Wymagania rynku farb do malowania wnętrz stawiają przed producentami wyzwanie opracowywania farb tworzących powłoki o odporności na tzw. „codzienne plamy”. Przedstawiono wyniki badań przeprowadzanych w Spektrochemie z użyciem mikrosfer ceramicznych 3M w formulacjach farb dyspersyjnych do malowania wnętrz. Omówiono sposoby recepturowania farb plamoodpornych, konieczność zastosowania odpowiedniej synergii surowców oraz przedstawiono metody badawcze do określania plamoodporności powłok i ich podatności na czyszczenie.

ABSTRAKT. Wymagania rynku farb do malowania wnętrz stawiają przed producentami wyzwanie opracowywania farb tworzących powłoki o odporności na tzw. „codzienne plamy”. Przedstawiono wyniki badań przeprowadzanych w Spektrochemie z użyciem mikrosfer ceramicznych 3M w formulacjach farb dyspersyjnych do malowania wnętrz. Omówiono sposoby recepturowania farb plamoodpornych, konieczność zastosowania odpowiedniej synergii surowców oraz przedstawiono metody badawcze do określania plamoodporności powłok i ich podatności na czyszczenie.

ABSTRACT. Formulating of stain resistance paints for interior painting. Market requirements pose a challenge for manufacturers developing filmforming paints resistant to “everyday stains”. The results of tests carried out in Spektrochem with 3M ceramic microspheres in the formulation of emulsion paints for interior use. Ways of formulating paints resistant to stains, the need for proper synergy of raw materials and presents the research methods for the determination of resistance to stains and their susceptibility to cleaning.

Czytając referat oglądaj prezentację z pdf-u zamieszczonego na końcu artykułu.

Wstęp
Stale rosnące wymagania rynku powodują konieczność podążania za oczekiwaniami klientów. W ostatnich miesiącach bardzo modne stały się farby tworzące powłoki dające się z łatwością czyścić z „codziennych plam”. Dostępne na rynku farby tworzące powłoki satynowe czy wręcz z połyskiem, z racji dużej zwartości spoiwa polimerowego, już z założenia tworzą powłoki dające się czyścić, będąc jednocześnie odpornymi na wybłyszczanie oraz abrazyjne wycieranie powłoki.

Sztuką jest przygotować farbę matową, która będzie te cechy posiadać. Większość powłok matowych nie posiada odporności na wybłyszczanie, co jest podyktowane obecnością krystalicznych napełniaczy (kalcyt, dolomit), które pod wpływem pocierania polerują się i powodują miejscowe wybłyszczenia. Próby zastosowania napełniaczy niekrystalicznych nie przyniosły żadnych rezultatów, podobnie jak zastosowanie napełniaczy o wysokiej twardości, jak kwarc czy nawet korund. Kolejnym problemem powłok matowych jest ich nieodpowiednia wytrzymałość na szorowanie, pod wpływem którego ubywa średnio kilkanaście do kilkudziesięciu mikrometrów, a taki ubytek szpeci wygląd ściany. Kolejnym problemem jest duża tendencja do trwałego przyjmowania zabrudzeń przez powłoki matowe. Stosunkowo nieduża zawartość spoiwa powoduje, że napełniacze, których jest znacznie więcej, doskonale zatrzymują w sobie wszelkie plamy.Problemy te można rozwiązać korzystając z wyników prac badawczych prowadzonych w Spektrochemie. W niniejszym referacie omówione zostały niektóre z wskazówek dotyczących sposobów formułowania receptur farb tworzących powłoki matowe, odporne na wybłyszczanie oraz umożliwiające usuwanie „codziennych plam”.

Metody badawcze
Metody badawcze służące oznaczeniu odporności powłok na plamy to:
– PN-EN ISO 11998:2007 „Farby i lakiery.
Oznaczanie odporności powłok na szorowanie i ich podatności na czyszczenie”, oraz
– ASTM D3450-00(2010)e1 „Standard test method for washability properties of interior architectural coatings”

Do wstępnej oceny tendencji powłok do wybłyszczania stosuje się metodę ASTM D6736- 08(2013) „Standard test method for burnish resistance of latex paint”. Po takim badaniu można powłoki dyskwalifikować z powodu tendencji dowybłyszczania się pod wpływem pocierania.Metoda badawcza opisana w PN-EN ISO 11998:2007 służy zasadniczo do określania ubytku grubości powłoki po zadaniu znormalizowanej liczby cykli szczotką z włókniny, jednakże dopuszcza również tą metodą badanie odporności na czyszczenie powłok. Norma nie określa jednak substancji brudzących, sposobu ich nałożenia, jak również warunków kondycjonowania powstałych plam. Norma amerykańska ASTM D3450-00(2010)e1 szczegółowo opisuje procedurę przygotowania powłok, skład oraz sposób nałożenia i kondycjonowania medium brudzącego, jak również sposób czyszczenia powłoki przy użyciu znormalizowanego detergentu i aparatu do szorowania z gąbką celulozową o określonym obciążeniu. Medium brudzącym według wymagań normy jest parafinowo-benzynowa zawiesina sadzy lampowej. Nanosi się ją znormalizowanym sposobem na powłoki o zmierzonych luminancjach, pozostawiana określony czas i poddaje czyszczeniu za pomocą aparatu do szorowania wykonując 4-kronie 25 cykli posuwów, przy czym po każdej serii należy wypłukać gąbkę celulozową i nanieść na nowo detergent.

W wyniku przeprowadzonych badan walidacyjnych w Spektrochemie na kilkudziesięciu
powłokach zauważono, że medium brudzące jest bardzo ciężko usunąć z większości powłok, podczas gdy przy ręcznym usuwaniu śladów po kredkach, winie, kawie czy herbacie, powłoki posiadały zadowalającą zdolność do usuwania z nich powstałych plam. Trwają nadal w Spektrochemie badania nad modyfikacją składu medium brudzącego lub innym sposobem jego aplikacji i usuwania. Do czasu zmodyfikowania metody oznaczenie wykonuje się ręcznie, co odzwierciedla warunki rzeczywiste.

Na powłokach przygotowanych jak do badania odporności na szorowanie rysuje się wzorek za pomocą kredki woskowej (świecowej), rysikowej, pasteli, a także wykonuje się plamy z oleju rzepakowego, atramentu oraz innych, np. kawy, wina, herbaty. Metoda Spektrochemu określa sposób nanoszenia czynników plamiących, po czym pozostawia się je na 15 minut. Po tym czasie powłoki zwilża się wodą wodociągową za pomocą gąbki celulozowej, a następnie tą samą gąbką przy pomocy detergentu przygotowanego wg ASTM D3450 usuwa się ręcznie plamę do całkowitego jej zmycia lub do momentu, w którym ewidentnie widać, że plama nie schodzi, ewentualnie do wcześniejszego zaobserwowania wytarcia powłoki. Powłoki spłukuje się pod bieżącą wodą i pozostawia na 2 godziny do wyschnięcia, po czym ocenia:
– czy plamy zostały usunięte,
– czy powłoka wykazuje wybłyszczenie
– czy powłoka nie wykazuje ubytku grubości
oraz
– czy powłoka nie wykazuje różnicy w odcieniu w miejscu usuwania plamyDyspersje polimerowe
Dobór dyspersji polimerowej, jak i w każdym nowoopracowywanym wyrobie, tak i tutaj ma bardzo duże znaczenie. Farby, od których wymaga się wysokiej odporności na szorowanie, szczególnie pod względem ubytku grubości powłoki muszą wykazywać znakomitą odporność na badanie według PN-EN 11998:2007 i posiadać klasę 1 ubytku grubości po 200 cyklach szorowania wg PN-EN 13300:2002.

Jak pokazują badania Spektrochemu można dobrać tak SOP powłoki i dyspersję polimerową, że plamy z opisywanych wyżej mediów brudzących są możliwe do usunięcia. Problemem pozostaje konieczność wkładania w to ogromnej siły, a w efekcie końcowym pomimo usunięcia plamy pozostaje widoczne wybłyszczenie. Z problemem braku odporności na atrament i tłuszcze poradzić sobie można dobierając odpowiednie dyspersje polimerowe z monomerami.

Mikrosfery ceramiczne 3M
Spektrochem od kilku miesięcy prowadzi intensywne badania nad zastosowaniem mikrosfer ceramicznych firmy 3M o symbolu W-410 w farbach dyspersyjnych do malowania wnętrz oraz elewacji. W wyniku prowadzonych prac badawczych zauważono, że udział mikrosfer ceramicznych W-410 w znaczący sposób przyczynia się wyeliminowania efektu wybłyszczania się powłok pod wpływem pocierania, jak również po zabiegu usuwania plam z powłok. Charakter chemiczny oraz odpowiednia twardość i wytrzymałość abrazyjna mikrosfer W-410, a także powinowatość do dyspersji polimerowych powoduje bardzo dobry wpływ na łatwość usuwania plam z powłok bez efektu ich wybłyszczania.

Powłoki przygotowane z udziałem mikrosfer ceramicznych W-410 nie wykazują osłabienia pod względem odporności na szorowanie, spadku białości czy podwyższenia zażółcenia – również pod wpływem światła. Warunkiem odpowiedniego ich zachowania się w powłoce jest prawidłowe zdyspergowanie w zawiesinie prawidłowo zdyspergowanych napełniaczy węglanowych. Obecność mikrosfer ceramicznych W-410 pozwala na stosowanie w recepturze napełniaczy kalcytowych lub dolomitowych z jednoczesnym zwiększaniem ich odporności na wybłyszczanie.

Wosk PE/PTFE Micopowders
Wraz z badanymi mikrosferami ceramicznymi prowadzono w Spektrochemie badania nad woskiem firmy Micropowders o nazwie AquaPolyFluo 411 będący stopem polietylenu (PE) i politetrafluoroetylenu (PTFE). Wprowadzenie wosku do układu jest trudne i wymaga odpowiedniego wstępnego zdyspergowania napełniaczy, a następnie dodyspergowywania ich wraz z woskiem z jednoczesnym modyfikowaniem procesu dyspergowania tak, aby uzyskać stabilność wosku przed jego wypływaniem w czasie składowania farby.

Powłoki sporządzone na wosku AquaPolyFluo 411 wykazują bardzo dużą łatwość w usuwaniu plam, która zależy od ilości zastosowanego wosku w recepturze. Niestety powłoki te wykazują tendencję do wybłyszczania. Tendencją wosków polietylenowych jest również tendencja do żółknięcia, przez co powłoki z jego zastosowaniem wykazują skłonność do żółknięcia pod wpływem światła.

Synergia surowców
W wyniku połączenia w recepturze mikrosfer ceramicznych W-410 i wosku AquaPolyFluo 411 uzyskano powłoki o doskonałej odporności na plamy, z których łatwo usuwać codzienne zabrudzenia, jak również niewybłyszczające się pod wpływem pocierania. Połączenie prawidłowo zdyspergowanych napełniaczy, mikrosfer ceramicznych, wosku, odpowiedniej dyspersji polimerowej i właściwego SOP farby pozwala na sporządzanie farb ceramicznych czwartej generacji (4G).

Podsumowanie
Wraz z badaniami nad mikrosferami W-410 oraz woskiem AquaPolyFluo 411 będą prowadzone dalsze badania nad innymi typami mikrosfer ceramicznych i szklanych firmy 3M oraz innymi typami wosków Micropowders. Spektrochem udziela konsultacji technologicznych i porad w zakresie formułowania receptur i właściwego prowadzenia procesu produkcyjnego farb z użyciem tych surowców.

Pobierz pdf prezentacji:
Ustalanie receptur farb plamoodpornych do malowania wnętrz

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