie SOP 65% najmniejszą przepuszczalnością wody cechują się powłoki farb sporządzonych na dyspersjach (kolejno od najlepszej) nr 5, 4 i 2. Te powłoki klasyfikują się w kategorii W3 oznaczającej najmniejszy współczynnik przepuszczalności wody. Nieco ponad tą granicą znajduje się powłoka farby SOP 65% na dyspersji polimerowej nr 3. Analizując przepuszczalność wody różnych SOP powłok sporządzonych na dyspersjach 1, 3 i 4 widać z wykresów 17 i 18 duże zróżnicowanie otrzymanych wyników dla tej samej dyspersji polimerowej, lecz różnego SOP. Powracając do wyników odporności na szorowanie powłok widać, że odporność ta, wbrew powszechnej opinii nie idzie w parze z otrzymanymi wynikami przepuszczalności wody, gdyż powłoka SOP 75% na dyspersji nr 3 posiada odporność na szorowanie 300 cykli i prawie pięć razy mniejszy współczynnik przepuszczalności wody, niż powłoka SOP 75% na dyspersji nr 1 posiadającej 2300 cykli szorowania.

Przepuszczalność pary wodnej
Oznaczenie wykonuje się z użyciem swobodnej powłoki (oddzielonej od podłoża) o grubości leżącej w przedziale 90 do 110Qm zamocowanej w szalkach do badania paroprzepusczalności i umieszczonych w komorze klimatycznej. Pod powłoką panują warunki praktycznie zerowej wilgotności względnej powietrza dzięki obecności wysuszonego żelu krzemionkowego. Nad powłoką, w komorze klimatycznej utrzymuje się wilgotność względną powietrza na poziomie (50±5)%. Oznaczenie wykonuje się w temperaturze (20±2)°C co 24 h ważąc naczynka z powłokami. W wyniku różnicy wilgotności, a zarazem różnicy ciśnień para wodna jest transportowana pod powłokę, gdzie pokonuje opór stawiany przez powłokę i jest wiązana w żelu krzemionkowym. Ważnie naczynek prowadzi się do uzyskania liniowego przyrostu masy i wylicza średnią przepuszczalność pary wodnej przez swobodną powłokę w gramach na metr kwadratowy w ciągu jednej doby.

Wykres 19 przedstawia otrzymane wyniki przepuszczalności pary wodnej powłok na różnych dyspersjach w zakresie SOP 65%, a wykres 20 powłok na dyspersjach 1, 3 i 4 w zakresie SOP 75-92%. Z wykresu wynika, że najszczelniejszą powłokę pod względem paroprzepuszczalności tworzy w tym zakresie SOP dyspersja nr 4. Wartość otrzymana z badań znajduje się poniżej wymaganego poziomu stawianego w normie dla farb elewacyjnych. Pozostałe powłoki posiadają przepuszczalność pary wodnej leżącą w kategorii V2 (średniej). Wyjątkowo wysoką przepuszczalność pary wodnej posiada powłoka SOP 65% na dyspersji 5. Pomimo tak wysokiej przepuszczalności pary wodnej powłoka ta cechuje się najniższym współczynnikiem przepuszczalności wody (patrz wykres 15). Z wykresu 20 wynika, że wszystkie powłoki SOP 75-92% posiadają przepuszczalność pary wodnej leżącą w kategorii V1 (dużej). Widoczne są różnice pomiędzy poszczególnymi zakresami SOP i rodzajami zastosowanej dyspersji polimerowej.





Krycie ilościowe
Oznaczenie krycia standardowo prowadzi się mierząc luminancję powłoki na polu czarnym i polu białym, po czym wyznacza się ich stosunek określający tzw. współczynnik kontrastu. Spektrochem dodatkowo oznacza krycie wyrażone w jednostkach wydajności (m2/litr) do pełnego pokrycia podłoża przy współczynniku kontrastu 0,995.

Na wykresach 21-24 przedstawiono wyniki oznaczeń krycia ilościowego w zakresie wykonywanym standardowo w Spektrochemie.

Analizując wpływ dyspersji polimerowej na krycie należy porównywać powłoki między sobą w zakresie jednego SOP.

Z wykresu 21 widać, że przy zastosowanym składzie surowcowym farb SOP 65% można uzyskać różnice w wydajności przy pełnym kryciu nawet 1,4 m2/l, co jest wynikiem obecności odpowiednio zachowującej się w układzie dyspersji polimerowej.

W farbach SOP 75% (wykres 22) różnica w wydajności dochodzi do 0,9 m2/l.
Zazwyczaj najlepsze krycie uzyskuje się dla powłok o SOP w okolicach 82-88%, co potwierdza wykres 23 przedstawiający minimalną różnicę w wydajności wynikającej z rodzaju zastosowanej dyspersji polimerowej. Najlepsze krycie w tym przedziale SOP uzyskuje się przez odpowiedni stopień wypełnienia powłoki napełniaczami oraz powietrzem, co nadaje jej specyficzny współczynnik załamania światła.

Przy farbach SOP 92% widać również dużą różnicę dochodzącą do 1 m2/l, co szczególnie jest ważne przy tego typu farbach należących do najtańszych. Wzrost wydajności z jednoczesną poprawą krycia jest ich nieocenioną zaletą.

Przedstawione wyniki badań wyraźnie pokazują wpływ zastosowanej dyspersji polimerowej na krycie powłok. Spektrochem jako pierwszy wykazał wpływ dyspersji polimerowej na krycie ilościowe oraz wydajność przy pełnym pokryciu podłoża.

Różnice wynikające z rodzaju zastosowanej dyspersji polimerowej w odniesieniu do krycia ilościowego i wydajności przy pełnym pokryciu dochodzą nawet do 2 m2 z litra farby i są wynikiem odpowiedniego rozkładu wielkości cząstek oraz zdolności do wiązania napełniaczy i pigmentów przez dyspersję polimerową. Wysoki koszt bieli tytanowej może być wówczas odpowiednio zredukowany poprzez poprawienie krycia odpowiednio dobraną dyspersją polimerową. Należy jednak pamiętać, że ta sama dyspersja może zachowywać się różnie w zależności od SOP, co narzuca konieczność wykonywania dokładnych badań.

Wnioski
– cena zakupu dyspersji polimerowej nie jestwykładnikiem jej jakości i nie może stanowić podstawy do wyboru do stosowania
– w zależności od SOP układu każda dyspersja polimerowa zachowuje się inaczej
– minimalna temperatura tworzenia powłoki nie jest wyznacznikiem najniższej możliwej temperatury stosowania wyrobu sporządzonego na podstawie dyspersji polimerowej
– przepuszczalność wody i pary wodnej przez powłoki zależy od rodzaju dyspersji i SOP
– dyspersje polimerowe wpływają na krycie ilościowe i jakościowe powłok malarskich oraz wydajność farb przy pełnym pokryciu podłoża









Podsumowanie
Przedstawiony zakres wykonanej pracy badawczej opisujący sposoby selekcji dyspersji polimerowej dotyczy zarówno produkcji farb dyspersyjnych jak i tynków dyspersyjnych. Niektóre cechy dyspersji polimerowej zastosowanej już w układzie o wiele łatwiej jest ocenić w farbie, niż w tynku, stąd badania przeprowadza się na przygotowanych farbach bazowych. Badania te mają przybliżyć technologom jak ważne jest świadome wybranie dyspersji polimerowej, która w znaczący sposób wpływa na parametry jakościowe oraz cenę otrzymywanych wyrobów. Praca badawcza pokazuje również, że nie można wybierać dyspersji polimerowej po cenie zakupu.

Otrzymane wyniki badań pokazują, że bardzo trudno jest znaleźć dyspersję polimerową idealną pod względem efektywności działania w obszarze wszystkich badanych parametrów farb. Posiadanie obszernej bazy wyników badań pozwala na wybranie takich spoiw polimerowych, które w danej aplikacji posiadają najlepsze, oczekiwane parametry.

Przedstawiony zakres badań kierowany jest do producentów farb i tynków dyspersyjnych jak również do dostawców surowców służących do ich produkcji, w szczególności dyspersji polimerowych. Przeprowadzone badania stanowią nieocenione wskazówki dla technologów w zakresie poprawnego wyboru dyspersji polimerowej, jak również mogą stanowić narzędzie handlowo-techniczne dla dostawców surowców. Spektrochem wykonuje badania opisanymi tutaj metodami, jak również posiada odpowiednie metodyki badawcze dla wyboru podobnymi zasadami napełniaczy, środków pomocniczych, m.in. dodatków reologicznych, dyspergatorów, itp. Wszelkie prace badawcze prowadzone przez Spektrochem w powyższym zakresie są ukierunkowane na optymalne cenowo i jakościowo stosowanie surowców wybranych na drodze obszernych badań.

Artur PAŁASZ, Ośrodek Badawczo-Rozwojowy Farb, Klejów i Polimerów „SPEKTROCHEM”, Tarnobrzeg

Pobierz pdf prezentacji:
Charakterystyka najważniejszych właściwości dyspersji polimerowych
__________
Materiał z seminarium: OPTYMALIZACJA JAKOŚCIOWA I CENOWA TECHNOLOGII WYTWARZANIA WODOROZCIEŃCZALNYCH FARB I TYNKÓW DYSPERSYJNYCH • CZELADŹ 20 XI 2014

Autor: Spektrochem Paint R&D and Testing Laboratory - zobacz wizytówkę firmy