Воднодисперсионные акрилатные краски для отделки кож с применением полиэтиленгликолей и их производных в качестве диспергирующих добавок

Нанесение пигментированных покрытий на основе полии олигомеров относится к наиболее широко используемым методам защитно-декоративной отделки поверхности различных изделий. Кожа относится к эластичным субстратам, поэтому материалы, используемые для ее покрывного крашения, должны формировать покрытия, сочетающие высокую эластичность с достаточной прочностью. Достижение такого сочетания, особенно при получении пигментированных покрытий, относится к достаточно сложным задачам. Необходимым условием достижения оптимальных характеристик покрытий, содержащих пигменты, является максимальная дезагрегация последних, достигаемая за счет диспергирования — весьма энергоемкого механического воздействия на пигментную суспензию в процессе изготовления покрывной композиции. При получении водоразбавляемых покрывных красок, все более широкое использование которых обусловлено их экологическими преимуществами, процесс диспергирования осложняется высоким поверхностным натяжением, и, как следствие, низкой смачивающей способностью воды. Одним из путей сокращения энергетических затрат на процесс диспергирования и повышения качества покрывного крашения кож с использованием пигментированных материалов является применение при получении последних поверхностно-активных добавок, молекулы которых содержат фрагменты, обладающие сродством к поверхности пигментов (анкеры) и к дисперсионной среде краски.

Работа направлена на решение актуальной проблемы создания новых, более эффективных диспергирующих добавок, используемых для получения водоразбавляемых покрывных композиций для поверхностной отделки кожи.

В руководстве научной работой принимала участие к.т.н. Л. Ю. Махоткина.

Цель работы заключалась в создании водоразбавляемых акрилатных композиций для покрывного крашения кож с использованием олигомеров оксида этилена и их производных для снижения энергетических затрат на получение композиций и повышения качества покрытий, формируемых на их основе.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

• исследовать сродство к пигментной поверхности олигомеров этилена различной молекулярной массы и их диспергирующую способность при получении водных пигментных суспензий;

• получить модифицированные олигомеры этилена, содержащие карбоксильные и солевые группы, выполняющие роль анкеров, исследовать адсорбцию полученных продуктов на пигментной поверхности и их способность ускорять процесс дезагрегации пигментов в водной среде.

• исследовать влияние исходных и модифицированных диспергаторов на эксплуатационные свойства акрилатных покрытий, изучить зависимость эластичности покрывных пленок от содержания загустителей различной природы;

• разработать рецептуры, выпустить опытные партии покрывных г композиций для поверхностной отделки кожи и испытать покрытия, формируемые на их основе.

Научная новизна работы.

В работе впервые исследовано влияние молекулярной массы олигомеров оксида этилена на их сорбцию на пигментной поверхности, показана возможность использования указанных олигомеров в качестве диспергирующих добавок при получении покрывных композиций, установлено, что максимальная диспергирующая способность олигомеров достигается при молекулярной массе 1500. Показано, что модифицирование олигомера этилена посредством введения концевой карбоксильной группы в состав макромолекулы и получение кальциевой соли карбоксилированного олигомера способствует повышению его сорбционной и диспергирующей способности. Установлено, что результатом введения исследованных диспергаторов в состав рецептур покрывных композиций является повышение критического уровня наполнения, а также увеличение прочности и блеска покрытий на их основе, что позволяет оптимизировать свойства покрытий по коже. Установлено заметное влияние природы и содержания загустителя на эластичность покрытий на основе водных акрилатных дисперсий.

Практическая ценность работы.

В результате проделанной работы, синтезированы новые диспергирующие добавки, введение которых в состав водоразбавляемых покрывных красок способствует значительному сокращению энергозатрат на стадию диспергирования пигментов и увеличению максимальной прочности покрытий на основе пленкообразователей различной жесткости на 15−30% при сохранении относительного удлинения при разрыве в пределе 850−900%- включение разработанных добавок в рецептуру красок позволяет на 30% увеличить содержание пигментной части в покрытии при сохранении его блеска на уровне 50%. Повышение критического объемного наполнения покрывной пленки в результате использования поверхностно-активных добавок позволяет уменьшить стоимость композиции для ее получения за счет включения в ее состав дешевых наполнителей. Разработан метод оценки кинетики поглощения жидкостей пористыми субстратами, позволяющий, в частности, оптимизировать рецептуры составов для пропитки кожи.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Результаты исследования сорбции диспергаторов, в том числе синтезированных в работе, на поверхности пигментов и их влияния на скорость дезагрегации пигментов в водной среде.

2. Результаты исследования влияния диспергаторов и загустителей на эксплуатационные характеристики покрытий на коже, сформированных на основе водных дисперсий полии сополимеров акрилатов.

3. Метод оценки кинетики поглощения жидкостей кожей.

4. Рецептуры покрывных красок для отделки кожи, содержащие модифицированные полиэтиленгликоли.

Апробация результатов работы.

Основные результаты работы обсуждались на научных сессиях КГТУ (Казань, 2002;2003г.г.), конференциях: юбилейной научно-методической конференции «III Кирпичниковские чтения» (Казань, 2003) — II международной научно-практической конференции «Экология: образование, наука, промышленность и здоровье» (Беларусь, Белгород, 2004) — международной конференции «Актуальные проблемы науки, техники и экономики производственных изделий из кожи» (Витебск, 2004).

Публикации.

По материалам диссертации имеется 9 публикаций (3 статьи и 6 тезисов).

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, приложений и указателя литературы, который содержит 134 источника. Работа изложена на 116 страницах машинописного текста, содержит 42 рисунка и 21 таблицу.

выводы.

1. На основании результатов исследования влияния молекулярной массы на активность полиэтиленгликолей к границе раздела вода-воздух и вода-пигмент и расчета адсорбционных параметров исследованных олигомеров, установлено, что максимальной адсорбцией на поверхности пигментов характеризуется полиэтиленгликоль с молекулярной массой 1500 (ПЭГ-1500).

2. В результате исследования скорости дезагрегации пигментных диоксида титана и оксида железа (III), а также реологических характеристик полученных пигментных паст установлено, что наибольшей диспергирующей и стабилизирующей способностью обладает ПЭГ-1500 при 0,025-Ю, 035%-ном содержании в водной среде.

3. Предложен способ модифицирования полиэтиленгликолей посредством получения их аддукта с малеиновым ангидридом и последующей реакции образующейся концевой карбоксильной группы с оксидом кальция. Продукты модифицирования обладают повышенной адсорбционной активностью к поверхности пигментов, что хорошо согласуется с положительным влиянием указанных химических превращений на их диспергирующую способность.

4. Исследованы малярно-технические характеристики пигментированных покрывных композиций, полученных с использованием исследованных олигомеров, и физико-механические свойства покрытий на их основе. Показано, что введение поверхностноактивных добавок способствует улучшению свойств и расширению возможностей оптимизации покрытий по коже: использование в качестве диспергирующих добавок кальциевой соли ПЭГ-1500 приводит к увеличению максимальной прочности жестких пленок на 30% при сохранении относительного удлинения при разрыве в пределах 850−900%- включение данной добавки в рецептуру красок позволяет на 30% увеличить содержание пигментной части в покрытии при сохранении его блеска на уровне 50%.

5. Предложен метод оценки скорости проникновения жидкостей в объем пористых веществ. С их помощью разработан состав непигментированного пропитывающего грунта, который использовали для выравнивания неоднородности впитывающей способности различных участков поверхности кожи перед окрашиванием.

6. На основе проведенных исследований разработаны оптимальные рецептуры покрывных систем для нанесения защитно-декоративных покрытий на поверхность кожи. Установлено, что покрывное крашение кож с использованием разработанной системы непигментированный грунт-краска позволяет получить покрытия, превосходящие по эксплуатационным характеристикам покрытия на основе красок используемых при производстве кож.