3. Surowce

RICHARD WOODBRIDGE

3.1. Wprowadzenie

Lepkość farby, zwłaszcza zawierającej pigment zdyspergowany w spoiwie żywicy można obniżyć do wymaganego poziomu za pomocą rozpuszczalnika. W celu nadawania powłoce określonych właściwości, albo nadawania farbie wymaganych charakterystyk aplikacyjnych lub magazynowych, można do niej wprowadzać jeden lub kilka środków pomocniczych (modyfikatorów).

Wybór optymalnej klasy lub typu dowolnego składnika farby zapewniający uzyskanie odpowiedniego wymagania, jest kluczem do osiągnięcia równowagi pomiędzy jakością a kosztem. Użyte jest tu słowo „optymalnej”, a nie „poprawnej”, ponieważ wybór ten zależy od wielu czynników, takich jak lokalna dostępność, względna cena, zdolność przetwarzania (np. projektowanie instalacji) oraz właściwości technologiczne, w tym łatwość magazynowania i obsługi materiałów łatwopalnych. W praktyce, ostateczna receptura jest zawsze kompromisem, przy czym nie ma dwóch chemików, którzy uzyskają taki sam skład wyrobu. Występuje tu pewne „żonglowanie” pozwalające na wykazanie własnej inwencji przez technologa opracowującego recepturę, ale jednocześnie wymaga zdyscyplinowanego podejścia do zagadnienia, pozwalającego na oceną czy ustalony skład i dobór surowców jest najlepszym rozwiązaniem dla firmy w ustalonym okresie czasu.

Bez względu na rodzaj wybranego surowca, najpierw należy rozważyć sprawę lokalnej dostępności bez ubrania pod uwagę kosztów narzutu. Takie podejście do materiału wynika stąd, że jest on używany masowo a koszty transportu mogą stanowić zupełnie inne proporcje względem ceny surowca. Aspekt ten jest mniej istotny w przypadku dodatków specjalnych używanych w niewielkich ilościach, ale nawet wtedy nie może być pominięty. Wcześniej zgodziliśmy się z tym, że każda receptura powinna bazować w miarę możliwości na surowcach znajdujących się na stanie magazynu. Inaczej mówiąc, wprowadzenie nowego surowca na stan magazynowy lub wymiana istniejącego surowca na nowy, o lepszych właściwościach, musi być poprzedzona wstępną oceną zasadności takiej zmiany.

Oczywiście, uwagi te nie dotyczą sytuacji, w której opracowuje się zupełnie nowy rodzaj wyrobu lub nowy asortyment jakościowy. Jednak w wielu przypadkach nowa receptura wprowadza tylko niewielkie zmiany do istniejącej i nie można ocenić ukrytych kosztów różnorodności surowców.

Takie zdyscyplinowane podejście natychmiast obniża liczbę potencjalnych gatunków określonego typu surowca do rozsądnych granic, co pozostaje w zgodności z życzeniami kolegów ze służb zakupów produkcji a zwłaszcza służb finansowych zakładu. Jest to szczególnie istotne tam, gdzie surowiec jest przechowywany w postaci masowej w dużych zasobnikach, ponieważ koszty kapitalne związane z wprowadzeniem nowego zasobnika (np. silosu) oraz koszty obsługi takiego materiału mogą być nieakceptowalnie duże w stosunku do niewielkich korzyści wynikających z wprowadzenia nowego gatunku surowca.

Mając z grubsza zawężony asortyment surowców, istnieje jeszcze nadal wiele opcji różnych materiałów. Celem tego rozdziału jest przedstawienie pewnych wskazówek identyfikacyjnych, które mogą pomóc w dalszym zawężeniu wyboru surowców. Warto tu podkreślić, że bardzo dużo materiałów stosowanych w przemyśle farb i lakierów można traktować jako chemikalia. Nawet wtedy, gdy dwa materiały mają pozornie takie same charakterystyki, bardziej szczegółowa ich ocena może wykazać znaczne różnice z punktu widzenia ich wpływu na kluczowe właściwości farb w zależności od użytego gatunku surowca.

3.2. Żywice

3.2.1. Informacje ogólne

W ramach niniejszej książki, można jedynie przedstawić ogólne wskazówki dotyczące optymalnego wyboru żywic. W związku z tym, wybór preferowanego gatunku powinien opierać się na szczegółowej charakterystyce podawanej przez dostawcę oraz na wynikach badań wykonywanych podczas opracowywanie receptur.

Istnieje wiele kryteriów pozwalających na dalsze zawężenie szerokiego zakresu żywic. Zaliczyć do nich można:

• Niska lub wysoka masa cząsteczkowa

• Rozcieńczana rozpuszczalnikiem, wodą lub stosowana w postaci proszku

• Schnąca na powietrzu, w piecu lub utwardzana promieniowaniem UV

• Schnięcie przez sieciowanie lub przez odparowanie rozpuszczalnika

• Stosowana w postaci roztworu, emulsji lub lateksu

Z uwagi na to, że książka ta jest bardziej ukierunkowana na praktykę niż na teorię, celowe jest rozpatrywanie wyboru żywic w sposób zgodny z ich stosowaniem w różnych sektorach rynku, np.:

• Wyroby dekoracyjne ogólnego stosowania, rozpuszczalnikowe lub wodorozcieńczalne

• Wyroby przemysłowe ogólnego przeznaczenia, stosowane w motoryzacji itp.

W obrębie dekoracyjnych wyrobów rynkowych, ważne jest aby żywica tworzyła powłokę w normalnych warunkach otoczenia, tzn. aby jej schnięcie miało miejsce w temperaturze i przy wilgotności normalnej, występującej w obszarze rynku handlowego. Zmiany warunków otoczenia w innych obszarach klimatycznych mogą wpływać na wybór. Przykładowo, żywice typu lateksów lub emulsji, których schnięcie polega na odparowaniu wody, co warunkuje koalescencję cząstek żywicy, mogą być zupełnie nieprzydatne w środowiskach bardzo zimnych lub bardzo gorących.

Podobnie, przy rosnącym wzroście potencjalnego zagrożenia zdrowia związanego z użyciem rozpuszczalników (zwykle węglowodorów alifatycznych), w wyrobach przeznaczonych do malowania dużych powierzchni wewnątrz budynków, zwiększa się tendencja do opracowywania receptur opartych na wodorozcieńczalnych żywicach lateksowych.

Pomijając te środowiskowe rozważania, wybór żywicy powinien być podyktowany rodzajem wyrobu oraz oczekiwań jego właściwości lub stosowania, np. trwałości, stopnia połysku, rodzaju podłoża, itp.

W farbach przeznaczonych dla przemysłu, wybór żywicy może zależeć głownie od sposobu aplikacji i warunków utwardzania istniejących w określonej fabryce, ponieważ są to potencjalne warunki uzyskiwania powłoki o wymaganych właściwościach. W miarę przechodzenia fabryki na bardziej wyrafinowane techniki malowania, takie jak elektroforeza podkładów i utwardzanie promieniowaniem lub ultrafioletem (UV), wybór żywicy może podlegać większym ograniczeniom.

Selekcja typu lub gatunku żywicy oraz poziom jej przydatności mogą również zależeć od wymaganej zawartości fazy stałej w tworzącej się powłoce. Wobec wzrastającej uwagi na poziom emisji rozpuszczalników do atmosfery, wstępują tendencje do korzystania ze specjalnego rodzaju żywic typu „High Solids” lub stosowania bezrozpuszczalnikowych substancji powłokotwórczych.

3.2.2. Rodzaje dostępnych żywic

Przed dokonaniem wyboru żywicy przeznaczonej dla określonego wyrobu końcowego, należy zidentyfikować ogólne klasy dostępnych żywic i rozpatrzyć ich charakterystyki.

3.2.1.1. Żywice alkidowe (ftalowe)

W zasadzie są to żywice poliestrowe wytwarzane w wyniku reakcji trójglicerydów olejów roślinnych, polioli, tzn. alkoholi wielowodorotlenowych (np. gliceryna lub pentaerytryt) oraz kwasów dwuzasadowych lub ich bezwodników (np. bezwodnik kwasu ftalowego). Żywice te są zwykle dzielone na klasy zgodnie z zawartością oleju (tłustość) i ich charakteru, np.:

• Żywice chude ( 40 %), np. na bazie odwodnionego oleju rycynowego, kokosowego

• Żywice średnie (40÷60 %), np. na bazie oleju lnianego, talowego

• Żywice tłuste (>60 %), np. na bazie oleju sojowego

Inne ich istotne różnice stanowią: lepkość, zawartość części stałych (sucha pozostałość), liczba kwasowa, liczba hydroksylowa, stosunek trzech głównych składników oraz typ rozpuszczalnika używanego do sporządzania roztworów. W zależności od charakteru użytego oleju i tłustości, żywice alkidowe mogą schnąć przez samoutlenianie lub mogą wymagać do tego celu użycia środków sieciujących, takich jak żywice aminowe. Oczywiście, możliwy jest dalszy ich podział na klasy przeznaczone do specjalnych zastosowań i zawsze należy dokonywać ich selekcji w oparciu o szczegółowe informacje uzyskiwane od dostawców.

Dostępne są również różne tzw. modyfikowane żywice alkidowe, do których należą żywice uretanowe (mocznikowe), poliamidowe, silikonowe, fenolowo-formaldehydowe lub winylowe.

Alkidowe żywice uretanowe otrzymuje się przez zastąpienie części kwasu dwuzasadowego dwuizocyjanianem toluenu. Tłuste alkidy (ftalaki) uretanowe stosuje się do wyrobu farb dekoracyjnych, bowiem zapewniają one lepsze wiązanie z podłożem i szybsze schnięcie w porównaniu z alkidami niemodyfikowanymi.

Alkidowe żywice poliamidowe wykazują właściwości tiksotropowe powstające na skutek wiązań wodorowych. Dostępny jest szeroki wachlarz takich żywic o różnej wytrzymałości żelu, które stosuje się w farbach dekoracyjnych albo osobno, albo w mieszaninach z niemodyfikowanymi żywicami alkidowymi w celu modyfikacji właściwości aplikacyjnych oraz korygowania ściekalności wyrobów.

Alkidowe żywice silikonowe stosuje się do nadawania wyrobom wysokiego połysku, zwłaszcza w wyrobach zewnętrznych na podłoża metalowe, ale stosunkowo wysoka cena ogranicza ich użycie do zastosowań specjalnych.

Alkidowe żywice fenolowo-formaldehydowe zapewniają większą twardość oraz odporność na wodę i działanie czynników chemicznych, ale mają tendencję do żółknięcia co ogranicza ich stosowanie do wyrobów podkładowych, zwłaszcza tam, gdzie trzeba uniknąć droższych żywic epoksydowych.

Alkidowe żywice winylowe są zwykle produktami modyfikacji żywic alkidowych styrenem lub winylotoluenem, a rzadziej metakrylanem. Główną korzyścią ich stosowania jest szybsze schnięcie, tworzenie twardej powłoki, lepszy kolor, odporność na wodę, chemikalia i rozpuszczalniki oraz dobry połysk. Ostatnio, wysoka cena winylotoluenu oraz trudności uzyskania styrenu spowodowała opracowanie szerokiego zakresu szybkoschnących żywic alkidowych modyfikowanych kwasem benzoesowym. Wyroby oparte na tych żywicach stosowane są w przemyśle do malowania natryskiem oraz do wytwarzania emalii nakładanych pędzlem. Żywice te są dostępne w postaci roztworów zarówno w rozpuszczalnikach alifatycznych jak i aromatycznych, przy czym w tym drugim przypadku uzyskuje się szybsze schnięcie.

W ostatnich latach opracowano specjalne żywice alkidowe charakteryzujące się większą elastycznością, nawet w warunkach starzenia. Są one używane głównie do zastosowań zewnętrznych na drewno w sytuacjach, gdzie wilgoć może zaatakować budulec.

3.2.2.2. Żywice poliestrowe

Termin „poliester” obejmuje zarówno żywice alkidowe jak i poliestry nasycone i nienasycone, jednak zwykle jest on zarezerwowany żywic opartych na kwasach lub hydroksylach bezolejowych. Typowo, żywice te uzyskuje się w reakcji alkoholi dwu lub wielowodorotlenowych z kwasami dwu lub trójzasadowymi lub z ich bezwodnikami w postaci roztworów w rozpuszczalniku. Równowaga pomiędzy twardością a elastycznością tych żywic sterowana jest dokładnym wyborem głównego składnika oraz modyfikatora, jakim zwykle jest silikon (krzemian). Z uwagi na ich wyższą cenę w stosunku do modyfikowanych alkidów olejowych, zastosowanie żywic poliestrowych ograniczone jest do tworzenia wyrobów powłokowych o wysokich wymaganiach, takich jak wyroby do malowania techniką „coil coatingu”, karoserii samochodowych lub do końcowego malowania drewna, zwłaszcza w przemyśle meblarskim.

W przypadku wyrobów piecowych, żywice poliestrowe są zwykle sieciowane za pomocą żywic melaminowo-formaldehydowych, natomiast w zastosowaniach, w których schnięcie następuje na powietrzu, stosuje się je w postaci dwuskładnikowej sieciowanej adduktami wielofunkcyjnych izocyjanianów.

Dostępne są również poliestry wodorozcieńczalne oraz poliestrowe żywice proszkowe.

3.2.2.3. Polimery akrylowe

Są one oparte głównie na estrach akrylowych i metakrylowych, z możliwością stosowania innych nienasyconych związków winylowych. Żywice akrylowe dostępne są zarówno jako termoplastyczne jak i termoutwardzalne. W tym drugim przypadku, w polimerze wbudowywane są dodatkowe grupy funkcyjne, umożliwiające sieciowanie z żywicą melaminowo-formaldehydową (MF) lub sieciowanie za pomocą poliizocyjanianów. Jako klasa, żywice akrylowe posiadają bardzo dobrą klarowność oraz zdolność do wiązania z podłożem i odporność na chemikalia i warunki atmosferyczne, co czyni je idealnymi kandydatami do wytwarzania farb samochodowych, zastosowań domowych, do malowania techniką „coil coatingu”, do wymalowań zewnętrznych, etc.

Stosowany rozpuszczalnik zależy od składu użytego polimeru akrylowego. Polimery o krótszych łańcuchach bocznych są stosunkowo polarne i wymagają rozpuszczalników w postaci ketonów, estrów, lub etero-alkoholi. W przypadku dłuższych łańcuchów bocznych, można stosować do tego celu węglowodory aromatyczne. Optymalne zrównoważenie rozpuszczalników zależy również od rodzaju żywicy sieciującej.

Żywice akrylowe są oczywiście dostępne również w postaci emulsji lub lateksów, albo w formie dyspersji niewodnych (NAD). Tego typu żywice będą omówione osobno.

3.2.2.4. Żywice aminowe

Żywice zawierające aminy lub azot są produktami kondensacji związków zawierających dwie lub więcej grup aminowych - zwykle mocznika lub melaminy - z formaldehydem. O ile zwykle są one dostępne w postaci roztworów z mieszaninami butanol/ksylen, izobutanol lub etanol, to niektóre typy są dostępne również w postaci roztworów wodnych. Żywice te zwykle stosowane są jako utwardzane lub sieciowane różnymi żywicami hydroksyfunkcyjnymi. Nadają one wyrobom doskonały kolor, posiadają dobrą retencję barwy, twardość oraz odporność na czynniki chemiczne.

Tańsze gatunki formaldehydowych żywic mocznikowych (UF) wykorzystuje się do przemysłowych zastosowań ogólnego przeznaczenia a żywice katalizowane kwasami, utwardzane wilgocią, stosuje się do wyrobów schnących w temperaturze pokojowej. Żywice melaminowo-formaldehydowe (MF) mają lepszą odporność chemiczną, oraz retencję barwy w podwyższonych temperaturach, lepszą trwałość w warunkach zewnętrznych i krótsze czasy schnięcia w piecu, czemu towarzyszy wysoka elastyczność dobra odporność udarowa, dobry połysk i odporność na wodę, co kwalifikuje je do sporządzania wyrobów dla motoryzacji.

3.2.2.5. Żywice fenolowo-formaldehydowe (rezolowe)

Większość typowych żywic (PF) używanych do sporządzania farb opiera się na kondensacji fenolu z formaldehydem w obecności katalizatora alkalicznego. Produkty tego typu znane są jako żywice rezolowe. Do otrzymywania żywic olejo-rozpuszczalnych lub olejo-reaktywnych lub modyfikowanych, stosuje się różne fenole. Jako ogólne środki sieciujące, żywice PF były zastępowane żywicami MF oraz UF z uwagi na doskonałą retencje barwy. Jednak w zastosowaniach, w których kolor nie jest istotny, takich jak malowanie zbiorników lub okładzin cystern, żywice PF są jeszcze nadal używane osobno lub w mieszaninach z żywicami alkidowymi lub epoksydowymi.

3.2.2.6. Żywice epoksydowe

Żywice te oparte są zwykle na reakcji dwufenylolopropanu (Bisphenol A) z epichlorohydryną. Dostępnych jest wiele ich odmian o różnych masach cząsteczkowych, temperaturach mięknienia oraz różnych równoważnikach epoksydowych. Struktura żywic epoksydowych schnących w piecu nadaje im dobra odporność chemiczną, przyczepność, stabilność cieplną i sztywność. Skłonność do żółknienia ogranicza ich stosowanie do farb gruntowych i podkładowych oraz powłok, gdzie istotne są przyczepność i odporność chemiczna.

O ile ciekłe odmiany tych żywic o niskiej masie cząsteczkowej mogą być stosowane osobno, to odmiany o wyższej masie cząsteczkowej używane są w połączeniu z żywicami melaminowymi lub fenolowymi. Stosowane są również układy dwuskładnikowe, sieciowane izocyjanianami, poliaminami lub poliamidami. Układy te zapewniają doskonałą odporność chemiczną, twardość, odporność na ścieranie, elastyczność oraz dobre przyleganie (adhezję).

Przy produkcji farb przeznaczonych do malowania rurociągów, zbiorników oraz do sporządzania farb okrętowych, żywice epoksydowe miesza się ze smolistym węglem aktywnym i utwardza się za pomocą amin, adduktów aminowych lub żywic poliamidowych.

3.2.2.7. Izocyjaniany

Grupa izocyjanianowa wyrobu reaguje w temperaturze pokojowej z grupami zawierającymi aktywne atomy wodoru, takimi jak alkohole, aminy, fenole oraz woda. Dostępne są zarówno poliizocyjaniany aromatyczne jak i alifatyczne, przy czym pierwsze z nich są bardziej reaktywne. Dwuizocyjaniany o niskiej masie cząsteczkowej, takie jak dwuizocyjanian toluenu (TDI) używany jest do sporządzania alkidów uretanowych, natomiast pozostałe można stosować do wytwarzania izocyjanianów blokowanych, używanych do elektropowłok różnych wyrobów rozpuszczalnikowych oraz do wytwarzania farb proszkowych. Przy posługiwaniu się izocyjanianami należy zachowywać szczególną ostrożność, ponieważ ich odmiany o niskiej masie cząsteczkowej są trujące a ich pary są drażniące i działają uczuleniowo (alergicznie) nawet przy niskich stężeniach.

Wyroby dwuskładnikowe oparte na żywicach hydroksy-funkcyjnych i adduktach izocyjanianowych są używane jako powłoki silnie odporne na działanie rozpuszczalników. Stosowane żywice mogą zawierać alkidy, poliestry, polietery, epoksydy i akrylany, a typowe addukty opierają się na 3 molach dwuizocyjanianu heksametylenu przypadających na 1 mol wody.

Dwuskładnikowe wyroby alkidowe stosowane są do farb przeznaczonych do malowania drewna, natomiast dwuskładnikowe wyroby poliestrowe stosuje się do sporządzania wyrobów o wysokiej trwałości w lotnictwie oraz do malowania elementów z tworzyw w przemyśle motoryzacyjnym. Dwuskładnikowe wyroby akrylowe były szeroko używane do sporządzania emalii zaprawkowych stosowanych w przemyśle samochodowym.

3.2.2.8. Żywice silikonowe

Dostępny jest szeroki asortyment alkilo- i arylo-organicznych żywic silikonowych, które stosuje się do modyfikacji żywic alkidowych, poliestrowych, akrylowych i epoksydowych, przy czym typowy poziom modyfikacji mieści się w granicach od 15 do 40 %. Głównym zastosowaniem takich modyfikowanych żywic silikonowych jest wytwarzanie powłok na stal (coil coating) do okładzin budynków, dzięki ich dużej trwałości.

Dostępne są również czyste żywice silikonowe, wykorzystywane w aplikacjach wymagających dużej odporności na ciepło.

3.2.2.9. Żywice winylowe

Żywice te obejmują homopolimery chlorku winylu i kopolimery chlorku winylu z octanem winylu. Homopolimer chlorku winylu na ogół stosowany jest w formie suchych cząstek zdyspergowanych w plastyfikatorze (plastizol) lub mieszaniny z rozpuszczalnikiem / rozcieńczalnikiem (organozol). Podczas stosowania i w czasie ogrzewania, cząstki polichlorku winylu pęcznieją i ulegają koalescencji. Kopolimer jest rozpuszczalny w ketonach lub w mieszaninach ketonów z rozpuszczalnikami aromatycznymi. Żywice te dobrze wiążą się z podłożem, są elastyczne i odporne na wodę a także mają dobrą zdolność do wytłaczania. Typowe ich zastosowanie obejmuje malowanie taśm metalowych do okien weneckich oraz kołpaków butli.

3.2.2.10. Emulsje polimerowe / lateksy

Termin „lateks” odnosi się ściśle do powłok wodnych, ponieważ są one zdyspergowane w wodzie w postaci drobnych cząstek stałej żywicy, takiej jak 100 % akrylany lub kopolimery octany winylu (VA) wraz z jednym lub kilkoma alternatywnymi komonomerami. Mogą one obejmować estry akrylowe, winylowe, etylenowe, estry chlorku winylu lub inne estry. Dostępne są również kopolimery styrenu z akrylanami. Wielkość cząstek takich żywic zależy głównie od metody ich wytwarzania oraz od rodzaju stabilizacji, ale typowo mieszczą się one w granicach od 0,1 do 1,0 μm przy czym większość kopolimerów VA ma wymiary rzędu 0,5 μm. Najdrobniejsze cząstki lateksu, zwykle stabilizowane 100 % akrylanami, mają gorsze właściwości płynięcia, ale nowe technologie zagęszczaczy farb pozwalają na pokonanie tej trudności. Tworzenie powłoki odbywa się na drodze koalescencji cząstek lateksu następującej w miarę odparowania wody z powłoki, a w praktycznie stosowanych farbach, proces ten jest wspomagany przez wprowadzanie rozpuszczalników ułatwiających koalescencję. Żywice takie są obecnie w zdecydowanej większości stosowane do sporządzania wyrobów przeznaczonych do wymalowań zewnętrznych i wewnętrznych w farbach dekoracyjnych występujących powszechnie na rynku.

3.2.2.11. Dyspersje niewodne (NAD)

Analogicznie jak w przypadku polimerów emulsyjnych, drobne cząstki (0,1 ÷ 0,5 μm) żywicy akrylowej zdyspergowane są w niewodnej fazie ciągłej (rozpraszającej), takiej jak węglowodory alifatyczne. Kluczem do stabilności takich dyspersji jest istnienie na powierzchniach cząstek zaadsorbowanej warstwy bloków lub szczepów polimeru, które po solwatacji działają jak bariera zapobiegająca flokulacji, który to proces znany jest jako stabilizacja steryczna (przestrzenna). Dodanie silniejszych rozpuszczalników do NAD może wywołać pęcznienie cząstek polimeru, co prowadzi do utworzenia roztworu rzeczywistego. Takie mikrożele organiczne stosowane są często wraz z termoutwardzalnymi polimerami hydroksy-akrylowymi w celu nadawania określonych właściwości reologicznych wyrobom podczas ich aplikacji. Głównym obszarem zastosowań technologii NAD jest tworzenie silniej rozbudowanych powłok dla motoryzacji, jako środki przeciw ściekaniu oraz dodatki wspomagające orientację pigmentów metalicznych w wyrobach lakierowych.

3.2.1.2. Żywice wodorozpuszczalne (wodorozcieńczalne)

Typowe żywice, takie jak niektóre kondensaty formaldehydowe, zawierające w swoim składzie heksametoksymetyloaminę i typowe fenolany, rozpuszczają się w wodzie bez potrzeby wprowadzania do nich żadnych dodatkowych modyfikacji. Inne żywice mogą stać się wodorozpuszczalne lub wodorozcieńczalne przez wbudowanie do ich szkieletu grup hydrofilowych - zwykle grup kwasowych lub aminowych, dzięki czemu które stają się one rozpuszczalne przez tworzenie soli, co osiąga się przez dodatek lotnych amin lub kwasów. Jako modyfikatory żywic epoksydowych lub polibutadienowych, zwykle są stosowane maleinowane kwasy tłuszczowe, co pozwala na uzyskanie roztworów wodnych w obecności aminy. Często dla zwiększenia zdolności rozcieńczających wprowadza się do układu rozpuszczalnik mieszający się z wodą, np. taki jak stosowany w USA butylocellosolve. Obecność aminy sprzyja żółknieniu, ale żywice takie znajdują zastosowanie głównie do sporządzania farb podkładowych przeznaczonych do malowania metali. Żywice poliestrowe i alkidowe o wysokiej liczbie kwasowej, mogą rozpuszczać się w wodzie. Żywice wodorozpuszczalne mogą być samoutwardzalne albo sieciowane przez dodatek innej żywicy sieciującej, rozpuszczalnej lub emulsyfikującej się w wodzie, np. wodorozcieńczalne MF, UF lub żywice fenolowe, albo niektóre beta-hydroksyalkiloamidy.

Żywice epoksydowe można modyfikować w wyniku reakcji z bezwodnikami dwukarboksylowymi lub z bezwodnikiem kwasu trójmelitowego. Alternatywnie, można je poddawać reakcji z aminami drugorzędowymi, uzyskując w ten sposób rozpuszczalność w kwasie octowym. Żywice takie mogą być utwardzane za pomocą MF, albo za pomocą blokowanych żywic fenolowych lub izocyjanianowych. Potencjalne zastosowanie i opracowywanie nowych rozwiązań w kierunku rozpuszczalności w wodzie, przyspieszają naciski na ograniczanie rozpuszczalników w wyrobach lakierowych.

Opracowano również specjalne typy żywic wodorozpuszczalnych przeznaczonych do produkcji podkładów nakładanych metodami elektroforetycznymi. Większość wymienionych wyżej żywic nadających się do adaptacji do tych celów, zwykle stosuje się w postaci stabilnych dyspersji cząstek lub miceli. Typowymi środkami neutralizującymi dla osadzania anodowego są alkalia lub aminy, natomiast kwas mlekowy lub octowy używany jest do osadzania katodowego.

3.2.3. Wybieranie żywic

3.2.3.1. Wyroby dekoracyjne

Wyroby te obejmują zarówno wyroby dekoracyjne jak i ochronne przeznaczone dla rzemieślników lub do prac typu „zrób to sam” do nakładania jednowarstwowego przy malowaniu wewnętrznych lub zewnętrznych ścian budynków. W tym kontekście budynki mogą obejmować nie tylko pomieszczenia mieszkalne, takie jak sklepy, biura, szkoły itp., ale również instalacje przemysłowe, konstrukcje, mosty, etc., które normalnie zalicza się do miejsc o trudnych warunkach malowania. O ile tradycyjnie rynek wyrobów dekoracyjnych był oparty na wyrobach olejnych schnących na powietrzu, to w czasie ostatnich 40-lat nastąpiło wyraźne przejście w kierunku wyrobów na bazie wodnych lateksów, przy czym aktualny udział tych wyrobów, różny w różnych krajach, wykazuje stale tendencje wzrostową.

Wyroby rozpuszczalnikowe. Dekoracyjne wyroby o wysokim połysku zwykle oparte są na tłustych żywicach alkidowych schnących na powietrzu, rozpuszczalnych w węglowodorach alifatycznych. Typowe żywice rozpuszczalnikowe do wyrobów o wysokiej jakości oparte są na wzbogaconym oleju lnianym o tłustości 60 %, do produkcji których jako alkohol estryfikujący stosuje się pentaerytryt. Zakres lepkości może zależeć od wymaganej zawartości fazy stałej w wyrobie końcowym, biorąc pod uwagę wymagany poziom pigmentacji niezbędny dla uzyskania odpowiedniego koloru i siły krycia. W praktyce, wprowadza się do układu również pewną ilość żywicy alkidowej modyfikowanej poliamidem, aby nadać wyrobowi finalnemu określony stopień struktury a receptury w pełni zżelowanych, nie ściekających wyrobów, mogą być oparte wyłącznie na takich żywicach tiksotropowych.

Tańsze wyroby można opracowywać na bazie alkidów o średniej tłustości, ale trzeba ceną za to jest mniejsza zawartość fazy stałej w wyrobie, co prowadzi do cieńszej warstwy tworzącej się powłoki i słabszej siły krycia, gorszych charakterystyk aplikacyjnych i mniejszej odporności na warunki klimatyczne. Wady te można pokonać w znacznym stopniu przez użycie alkidów o średniej lub dużej tłustości, modyfikowanych kwasem benzoesowym, które mają znacznie wyższą lepkość.

Gdy produkuje się szeroki zakres wyrobów o wysokim połysku i różnej jakości, można uprościć ich technologię sporządzając masowo typową pastę kierowaną do ucierania w młynie (Mill Base) - patrz Rozdział 7 - stosując do tego celu jako medium rozpraszające, wysokiej jakości żywicę alkidową o obniżonej lepkości, a do egalizacji (Let Down) wprowadza się żywice alkidowe o różnej lepkości lub żywice tiksotropowe, w zależności od wymagań wyrobu finalnego.

Wyroby podkładowe do gruntowania oparte są na podobnej koncepcji, ale dopuszcza się stosowanie do tego celu alternatywnych olejów, nawet jeśli wykazują one tendencję do żółknienia. Do sporządzania podkładów na metal można stosować oleje o krótszej długości (chudsze), zapewniające szybsze schnięcie i tworzące twardszą powłokę, ale nie są one zalecane do sporządzania gruntów lub podkładów zewnętrznych przeznaczonych do malowania drewna, do czego wymagane są żywice alkidowe o dużej elastyczności.

Do sporządzania wyrobów wymagających szybkiego schnięcia lub dobrej przyczepności do podłoża, można rozważyć stosowanie żywic alkidowych modyfikowanych mocznikiem.

Chociaż w większości krajów wyroby zewnętrzne do malowania ścian opierają się obecnie na technologii lateksów, istnieją jeszcze obszary, w których do wyrobów przeznaczonych dla budownictwa stosuje się żywice alkidowe modyfikowane styrenem lub winylotoluenem (VT). Ich zaletą jest odporność na działanie rannych deszczów lub na wysoka wilgotność powietrza podczas aplikacji.

Wyroby wodorozcieńczalne. Wybór żywic tego typu do określonych zastosowań zależy od dostępnego zakresu oraz od ich względnych cen na rynkach w różnych krajach. Jako ogólną zasadę można przyjąć, że kopolimery VA są stosowane do farb przeznaczonych do malowania płaskich powierzchni wewnętrznych i zewnętrznych oraz do wyrobów wewnętrznych ogólnego stosowania o wysokim połysku., natomiast droższe, 100 % żywice akrylowe przeznaczone są do produkcji wyrobów wodorozcieńczalnych o połysku jedwabistym jak „skorupka jajka” (aqueous eggshell), wyrobów o wysokim połysku oraz specjalnych podkładów i farb nawierzchniowych zewnętrznych do malowania drewna, w tym tzw. farb „do użytku domowego”. Styrenowane żywice akrylowe mające zwykle stosunkowo małe cząstki oraz zdolność do tworzenia silnych wiązań, stosowane są do sporządzania farb matowych o wyższej wartości SOP, oraz do farb zewnętrznych dla budownictwa.

Terpolimery typu: octan winylu / chlorek winylu / etylen, wytwarzane w procesie polimeryzacji ciśnieniowej stanowią alternatywę dla bardziej konwencjonalnych kopolimerów VA, ale w recepturach wyrobów do wymalowań zewnętrznych, opartych na takich żywicach, trzeba uwzględnić obecność rozpuszczalnika ułatwiającego koalescencję, o słabym zapachu,.

3.2.3.2. Wyroby przemysłowe

Z uwagi na to, ze potencjalny zakres zarówno dostępnych żywic jak i wyrobów jest bardzo szeroki, w ramach tej książki można w tej dziedzinie przedstawić jedynie ogólne wskazówki. Wybór zalecanego typu żywicy dla określonego zastosowania musi zależeć od lokalnej dostępności surowca, jego ceny, metody aplikacji, sposobu utwardzania powłoki oraz oczekiwanych właściwości wyrobu. Wnikliwa analiza zakresu surowców oferowanych przez dostawców oraz towarzyszących im danych pozwala na wybór najkorzystniejszego wariantu stanowiącego punkt wyjścia dla opracowywanej receptury. Z uwagi na różnorodność kosztów w różnych układach recepturowych, ważne jest zachowanie rozsądku i nie przesadzać w przeformułowaniu wyrobu. Powodzenie e tej kwestii zależy od równowagi pomiędzy jakością a kosztami. Poniżej przedstawiono ogólne zalecenia, które mogą być pomocne przy doborze żywic do sporządzania wyrobów przemysłowych.

Wyroby do pracy w trudnych warunkach. Gdy potrzebne są układy żywic schnące na powietrzu, zwykle do sporządzania wyrobów o dużej trwałości stosuje się żywice alkidowe lub ich modyfikacje. Alkidy mocznikowe zapewniają szczególnie dobrą przyczepność do podłoża i szybkie schnięcie, natomiast alkidy silikonowane zapewniają uzyskiwanie dobrego połysku i maksymalną trwałość powłoki, zwłaszcza na podłożach metalowych.

Żywice alkidowe modyfikowane fenolami można wybrać wtedy, gdy wymagana jest duża odporność na wodę i chemikalia, jeśli retencja barwy nie ma istotnego znaczenia, a z uwagi na koszty, stosowanie do tego celu epoksydów nie jest wskazane. Układy epoksydowe dwuskładnikowe, sieciowane izocyjanianami, poliamidami lub poliaminami można wybierać, gdy wymagana jest duża odporność na chemikalia, duża twardość powłoki, elastyczność, adhezja oraz odporności na ścieranie. Przy wymaganej dużej odporności na ciepło, warto zastosować żywice silikonowe.

Sporządzanie emalii. Podstawowymi wymaganiami są w tym przypadku dobry kolor i retencja barwy przy jednoczesnej dobrej odporności na alkalia i detergenty. Zaleca się w tym przypadku stosowanie układu alkido-aminowego, zwłaszcza przy użyciu zestawu melamina / formaldehyd jako środka sieciującego z możliwym dodatkiem żywicy epoksydowej. Inne układy warte do rozpatrzenia, to kombinacja żywic epoksydowo-poliamidowych, termoutwardzalnych akrylanów lub kombinacji układów żywic akrylan / MF.

Wyroby do nakładania techniką „Coil Coating”. Głównym typem żywicy jaki należy tu wziąć pod uwagę jest bezolejowy poliester, w miarę możliwości modyfikowany silikonem, co zwiększa retencję połysku. Dla układów piecowych, jako środek sieciujący można zastosować MF. Alternatywnie, dla układów schnących na powietrzu, możliwe jest skorzystanie z żywic izocyjanianowych. Inne możliwości, to termoutwardzalne akrylany, fluoropolimery lub układy plastizolowe PCV.

Farby przemysłowe ogólnego stosowania (farby dekoracyjne na metal). W tym zakresie możliwy jest bardzo szeroki wybór, zależny od wymaganych właściwości wyrobu oraz warunków suszenia lub utwardzania. Za podstawę dla układów schnących na powietrzu można przyjąć w pierwszej kolejności chude żywice alkidowe lub szybkoschnące alkidy, takie jak żywice alkidowe modyfikowane styrenem, winylem lub kwasem benzoesowym. W przypadku większych wymagań, można skorzystać z żywic akrylowo-izocyjanianowych lub winylowych. Dla układów schnących w piecu można uwzględnić użycie systemu alkido-aminowego w postaci czystej lub modyfikowanej epoksydami.

Emalie do maszyn. Tu głównym układami bazowymi zapewniającymi szybkie schnięcie i odporność na benzynę mogą być szybkoschnące alkidy lub układy chlorowanego kauczuku.

3.3. Pigmenty

3.3.1. Informacje ogólne

Główną rolą jaką spełnia pigment w wyrobach jest nadanie farbie barwy i siły krycia. Pigmenty uczestniczą również w tworzeniu powłoki, nadają jej trwałość i odporność na korozję i wpływają na inne właściwości powłoki, takie jak połysk, przyczepność, trwałość, przepuszczalność, adhezja międzywarstwowa, co osiąga się przez ustalenie SOP na odpowiednim poziomie.

Cząstki pigmentu mogą mieć rozmiary od 0,01 do 50 μm, a nawet większe w przypadku granulowanych wypełniaczy lub teksturowanych wyrobów dla budownictwa, jednak w większości zastosowań przyjmuje się maksymalną średnicę 25 μm. Pigmenty mogą być dostarczane w postaci suchego proszku lub w formie pasty albo zawiesiny, jednak bez względu na rodzaj opracowywanego wyrobu i zastosowany proces produkcji, zawsze należy sprawdzać, czy wybrany pigment jest całkowicie zdyspergowany, zwilżony oraz ustabilizowany, co jest podstawowym warunkiem uniknięcia jego flokulacji w opakowaniu lub podczas schnięcia. Aspekt ten jest bardziej szczegółowo omówiony w Rozdziale 7.

Przy opracowaniu receptur rozpatrywane są różne pigmenty, które można podzielić na poniższe grupy:

• Pigmenty białe

• Pigmenty kolorowe

• Wypełniacze

• Pigmenty inhibitujące korozję

3.3.2. Pigmenty białe (dwutlenek tytanu)

Chociaż do tej grupy można zaliczyć białe węglany ołowiu, tlenek cynku, tlenek antymonu oraz litopon (siarczan lub siarczek baru), to obecnie prawie bez wyjątku stosuje się do tego celu dwutlenek tytanu (biel tytanowa) TiO₂. Jednak jak stwierdziliśmy wcześniej, rzadko można traktować surowiec do farby jako jeden towar i wśród różnych dostawców bieli tytanowej można wyróżnić wiele gatunków dwutlenku tytanu o różnych właściwościach. Wybór optymalnego gatunku dla danego zastosowania jest ważny, chociażby ze względu na cenę i udział kosztów tego surowca w wyrobie finalnym. Jeśli istnieje dwóch głównych dostawców produkujących biel tytanową np. metodą siarczanową lub chlorkową, mniej ważny jest sposób jej wytwarzania a o wiele bardziej istotna jest końcowa obróbka wpływająca na stan powierzchni pigmentu, co ma decydujące znaczenie dla jego przydatności.

Należy również podkreślić, że pigment ten występuje w dwóch postaciach krystalicznych, znanych jako rutyl i anataz. Jednak w normalnych zastosowaniach lakierniczych stosowany jest niemal wyłącznie gatunek rutyl, który ma znacznie większą trwałość, wyższy współczynnik refrakcji, większą gęstość i lepszą stabilność chemiczną. Z punktu widzenia siły rozbielania, biel tytanowa typu rutyl ma siłę krycia o około 45 % większą niż biel tytanowa typu anataz.

Powłoka powierzchniowa ziarna bieli tytanowej może zawierać od 0 do 20 % TiO₂. Główną część tej powłoki stanowią składniki nieorganiczne takie jak Al₂O₃ lub ZrO₂, albo ich kombinacja. Ponadto powierzchnia ta może być traktowana związkami organicznymi do których typowo należą: poliole, aminy i silikony oraz ich pochodne. Proces ten przeprowadza się w celu nadania pigmentowi lepszej zdolności do dyspergowania w różnych mediach, Końcowe charakterystyki pigmentu mogą również zależeć od sposobu w jakim powierzchnia taka jest tworzona.

Rodzaj i masa powłoki powierzchniowej ziarna bieli tytanowej wpływa na rozmiar cząstki pigmentu (wynoszący na ogół 0,2 μm), gęstość, ciężar nasypowy a zwłaszcza powierzchnię właściwą, która decyduje o liczbie olejowej lub o ilości wody wymaganej dla pełnego zwilżenia pigmentu. Innymi ważnymi różnicami mogą być: barwa (odcień), trwałość i łatwość dyspergowania (dyspergowalność). Dostawcy tego pigmentu zwykle podają charakterystyki oferowanego TiO₂, wskazując ich sugerowane przeznaczenia, które można podzielić na poniższe kategorie:

• Gatunki supertrwałe do „Coil Coatingu” i do wyrobów dla motoryzacji

• Gatunki wysoko trwałe do wyrobów zewnętrznych o wysokim połysku, przeznaczonych dla celów dekoracyjnych lub dla zastosowań przemysłowych

• Gatunki o doskonałych właściwościach optycznych, przeznaczone do sporządzania emalii, przemysłowych farb wodorozcieńczalnych, itp.

• Gatunki uszlachetniane powierzchniowo (80 ÷ 86 % TiO₂), zapewniające maksymalne krycie, nadające się zwłaszcza do nawierzchniowych farb emulsyjnych

• Gatunki uniwersalne, zapewniające optymalne właściwości wyrobu, w możliwie szerokim obszarze zastosowań.

W praktyce, różnice pomiędzy poszczególnymi gatunkami są nieznaczne i chociaż są one potrzebne dla naświetlenia ich zalet, to jednak pierwsze z dwóch wyżej wymienionych kategorii mogą znaleźć najszersze zastosowanie. Występujące coraz częściej masowe sporządzanie past standardowych opartych na bieli tytanowej przemawiają za stosowaniem gatunków uniwersalnych, nadających się do wytwarzania różnych wyrobów. W fabrykach produkujących wyroby dekoracyjne coraz częściej stwierdza się celowość korzystania z pigmentów uniwersalnych, nadających się zarówno do wytwarzania rozpuszczalnikowych wyrobów zewnętrznych o wysokim połysku, jak i lateksowych wyrobów wodorozcieńczalnych o różnych wartościach SOP. Stwierdzono bowiem, że uszlachetniane powierzchniowo gatunki bieli tytanowej dobrze nadają się zarówno do produkcji matowych jak i półmatowych farb emulsyjnych o wysokich wartościach SOP. Nadają się one również do produkcji emalii różnych typów, zwłaszcza w obecności nieprzezroczystego (kryjącego) polimeru.

Niezależnie od wyboru optymalnego gatunku bieli tytanowej, ustalenie optymalnego poziomu jakości wyrobu wymaga uwzględniania również innych kryteriów. Determinują je przede wszystkim wymagany poziom siły krycia, na który wpływają jednak jeszcze inne czynniki, takie jak SOP, stopień zwilżania, postać uzyskiwanej dyspersji i jej stabilność, grubość nakładanej powłoki, zawartość części stałych oraz obecność innych pigmentów barwiących i pomocniczych.

W konwencjonalnych wyrobach białych z połyskiem, schnących na powietrzu, poziom TiO₂ może zmieniać się od 350 kg/1000 litrów dla wyrobów o najlepszej jakości, do 2400 kg/1000 litrów dla wyrobów bardziej ekonomicznych, przy utrzymywaniu stężenia objętościowego pigmentu w suchej powłoce SOP na poziomie 17,5 % lub stosunku pigmentu do spoiwa w suchej powłoce P/B na poziomie 0,75 : 1, oraz zwartości fazy stałej w zakresie 70 ÷ 75 %.

W lateksowych farbach dekoracyjnych, poniżej krytycznego stężenia objętościowego pigmentów w suchej powłoce (KSOP), poziom TiO₂ może zmieniać się od 200 do 300 kg/1000 litrów, zależnie od poziomu połysku, obecności innych materiałów kryjących, takich jak nieprzezroczysty polimer lub glinki kalcynowane, całkowitej zawartości części stałych, itp. Powyżej KSOP, poziomy TiO₂ mogą być znacznie obniżone z uwagi na ekonomie wyrobu.

Przy opracowywaniu teksturowanych wyrobów dla budownictwa, poziom TiO₂ może być obniżony proporcjonalnie do grubości nakładanej warstwy farby., tzn. dzieląc standardowy poziom pigmentacji TiO₂ przez jednostkową powierzchnię nakładanej powłoki.

3.3.3. Pigmenty barwne

Tradycyjnie, podstawowa klasyfikacja pigmentów kolorujących wprowadza podział na pigmenty nieorganiczne i organiczne. Ogólne właściwości pigmentów barwnych w tych kategoriach zestawiono w Tabeli 3.1. (Lambourne, 1987).

Tabela 3.1. Ogólne właściwości pigmentów barwiących

Właściwość pigmentu	Nieorganiczne	Organiczne
Barwa	Czasem przytłumiona	Zwykle wyrazista
Krycie	Zwykle wysokie	Stosunkowo niskie
Siła barwienia	Zwykle niska	Zwykle wysoka
Wytrzymałość względem rozpuszczalników (odporność na tzw. „krwawienia”)	Dobra	Zmienna od słabej do dobrej
Odporność na chemikalia	Zmienna	Zmienna
Odporność na ciepło	Na ogół dobra	Zmienna
Trwałość	Zwykle dobra	Zmienna
Cena	Stosunkowo niska	Zmienna, ale niektóre gatunki są bardzo drogie

(Źródło: Lambourne. Paints and Surface Coatings and Theory and Practice., p. 113)

Wykazano również (Lambourne, 1987), że obecnie dostępnych jest ponad 5 000 różnych pigmentów kolorowych, reprezentujących ponad 700 różnych gatunków chemicznych, zestawionych na liście w indeksie kolorów „Colour Index” opublikowanym przez Society of Dyers and Colourists wspólnie z American Association of Textile Chemists and Colorists.

W ramach tego krótkiego wprowadzenia nie sposób przedstawić dokładne zalecenia odnośnie wyboru pigmentów dla określonych wyrobów o różnych barwach. Na ogół, wybór kolorowego pigmentu zależy od wymaganej barwy wyrobu, ale również związany jest z siłą krycia, trwałością, odpornością na ciepło i rozpuszczalniki, toksycznością i ceną. Zestawienie przedstawione Tabeli 3.1. wskazuje, że istnieją wyraźne wskazania stosowania pigmentów nieorganicznych wszędzie tam, gdzie jest to możliwe, ale nie zawsze jest to realne w sytuacjach, w których wymagane są czysta barwa oraz głęboki i jasny odcień barwy.

Przy dobieraniu mieszanek pigmentów o różnych rozmiarach cząstek, o różnej obróbce powierzchniowej i o różnych gęstościach, konieczne jest zachowane szczególnej ostrożności, ponieważ niewłaściwy wybór może pociągnąć za sobą problemy wypływania lub flotacji pigmentów w mokrej powłoce podczas jej schnięcia. Dla uzyskania wymaganego odcienia o dobrej czystości, ważny jest dobór pigmentów o odpowiedniej tonacji. Pomocne w tym zakresie mogą być listy właściwości pigmentów kolorowych zawierające pełne ich barwy i tzw. „rozbiały”, dostarczane przez producentów lub dystrybutorów.

Należy również brać pod uwagę czy korzysta się z suchego pigmentu, czy też z postaci dyspersji pigmentu w określonym medium lub w postaci wstępnie zdyspergowanych past, które dostępne są w bardziej ograniczonym zakresie kolorów w różnych rozpuszczalnikach, olejach albo w innych mediach wodnych lub uniwersalnych. Jeśli określony zakres pigmentów uznanych za standardowe znajduje się już na stanie magazynowym fabryki, możliwe jest ustalenie ich podstawowych właściwości oraz dobieranie na podstawie banku danych współpracującego z posiadanym programem komputerowym. Programy takie pozwalają na przewidywanie alternatywnych opcji przy standardowym poziomie krycia, uporządkowanych w kolejności wzrastających kosztów, z jednoczesnym wskazaniem prawdopodobnego stopnia metameryzmu. Przy silnie konkurencyjnych rynkach, korzystanie z takich technik jest bardzo zalecane, ponieważ pozwala to na wyraźne obniżenie kosztów związanych z optymalnym wykorzystanie pigmentów barwnych.

3.3.4. Wypełniacze

Chociaż historycznie rzecz biorąc wypełniacze były używane jako źródło obniżki kosztów przy nadawaniu farbom wymaganej zawartości części stałych (skąd wynika popularność węglanów przy kalkulacji wagowej kosztów), to obecny zakres dostępnych i stosowanych wypełniaczy jest bardzo obszerny a poprawny ich wybór może wpływać na wiele właściwości farb, takich jak połysk, krycie, ściekalność i rozlewność, trwałość, przyczepność, przepuszczalność oraz właściwości reologiczne.

Przy ocenie wpływu wypełniaczy na właściwości wyrobów, skład chemiczny wypełniaczy jest mniej istotny niż ich właściwości fizyczne takie jak rozmiar i kształt cząstek, liczba olejowa, gęstość a także rodzaj obróbki powierzchniowej lub sposób ich kalcynacji.

Rozmiar cząstek wypełniaczy może zmieniać się od 0,1 do ponad 3 000 μm, ale powszechnie stosowane wypełniacze maja rozmiary rzędu 0,2 ÷ 20 μm. Bardzo drobne wypełniacze mają z reguły wysoką powierzchnię właściwą i tym samym wysoka liczbę olejową, natomiast stosunkowo grube wypełniacze (> 20 μm) wywierają niekorzystny wpływ na gładkość powłoki na skutek występowania tzw. „efektu okienkowego” (Window Effect). Grubsze wypełniacze znajdują zastosowanie w wyrobach teksturujących, w wyrobach nieściekających, itp. Kształt cząstek wypełniaczy może również być silnie zróżnicowany, od krystalicznych form zbliżonych do kuli, do amorficznych agregatów w formie igieł lub pałeczek albo w postaci płytek. Wypełniacze kalcynowane mogą mieć silnie popękane powierzchnie, które mogą pozostać niezwilżone prze spoiwo w powłoce, powodując zróżnicowanie rozproszenia światła wpływające na krycie. Właściwy dobór mieszanek wypełniaczy może wpływać na upakowanie ich w powłoce, zwiększając jej wytrzymałość i tym samym odporność na wilgoć i trwałość.

Niezależnie od rozmiarów i kształtu cząstek, inną ważną charakterystyką wypełniaczy jest ich liczba olejowa. Im wyższa jest jej wartość, tym niższe może być krytyczne stężenie objętościowe pigmenty w suchej powłoce (KSOP). Z uwagi na to że jest to stężenie objętościowe a wypełniacze są znacznie tańsze od TiO₂ lub od spoiwa, można tworzyć receptury o możliwie najwyższej wartość KSOP. Wyjaśnia to popularność białych wypełniaczy o średnich rozmiarach cząstek (zwłaszcza węglanu wapnia), które są stosunkowo tanie i mają niską gęstość i liczbę olejową. Chociaż formułowanie wyrobu wyłącznie w oparciu o białe wypełniacze i rozbielacze może być akceptowane z uwagi na koszty, to jednak wymagane jest ich mieszanie z innymi wypełniaczami, takimi jak talk, mika lub „glinka chińska”, w celu nadania wyrobom odpowiedniej przyczepności do podłoża, trwałości oraz poprawy innych właściwości użytkowych.

Najczęściej stosowane wypełniacze zestawiono w Tabeli 3.2., zawierającej ich podstawowe dane takie jak współczynnik refrakcji (IR), gęstość (ρ) oraz wskaźnik typowego przedziału liczby olejowej i zakres wielkości cząstek, w zależności od typu wypełniacza. Należy podkreślić, że baryty lub biel barytowa (Blanc Fixe) mają znacznie większe gęstości niż inne wypełniacze, ale mają również najniższe liczby olejowe. Dzięki temu stanowią one pierwszy, logiczny wybór jako wypełniacze do wprowadzania ich zarówno w układach wyrobów alkidowych z połyskiem jak i w podkładach lub gruntach, pozwalają bowiem na zwiększenie objętościowej zawartości fazy stałej przy minimalnym wpływie na połysk lub porowatość.

Tabela 3.2. Główne typy wypełniaczy do farb

Nazwy zwyczajowe	Typ chemiczny	Gęstość ρ [g/cm^3]	Współczynnik refrakcji	Liczba olejowa *) g oleju/ 100 g pigmentu	Zakres wielkości cząstek **) [μm]
Baryty, „Blanc Fixe”	Siarczan baru	4,4	1,64	10 ÷12,5	10 ÷30
Wybielacze, Kreda, Biel paryska, Kalcyt	Węglan wapnia	2,7	1,5 ÷1,6	10 ÷30	0,5 ÷30
Dolomit	Węglan wapniowo magnezowy	2,85	1,62	15 ÷19	0,5 ÷30
Wollastonit	Krzemian wapnia	2,9	1,63	19 ÷21	1 ÷30
Minex, Syenex, Nephaline Syenite	Uwodniony krzemian sodowo potasowy	2,61	1,53	21 ÷29	2 ÷20
Glinka chińska, kaolin	Krzemian glinu	2,6	1,56	33 ÷48	0,2 ÷25
Talk, Azbest	Krzemian magnezu	2,75	1,56	35 ÷65	0,5 ÷20
Glina kalcynowana	Kalcynowany krzemian glinu	2,5 ÷2,63	1,56 ÷1,62	50 ÷80	0,5 ÷15
Mika	Krzemian glinu	2,84	1,58	50 ÷75	1 ÷50
Dicalite, Celite, Diatomit	Krzemionki	2,33	1,46	120 ÷210	1 ÷50

*) Niektóre farby mają zawężone zakresy dopuszczalnych zastosowań w tych przedziałach

**) Niższe wartości liczb olejowych podanych przedziałów odpowiadają większym rozmiarom cząstek

Wypełniacze w kształcie płytek, takie jak glinka chińska lub mika, wywierają wzmacniający wpływ na powłokę, nadając jej większą zdolność do mycia farb matowych do wymalowań wewnętrznych i nadają większą trwałość farbom do wymalowań zewnętrznych. Glinka chińska, a zwłaszcza jej odmiany kalcynowane, poprawia krycie i pozwala również na uzyskiwanie farby o miękkiej strukturze, obniżając jej tendencję do ściekania podczas aplikacji. Pod tym względem dobry jest również talk, który zwiększa odporność na polerowanie w jeszcze większym stopniu niż glinka chińska. Połączenie wybielaczy, glinki i talku jest powszechne jako układ mieszanych wypełniaczy w matowych farbach emulsyjnych, natomiast mikro-dolomit lub „Minex” może być używany jako część wypełniaczy do gładkich powłok zewnętrznych. Dla subtelnie teksturowanych powłok zewnętrznych, najbardziej trwały układ tworzy mieszanina wybielacza albo mikro-dolomitu z kwarcem lub miką. Nie ma ścisłych ani uproszczonych zasad dotyczących dobierania mieszanin wypełniaczy. Zależy to głównie od miejscowej ich dostępności, względnych cen, wymagań dotyczących barwy, oraz stopnia w jakim wypełniacze mają wpływać na właściwości reologiczne zamiast stosowania do tego celu specjalnych środków pomocniczych. Tym niemniej, dobra mieszanka dla określonego układu lakierowego może wpływać na równowagę pomiędzy właściwościami farby w stanie mokrym a właściwościami suchej powłoki. Wypełniacze nie są już obecnie traktowane (jak kiedyś) jako tanie dodatki, ale jako podstawowe składniki decydujące o pomyślnym recepturowani farby.

Wypełniacze o wyższych liczbach olejowych, takie jak krzemionki o drobnych cząstkach mogą być używane do produkcji wyrobów matowych, ponieważ tylko takie pozwalają na znaczne obniżenie poziomu połysku. Wypełniacze tego typu o liczbach olejowych wysokich do średnich powinny być w takich wyrobach unikane, ponieważ wpływają one silnie na obniżanie SOP i również pogarszają płynięcie wyrobu.

Jak będzie to wykazane w Rozdziale 4, szczególnie cenną klasą wypełniaczy pozwalającą na formułowanie tanich receptur są tzw. wypełniacze przestrzenne lub dystansowe (Spacing Extenders). Będą one efektywne tam, gdzie wymagana jest żywość lub jasność, mają stosunkowo niskie liczby olejowe (dzięki kształtom kulistym) a wielkość ich cząstek jest rzędu 0,8 μm. Typowe gatunki węglanu wapnia również spełniają te wymagania.

3.3.5. Pigmenty inhibitujące korozję

Tradycyjnie, większość antykorozyjnych pigmentów opierało się na ołowiu lub chromie, które obecnie traktowane są jako trujące. Prowadzi to do rosnącego korzystania z innych typów pigmentów lub do zastępowania tradycyjnych metod nakładania farb gruntowych innymi technologiami, takim jak elektrogalwanizacja. Tempo wprowadzania alternatywnych materiałów jest różne na rynkach światowych, co powoduje powstawanie znacznych różnic między poszczególnymi krajami.

Pył cynkowy jest teraz szeroko stosowanym pigmentem antykorozyjnym na całym świecie, zwłaszcza w wyrobach „wzbogaconych w cynk” (w których zawartość pigmentów jest rzędu 95 % względem łącznej masy suchej powłoki).

Minia ołowiana nadal utrzymuje swoje dotychczasowe szerokie zastosowanie na rynkach zlokalizowanych poza terenem USA, zwłaszcza przy produkcji farb do malowania urządzeń przeznaczonych do ciężkich warunków pracy i do malowania konstrukcji stalowych, instalacji petrochemicznych, elektrociepłowni, generatorów mocy, oraz w budownictwie.

Węglan ołowiu jest jeszcze w dalszym ciągu traktowany jako najbardziej efektywny pigment stosowany wytwarzania farb podkładowych przeznaczonych do malowania powierzchni cynkowych lub ze stali ocynkowanej, dzięki tworzeniu mydeł, które nadają powłoko wysoką adhezję oraz dobrą przyczepność do podłoża.

Chromiany cynku i strontu były często używane w połączeniu z czerwienią żelazową do wytwarzania zarówno wyrobów dekoracyjnych jak i gruntów przemysłowych ogólnego stosowania do malowania metali. Bardziej specjalizowane aplikacje bazujące na chromianach cynku przeznaczone były do sporządzania „mokrych podkładów” do malowania powierzchni aluminiowych, zwłaszcza w lotnictwie, gdzie alternatywne jeszcze nie zostały dostatecznie wypróbowane.

Krzemiano-chromowo ołowiawe były szeroko stosowane w wyrobach lakierowych zarówno do sporządzania farb przemysłowych do malowania konstrukcji stalowych, jak farb dla motoryzacji.

Molibdeniany wapnia strontu i cynku są obecnie traktowane jako nietoksyczne i nadal są przedmiotem zainteresowania przemysłu farb i lakierów, zwłaszcza jako zamienniki chromianów uznawanych za trujące i stopniowo wycofywanych z obrotu handlowego.

Fosforany cynku i wapnia są również traktowane jako pigmenty nietoksyczne, a z uwagi na ich białość pozwalają na wytwarzanie białych i pastelowych podkładów. Mogą być wykorzystywane zarówno w układach wodorozcieńczalnych jak i rozpuszczalnikowych i są coraz szerzej używane przy nadawaniu wyrobom sprawdzonych właściwości.

Metaboran sodu jest również wykorzystywany do sporządzania farb podkładowych zarówno w układach wodorozcieńczalnych jak i rozpuszczalnikowych. Zapewnia on nadawanie wyrobom sprawdzonych właściwości, ale wzrost jego wykorzystania ogranicza często poziom toksyczności.

Pigmenty płytkowe stosowane są do w celu zwiększania bariery właściwości powłok, ponieważ uważa się, że mogą inhibitować korozję przez obniżanie stopnia przechodzenia tlenu i wilgoci do podłoża. Rośnie znaczenie blaszkowatego tlenku żelaza jako alternatywy dla minii w farbach do malowania konstrukcji stalowych a zwłaszcza mostów. Do innych pigmentów płytkowych używanych do poprawiania właściwości niektórych pigmentów antykorozyjnych należą łuski aluminiowe oraz mika, a ostatnio również łuski szklane.

3.4. Rozpuszczalniki, rozcieńczalniki i substancje rozrzedzające

3.4.1. Informacje ogólne

Głównym zadaniem rozpuszczalnika (Solvent) jest rozpuszczenie żywicy, natomiast rozcieńczalniki (Diluent) lub substancje rozrzedzające (Thinner) obniżają lepkość farby do akceptowalnego poziomu charakterystycznego dla określonej techniki aplikacyjnej. Wybór optymalnego rozpuszczalnika lub mieszaniny rozpuszczalników wpływa również na wydajność (łatwość) malowania oraz płynięcie farb, (ściekalność i rozlewność), przynajmniej w stanach początkowych, bezpośrednio po nałożeniu mokrej powłoki.

O ile powyższy opis dotyczy roli rozpuszczalnika w farbach opartych na roztworach żywic (wyroby rozpuszczalnikowe), to nieco inna sytuacja ma miejsce w przypadku wyrobów wodnych, w których żywica występuje w postaci zdyspergowanej, a woda działa jako rozcieńczalnik, natomiast „rozpuszczalniki koalescencyjne” towarzyszą łączeniu się cząstek lateksu po odparowaniu wody. Podobnie w dyspersjach niewodnych (NAD), węglowodory alifatyczne działają jako rozcieńczalniki zdyspergowanej żywicy.

Do czynników wpływających na wybór rozpuszczalnika dla określonego wyrobu należą: zdolność rozpuszczania, temperatura wrzenia (lub jej zakres), prędkość parowania (lotność), temperatura zapłonu, zapach, toksyczność oraz cena. W praktyce, stwierdzono, ze dla uzyskania optymalnych wyników podczas aplikacji wyrobu, konieczne jest często stosowanie mieszanin rozpuszczalników lub rozcieńczalników. Do opracowywania optymalnych mieszanin mających dostatecznie dużą siłę rozpuszczania stosowano różne techniki, znane jako układ „parametrów rozpuszczalności”. Szczegółowy przegląd takich metod przedstawił Lambourne (1987).

Główne typy rozpuszczalników stosowanych w typowych zastosowaniach, z podziałem ich na klasy, zestawiono w Tabeli 3.3.

Tabela 3.3. Główne klasy rozpuszczalników

Węglowodory alifatyczne	Benzyna i jej frakcje destylacyjne
Węglowodory aromatyczne	Ksylen, toluen
Alkohole	Metanol, etanol, propanol, butanol
Ketony	Aceton, metyloetylo keton, metyloizobutylo keton, alkohol dwuacetonowy
Estry	Octan etylu, octan butylu,
Etery glikolowe	Butyl celosolve, butyl carbitol, cellosolve, propasol
Etero-estry glikolowe	Butyl cellosolve acetate, butyl carbitol acetate

3.4.2. Rozpuszczalniki do wyrobów schnących na powietrzu

Konwencjonalnie, tłuste żywice alkidowe rozpuszcza się w węglowodorach alifatycznych takich jak benzyna do lakierów (White Spirit), często z dodatkiem 1÷2 % dwupentenu, który działa jako środek przeciwko kożuszeniu. Wyroby nakładane na dużych powierzchniach wewnętrznych, takie jak finalne wyroby alkidowe tworzące powłoki o połysku jedwabistym, mogą opierać się na niskozapachowych rozpuszczalnikach alifatycznych a dla zmniejszenia potencjalnego zagrożenia, stopniowo maleje udział stosowania w farbach rozpuszczalników aromatycznych. Żywice alkidowe o mniejszej tłustości (chude), stosowane w wyrobach podkładowych lub powierzchniowych na metal, można rozpuszczać w rozpuszczalnikach o większej zawartości aromatów, co przyspiesza znacznie ich schnięcie. Typowe, szybkoschnące żywice alkidowe mogą być rozpuszczane całkowicie w rozpuszczalnikach aromatycznych, takich jak ksylen.

3.4.3. Rozpuszczalniki do wyrobów usieciowanych i piecowych

Wybór optymalnej mieszanki może zależeć od charakteru układu żywic, metody aplikacji oraz warunków suszenia (utwardzania). Liczba kombinacji jest tak wielka, ze trudno jest podać jakiekolwiek zalecenia w tym zakresie. Oczywiście układ musi mieć odpowiednią siłę (moc) rozpuszczania, aby nie tylko był zdolny do rozpuszczania danej żywicy ale również utrzymywał ją w stanie roztworu podczas etapu inicjacji „Flash-off”. Wskazówki dotyczące akceptowanych układów można uzyskać zarówno od dostawców żywic jak i rozpuszczalników. W układach sieciowanych poliizocyjanianami, ważne jest unikanie rozpuszczalników zawierających grupy OH lub zanieczyszczonych wodą, ponieważ reagują one z grupami NCO.

3.4.4. Rozpuszczalniki do wyrobów wodorozcieńczalnych

W wyrobach lateksowych, głównym wymaganiem rozpuszczalnika jest towarzyszenie procesowi koalescencji zdyspergowanych cząstek żywicy po odparowaniu wody. O ile do tej pory stosowano do tego celu etery glikolowe i etero-estry glikolowe, to obecnie szeroko faworyzowany jest Texanol ®, ze względu na jego dużą zdolność do koalescencji zarówno żywic opartych na kopolimerach akrylowych jak i winylowych. Stosuje się przy tym około 10 % Texanolu ®, w przeliczeniu na stałą żywicę. Koalescentem często stosowanym w wyrobach opartych na żywicach styrenowo-akrylowych jest benzyna lakiernicza.

Niezależnie od rozpuszczalnika koalescencyjnego, do regulowania płynięcia i czasu schnięcia, stosuje się glikol etylenowy lub propylenowy w ilości 2,5 % w przeliczeniu na farbę. W przypadku farb wodorozcieńczalnych o wysokim połysku, zaleca się aby pigment był dyspergowany raczej w glikolu niż w wodzie, co zapewnia minimalną flokulację i tym samym uzyskiwanie maksymalnego połysku.

3.5. Modyfikatory właściwości reologicznych

3.5.1. Informacje ogólne

Sterowanie właściwościami reologicznym farb jest szczególnie istotne wtedy, gdy chcemy uzyskać wyrób o dobrym wyglądzie i zachowaniu się w opakowaniu (puszce), nie wykazujący tendencji do sedymentacji (osiadania pigmentu), o dobrych właściwościach aplikacyjnych, dobrej rozlewności oraz wolnego od takich defektów jak skłonność do ściekania.

Z tego powodu konieczna jest znajomość podstaw reologii, a zwłaszcza zależności pomiędzy prędkością ścinania a tymi zróżnicowanymi właściwościami farby.

Lepkość [η], lub opór płynięcia jest stosunkiem naprężenia ścinającego do prędkości ścinania:

Naprężenie ścinające [τ] jest siłą wywołująca płynięcie (odniesioną do jednostki powierzchni)

Prędkość ścinania [
] jest prędkością z jaką podczas płynięcia jedna warstwa przesuwa się względem przylegającej do niej drugiej warstwy, znajdującej się w odległości jednostkowej.

Dla potrzeb niniejszej pracy, konieczne jest rozpatrzenie podstawowych zależności między lepkością a prędkością ścinania. Można to zilustrować na prostym wykresie krzywych lepkości, przedstawionym (w skali log-log) na Rysunku 3.1.

Rysunek 3.1. Profile (krzywe) lepkości

• Płynięcie newtonowskie. Lepkość nie zależy od prędkości ścinania.
  Typowe dla olejów i rozpuszczalników.

• Płynięcie dilatantne. Lepkość rośnie ze wzrostem prędkości ścinania.
  Typowe dla układów wysoko pigmentowanych.

• Płynięcie pseudoplastyczne. Lepkość maleje ze wzrostem prędkości ścinania.
  Typowe dla większości wyrobów lateksowych.

• Płynięcie tiksotropowe. Podobne do płynięcia pseudoplastycznego, ale towarzyszy mu opóźniony powrót do lepkości pierwotnej po obniżeniu prędkości ścinania lub jej wstrzymaniu. Powierzchnia ograniczona dwiema krzywymi uzyskanymi przy rosnącej i malejącej prędkości ścinania jest miarą „strukturalności” układu.

Wykresy przedstawione (w skali log-log) na Rysunku 3.2. ilustrują zależności pomiędzy prędkością ścinania, a głównymi właściwościami farb.

Rysunek 3.2. Zależności pomiędzy prędkością ścinania
a głównymi właściwościami farb

Należy podkreślić, że dla kontroli właściwości aplikacyjnych technika malowania pędzlem, wałkowaniem lub za pomocą natrysku, istotne są lepkości przy wysokich prędkościach ścinania rzędu 10⁴ s^-1. Z drugiej strony, osiadaniu (sedymentacji) pigmentów towarzyszy lepkość odniesiona do szczególnie niskich prędkości ścinania mieszcząca się w przedziale od 0,001 do 0,1 s^-1. Rozlewność oraz ściekanie występuje przy prędkościach ścinania między 0,01 a 1,0 s^-1. Natomiast zachowanie się farby w puszce oraz nakładanie farby na pędzel ma miejsce przy pośrednich prędkościach ścinania.

Wynika z tego, że idealna farba powinna mieć pewien stopień tiksotropii, który zapewnia jej wysoką lepkość w spoczynku, co zapobiega sedymentacji, ale pod wpływem sił ścinających występujących podczas aplikacji powstają wysokie naprężenia ścinające obniżające lepkość farby do niskiego poziomu rzędu 20÷250 mPa⋅s (centipauzów) w zależności od rodzaju farby, co pozwala na jej łatwe rozprowadzanie po powierzchni.

Opóźnienie w odbudowie struktury pozwala na dobrą rozlewność i rozpływanie się śladów pędzla lub wałka powstających podczas malowania, ale odbudowa struktury musi być dostatecznie szybka, aby natychmiast zapobiegać ściekaniu farby z powierzchni pionowych.

W wyrobach opartych na roztworach żywic lepkość jest zbliżona do lepkości newtonowskiej, odpowiadającej aktualnemu poziomowi zależnemu od stężenia żywicy (zawartości fazy stałej) o określonej masie cząsteczkowej. Wyższe poziomy pigmentacji mogą mieć wpływ na tą lepkość i nadawać farbie właściwości pseudoplastyczne. W farbach lateksowych, żywica jest zawieszona w postaci drobnych cząstek i mimo jej wysokiej masy cząsteczkowej nie ma to wpływu na lepkość fazy ciągłej (wody). Na lepkość takich farb w większym stopniu wpływa rodzaj koloidu zastosowanego do stabilizacji układu oraz poziom pigmentacji, co ma większy wpływ na lepkość farby przy niskich prędkościach ścinania. Lepkości takich wyrobów przy wysokich prędkościach ścinania stają się bardzo niskie i osiągają wartości rzędu 50÷70 mPa⋅s

Z powyższych powodów, zarówno wyroby rozpuszczalnikowe jak i wodorozcieńczalne wymagają modyfikacji za pomocą specjalnych materiałów, aby zapewnić poszczególnym wyrobom idealny profil lepkości. Materiały takie są zwykle zaliczane do modyfikatorów właściwości reologicznych. Z uwagi na zróżnicowane technologie wyrobów rozpuszczalnikowych i wodorozcieńczalnych, modyfikatory do obu typów wyrobów muszą być rozpatrywane osobno.

3.5.2. Wyroby rozpuszczalnikowe

W celu wprowadzenia odpowiedniego poziomu struktury na makroskopowym poziomie modyfikacji, zwykle w obecności „ciekłych” żywic, stosuje się modyfikowane żywice poliamidowe. Na ogół 10÷20 % łącznej ilości żywicy zastępuje się tzw. „tiksotropową żywicą alkidową”, co nadaje wyrobowi mile wyglądającą, miękką strukturę, zapobiegającą osiadaniu pigmentów i ściekaniu farby. W celu uzyskania zwartej, żelowej struktury wyrobu „nie ściekającego”, układ może zawierać do 100 % modyfikowanej żywicy poliamidowej. Należy jednak zawsze sprawdzać, czy wprowadzenie takiej żywicy nie powoduje obniżenia połysku lub trwałości powłoki, obniżenia zawartości fazy stałej w powłoce i pogorszenia zdolności jej tworzenia, co może obniżać właściwości dekoracyjne farby.

Alternatywnym sposobem zwiększania lepkości przy niskich prędkościach ścinania jest wprowadzanie do wyrobu stosunkowo niewielkich ilości dodatków, które można podzielić na dwa typy:

• Glinki naturalne, np. bentony

• Modyfikatory organiczne

Aby wykorzystać maksymalne możliwość glinek bentonowych w tym zakresie i doprowadzić do stanu pełnego żelowania, płytki glinki muszą być całkowicie zdyspergowane i zsolwatowane, co zwykle osiąga się przez zastosowanie polarnego aktywatora, takiego jak np. alkohol o niskiej masie cząsteczkowej w obecności niewielkiej ilości wody. Benton można wprowadzać do układu lakierowego w postaci wstępnie przygotowanej (lub oferowanej) pasty lub zawiesiny, w zależności od stosowanej techniki dyspergowania pigmentów.

Benton często jest stosowany w połączeniu ze środkiem powierzchniowo czynnym, np. takim jak lecytyna sojowa, przy czym typowy udział bentonu wprowadzanego do układu wynosi około 0,15 % w przeliczeniu na łączną masę farby.

Dostępny jest szeroki zakres organicznych środków tiksotropujących w postaci proszków, past lub w formie ciekłej, przy czym dwie pierwsze postaci wymagają na ogół ścinania i ogrzewania w celu uzyskania wymaganej efektywności żelowania. Wybór typu zależy od rodzaju stosowanej żywicy, a zwłaszcza od tego czy polarność tego medium jest niska, średnia czy wysoka. Poziomu tych dodatków również zmieniają się w szerokim zakresie od 0,3 do 4,0 % w przeliczeniu na łączną masę farby w zależności od gatunku oraz rodzaju wyrobu finalnego. Szczegółowe wskazówki w tym zakresie można znaleźć w firmowej literaturze oferentów lub dostawców tych dodatków. Aby zapewnić optymalny poziom sterowania wszystkimi właściwościami farb związanymi z lepkością przy niskich prędkościach ścinania, często stosuje się kombinację dwóch środków tiksotropujących.

3.5.3. Wyroby wodorozcieńczalne

W obszarze tym istnieje wiele alternatywnych materiałów, począwszy od różnych rodzajów koloidów ochronnych stosowanych do poprawy stabilności, aż do rzeczywistych modyfikatorów właściwości reologicznych, takich jak zagęszczacze oraz dyspergowalne w wodzie glinki, takie jak bentonity oraz laponity. Większość tych materiałów rozpuszcza się w wodzie a wybór optymalnego typu i dodawanych ilości zależy od osiąganej równowagi pomiędzy właściwościami wyrobu a jego stabilnością i zdolnością do magazynowania. Ważne jest również rozeznanie, które materiały pozwalają na zmianę szybkości odbudowy struktury po uprzednim ścinaniu, i jaki mają wpływ na rozlewność i zanika śladów pędzla lub wałka po aplikacji. Inne ważne różnice związane z wyborem typu takiego dodatku obejmują pryskanie farby podczas wałkowania oraz zdolność do biodegradacji, która może mieć związek z wymaganym poziomem dodatku środków bakteriobójczych. Z uwagi na to, że dodatki te mają istotny wpływ przy formułowaniu receptur farb lateksowych, omówimy je teraz nieco szerzej.

3.5.3.1. Zagęszczacze celulozowe

W ramach tej klasy materiałów, technolog opracowujący recepturę styka się z ogromna liczbą gatunków. Typy chemiczne mogą zmieniać się od anionowej karboksymetylocelulozy sodowej (SCMC) do różnych typów niejonowych, takich jak metyloceluloza (MC), metylohydroksyceluloza (MHEC), metylohydroksypropyloceluloza (MHPC), hydroksyetyloceluloza (HEC), itp. Większość odmian tych dodatków dostępnych jest dla różnych poziomów lepkości, od bardzo niskich (10 mPa⋅s dla 2 % roztworu w temperaturze 25 °C, przy niskich prędkościach ścinania, mierzonych wiskozymetrem typu Brookfield), do skrajnie wysokich (100 000 mPa⋅s). Dostępne są również liczne odmiany o różnych stopniach podstawienia, oznaczających w tym przypadku średnią liczbę jednostek hydroksylowych przypadających na jednostkę anhydroglukozy (uwodnionej glukozy), która może reagować z tlenkiem etylenu.

Dalszymi możliwymi zmiennymi są postać fizyczna (proszek, lub granulat), lub odmiany różniące się łatwością rozpuszczania, gdy charakterystyki rozpuszczalności obniża się przez wprowadzanie niewielkich ilości glioksalu.

Przy rozpatrywaniu licznych, dostępnych wariantów, oraz ich cen, trzeba zawsze zwracać uwagę na kluczowe różnice ich charakterystyk. W praktyce, większość powszechnie stosowanych typów należy do klasy SCMC lub HEC w grupie średnich lepkości, które utrzymują się w postaci stabilnych roztworów w szerokim przedziale temperatur od 0 do 100 °C, podczas gdy inne, niejonowe odmiany wytrącają się lub żelują powyżej temperatury krytycznej (powyżej 50 °C). HEC ma większą tolerancję na zmiany pH w porównaniu z SCMC, która jest najbardziej stabilna w przedziale pH 7 ÷ 9. Typowe odmiany SCMC przeznaczone do stosowania w farbach wodorozcieńczalnych posiadają stosunkowo niskie stopnie podstawienia (0,7 ÷ 0,9), podczas gdy stopnie podstawienia HEC są znacznie wyższe (rzędu 2,5). Im wyższy stopień podstawienia, tym większa jest odporność na biodegradowalność, tym niemniej można zawsze podczas sporządzania roztworu wprowadzić skuteczny środek ochronny, zwłaszcza jeśli roztwór będzie magazynowany lub przetłaczany przez dedykowany do tego celu rurociąg. Brak takiej ochrony bakteriologicznej może spowodować mikrobiologiczny atak na pochodne celulozy, co pociąga za sobą natychmiastowy spadek lepkości roztworu lub farby opartej na tym środku zagęszczającym.

Chociaż odmiany o wyższych stopniach lepkości preferowane są dla farb wysokiej jakości, to jednak istnieje tendencja do ich stosowania również w tańszych wyrobach na bazie PVC. Odmiany o wyższych stopniach lepkości mają tendencję do nadawania wyrobom większej tiksotropii niż odmiany o niskiej lepkości, co zmniejsza skłonność do płynięcia i prowadzi do mniej kremowatej struktury farby w puszce. Jest to powodowane ich mniejszą czułością na działanie wody na skutek dodawania mniejszej ilości zagęszczaczy niezbędnej dla uzyskania określonej lepkości. Typowe ilości wprowadzanych dodatków mieszczą się w granicach od 0,25 do 0,6 % w przeliczeniu na farbę, w zależności od stopnia lepkości zagęszczacza oraz od składu recepturowego farby.

Dodawanie koloidu w postaci suchego proszku następuje przed wprowadzeniem wypełniaczy i pigmentów w stadium dyspergowania lub w postaci wstępnie przygotowanego roztworu (zwykle o stężeniu 2-2,5 %) po zakończeniu etapu dyspergowania, ale przed wprowadzeniem dyspersji lub lateksu. Stosując środek zagęszczający o opóźnionej rozpuszczalności lub w postaci granulowanej, można poprawić stopień i szybkość jego rozpuszczania, unikając tworzenia się żelowatych oraz sflokulowanych cząstek. O ile wprowadzanie tego środka w stadium dyspergowania eliminuje konieczność sporządzania i magazynowania osobnego roztworu, to dysponowanie koloidem w postaci roztworu zapewnia optymalne zwilżanie i dyspergowanie pigmentu i właśnie taki sposób postępowania jest zalecany wszędzie tam, gdzie jest to możliwe.

Warto wspomnieć, że ostatnio wprowadzono do handlu hydrofobowo modyfikowany HEC, w którym długi łańcuch grupy alkilowej jest chemicznie połączony z głównym szkieletem polimeru. O ile tradycyjny koloid celulozowy buduje lepkość w wyniku istnienia wiązań wodorowych, to hydrofobowo modyfikowany HEC buduje dodatkowo lepkość dzięki asocjacji grup hydrofobowych, skąd wywodzi się nazwa „zagęszczacz asocjacyjny”.

Farby zagęszczane takimi koloidami są mniej pseudoplastyczne w porównaniu z farbami zgęszczanymi koloidami tradycyjnymi, co prowadzi do niższej lepkości w obszarze niskich prędkości ścinania (i dlatego następuje poprawa ich rozlewności), ale jednocześnie prowadzi do wyższej lepkości przy wysokich prędkościach ścinania, co prowadzi do budowania się powłoki już podczas malowania wałkiem lub pędzlem (i dlatego następuje lepsze krycie). Dalszą, szczególną zaletą tego koloidu jest zwiększona odporność na pryskanie podczas malowania wałkiem. Chociaż materiał ten jest stosunkowo nowy, to jednak pierwsze próby jego stosowania wskazują, że wnosi on wiele korzyści recepturowych i zapewnia lepsza stabilność farby niż inne, syntetyczne zagęszczacze asocjacyjne, zwłaszcza przy stosowaniu ich w układach z kopolimerem octanu winylu. Dla układów akrylowych stabilizowanych środkiem powierzchniowo-czynnym, znacznie lepsze są zagęszczacze mocznikowe.

3.5.3.2. Zagęszczacze akrylowe

Zagęszczacze te, oparte na polimerach rozpuszczalnych w alkaliach, są zwykle stosowane w postaci emulsji o niskich wartościach pH, co pozwala na uzyskiwanie znacznie wyższej zawartości fazy stałej, niż byłoby to możliwe w przypadku roztworów. Normalnie, dodawane są one do farby jako uzupełnienie końcowe, przy czym emulsja zagęszczacza jest zwykle wstępnie rozcieńczana do zawartości około 15 % fazy stałej i dodawana powoli, przy stałym mieszaniu do farby, która powinna zostać uprzednio doprowadzona do pH 8,5. Typowe poziomy tego zagęszczacza mieszczą się w granicach 0,5 ÷2,5 % w przeliczeniu na farbę.

Zagęszczacze akrylowe nadają farbom lepkość bardziej zbliżoną do newtonowskiej niż tradycyjnie stosowane zagęszczacze celulozowe, ale zapewniają uzyskiwanie farb o dobrych charakterystykach. Tym niemniej ich działanie zależy od typu określonego spoiwa oraz od wyboru rozpuszczalnika koalescencyjnego. Dobrze nadaje się do tego celu rozpuszczalnik o nazwie Texanol ®. Szczególne korzyści wynikające ze stosowania zagęszczaczy akrylowych polegają na ich minimalnym wpływie na połysk powłoki lateksowej oraz wysoką odporność na biodegradację. Połączenie dobrego płynięcia i dobrego połysku sprawia, że są one naturalnym wyborem dla lateksów o wysokim połysku. Typowe gatunki zapewniają również bardzo dobrą odporność na pryskanie podczas malowania.

Do ujemnych stron tych zagęszczaczy należy ich rozpuszczalność w alkaliach, co ma negatywny wpływ na ich odporność na środowisko alkaliczne oraz na gorszą adhezję na mokro gotowego wyrobu lakierowego.

3.5.3.3. Mocznikowe zagęszczacze asocjacyjne

Opracowanie tego typu niejonowego zagęszczacza asocjacyjnego pozwala, na nadawanie wyrobom lateksowym następujących właściwości początkowych:

• Rozlewność zbliżoną do alkidów, dzięki niskiej lepkości przy niskich prędkościach ścinania

• Silniejsze budowanie powłoki dzięki wyższej lepkości przy wysokich prędkościach ścinania

• Doskonała odporność na pryskanie (przy malowaniu pędzlem lub wałkiem).

Obecne w tym zagęszczaczu łańcuchy boczne, tworzą swoistą sieć asocjacyjną łącząc je ze sobą i cząstkami spoiwa oraz w mniejszym stopniu z cząstkami pigmentu. Sieć ta powoduje zwiększanie lepkości przy wysokich prędkościach ścinania, natomiast nie wykazuje takiego samego wpływu na lepkość przy niskich prędkościach ścinania, co miało miejsce w przypadku konwencjonalnych koloidów celulozowych.

Typowo, zagęszczacze mocznikowe używane są w połączeniu z zagęszczaczami mającymi większy wpływ na lepkość przy umiarkowanych i niskich prędkościach ścinania, co pozwala na sterowania lepkością w całym jej zakresie. Pośrednie lepkości mogą również zależeć od obecności „aktywnych” składników farby, takich jak mieszające się z wodą rozpuszczalniki lub środki powierzchniowo-czynne. W obrębie różnych rozpuszczalników mieszających się z wodą, butyl-carbitol ma największy wpływ na obniżanie lepkości przy umiarkowanych prędkościach ścinania, mierzonych wiskozymetrem Stormera. Rozpuszczalniki nie mieszające się z wodą, takie jak Texanol ®, nie wywierają widocznego wpływu na lepkość. W przypadku środków powierzchniowo-czynnych, efekt obniżania lepkości jest największy przy stosowaniu surfaktantów anionowych lub surfaktantów niejonowych o wysokich wartościach HLB. Należy unikać stosowania fosforanowych, szklistych środków powierzchniowo-czynne typu maskującego, takich jak Calgon ® lub Tetron ®, ponieważ mogą one całkowicie zniweczyć zagęszczające działanie mocznikowych zagęszczaczy asocjacyjnych.

Przy ustalaniu poprawnej równowagi miedzy zagęszczaczem mocznikowym a innymi środkami zagęszczającymi wprowadzanymi do układu, należy zawsze najpierw sprawdzić, czy rozpuszczalniki koalescencyjne i inne zostały ze sobą odpowiednio zoptymalizowane. Dopiero po tym można ustalić poziom zagęszczacza mocznikowego, zapewniający wymaganą lepkość przy wysokich prędkościach ścinania. Dodatek innego, mniej efektywnego zagęszczacza mocznikowego lub koloidu celulozowego, takiego jak HEC, może spowodować zwiększenie lepkości przy umiarkowanych prędkościach ścinania, a dodatek butylo-carbitolu może ją obniżyć. Należy również zachować ostrożność i nie dodawać zbyt dużej ilości koloidu celulozowego, aby nie pogorszyć charakterystyki reologicznej wyrobu przy niskich prędkościach ścinania.

Poszczególni dostawcy tych zagęszczaczy udzielają wyczerpujących wskazówek na temat ich optymalnego stosowania, ale należy upewnić się czy ich wzajemne współdziałanie i tym samym wpływ na profil lepkości zależy od rodzaju i gatunku używanego lateksu przez wyznaczenie zawartości części nielotnych w składzie recepturowym oraz sprawdzenie obecności innych składników „aktywnych”, takich jak pasty dobarwiające. Tylko na drodze eksperymentalnej możliwe jest w ramach dane receptury znalezienie właściwego optimum całego profilu lepkości opracowywanego wyrobu.

3.5.3.4. Glinki montmorylonitowe

Do poprawy lepkości wyrobu przy niskich prędkościach ścinania, i tym samym do sterowania ściekalnością, można w małych ilościach (typowo 0,1 ÷ 1,0 %) stosować takie materiały jak bentonit. Należy jednak zachować przy tym ostrożność, aby unikać ich zbyt dużej ilości , ponieważ może to znacznie pogorszyć rozlewność, ponieważ działanie takich substancji może zależeć od rodzaju głównego układu zagęszczaczy. Przykładowo, jego użycie wraz z HEC może zwiększać lepkość przy niskich prędkościach ścinania w znacznie silniejszym stopniu niż wraz SCMC.

3.5.3.5. Tytaniany naturalne

Aby uzyskać wyższy poziom struktury, a nawet struktury żelowej, można stosować takie materiały jak tytanian trójetanoloaminy (TET) w ilości 0,1 ÷ 0,5 % w przeliczeniu na łączną ilość farby. Aktualny poziom tego dodatku zależy od rodzaju podstawowego koloidu celulozowego i może zależeć od budowy zastosowanego środka powierzchniowo-czynnego.

3.6. Środki pomocnicze

3.6.1. Informacje ogólne

Z samej nazwy wynika, że środki pomocnicze (dodatki), wprowadzane są do układu w stosunkowo niewielkich ilościach wyłącznie w celu modyfikowania właściwości farb. Wielu dystrybutorów oferuje obecnie bardzo szeroki zakres materiałów przeznaczonych do kontroli określonych defektów farb i warto pamiętać o tym, że zawsze możemy sięgnąć do odpowiedniego słoika stojącego na półce, gdy tylko spotkamy się z określonym problemem. Należy jednak zawsze zdawać sobie sprawę, że dobry technolog opracowujący recepturę powinien raczej rozwiązywać problem przez dopasowanie właściwej receptury, a nie przez ratowanie się środkami pomocniczymi Materiały takie można stosować tylko w ostateczności, a nigdy nie traktować tego jako podstawowy sposób postępowania.

Nie wszystkie dodatki można traktować jako środki korygujące. Wiele z nich stanowi istotną część dobrze opracowanej receptury, ale zaliczane są one do kategorii dodatków z uwagi na niewielki ich udział w wyrobie w stosunku do zawartości głównych składników.

Różne klasy dodatków stosowanych do regulowania właściwości, z podziałem ich na dodatnie (konstruktywne) lub ujemne (korekcyjne), zestawiono w Tabeli 3.4.

Tabela 3.4. Dodatki do farb

Konstruktywne	Korekcyjne
Środki dyspergujące / zwilżające	Środki przeciw kożuszeniu
Sykatywy	Środki przeciw wypływaniu pigmentów
Środki antybakteryjne (biocydy)	Środki przeciw pienieniu
Insektycydy	Środki przeciw gazowaniu
Inhibitory korozji opakowań	Środki antystatyczne
Inhibitory korozji iskrowej (przeciw rdzewieniu)
Absorbery UV	Środki przeciw zamarzaniu
Środki przeciwzapachowe (dezodoranty)

3.6.2. Środki dyspergujące / zwilżające

Jak wynika z nazwy, materiały te wprowadza się w fazie dyspergowania w celu ułatwienia zwilżania i dyspergowania pigmentów. Zakres dostępnych środków tego typu jest bardzo szeroki a wybór właściwego zależy od rodzaju pigmentów oraz stosowanego medium rozpraszającego. Wiadomo, również że środki powierzchniowo-czynne (surfaktanty) dzielimy na anionowe, niejonowe i kationowe. Za ogólną zasadę można przyjąć, że surfaktanty anionowe stosuje się dla pigmentów nieorganicznych, natomiast surfaktanty niejonowe wybiera się dla dyspersji pigmentów organicznych. Bez względu na rodzaj wybranego materiału optymalnego, zawsze należy używać tylko wymaganej ilość środka niezbędnego do zwilżania i dyspergowania pigmentu oraz dla zwiększania stabilności farby. Nadmiar może wywołać negatywny wpływ na ogólne właściwości wyrobu takie jak stabilność, wrażliwość na działanie wody, adhezja na mokro, tendencja di pienienia lub tworzenie innych defektów powłoki. Z uwagi na to, że wybór może być bardzo specyficzny, należy korzystać z literatury dostarczanej przez dystrybutorów, zwłaszcza jeśli chodzi o dobieranie odpowiedniej ilości dodatku. Tym niemniej, w przypadku farb dekoracyjnych na bazie żywic alkidowych, niektóre informacje są już znane i wynika z nich, że należy stosować równolegle dodatek lecytyny sojowej. Stwierdzono również, że przy stosowaniu w fazie dyspergowania niskolepkiego medium polarnego, nie jest konieczne stosowanie tego typu środków pomocniczych. W przypadku farb lateksowych, dobrze sprawdzonym układem jest fosforanowy środek powierzchniowo-czynny typu maskującego, np. taki jak Calgon ® lub Tetron ®, stosowany wraz z organicznymi dyspersantami, takimi jak Tamol 731 ® lub Dispex ®. Typowe poziomy mogą wynosić 0,1 % (Tetron ®), lub 1,0 % (Tamol 731 ®) w przeliczeniu na łączną ilość pigmentu.

3.6.3. Sykatywy

Materiały te stosowane są do przyspieszania reakcji utleniania lub polimeryzacji w powłokach schnących na powietrzu opartych na wyrobach olejnych. Zwykle do tego celu stosowane są mydła (sole kwasów tłuszczowych) metali ciężkich w postaci różnych mieszanek działających wewnątrz powłoki lub na jej powierzchni. Względna efektywność działania sykatyw związana jest w pewnej mierze z rodzajem kwasu tłuszczowego, ale podstawową rolę w tym zakresie odgrywa kation metalu, działający jako katalizator przyspieszający schnięcie powłoki.

Kobalt jest najbardziej aktywną sykatywą ale działa głównie na powierzchni. Nadmiar sykatywy kobaltowej prowadzi do przedwczesnego schnięcia powierzchni i do marszczenia się powłoki. Typowy poziom dodatku sykatywy kobaltowej wynosi 0,05 % kobaltu w przeliczeniu na łączną ilość stałej żywicy.

Ołów jest najczęściej stosowaną sykatywą działającą „na wskroś” powłoki i wprowadzany jest w ilości 0,5 % względem stałej żywicy, ale nawet taki poziom jest krytykowany z uwagi na jego możliwą toksyczność i obecnie dąży się do zastępowania go alternatywnymi sykatywami, nawet jeśli są one mniej efektywne od ołowiu.

Mangan jest również silną sykatywą działającą zarówno na powierzchni jak i wewnątrz powłoki, ale jego kolor ogranicza stosowanie tej sykatywy do gruntów i podkładów. Typowy poziom dodatku wynosi około -,3 % w przeliczeniu na stałą żywicę.

Wapń znajduje coraz szersze zastosowanie jako sykatywa dodatkowa zastępująca ołów i stosuje się ją w ilości 0,2 % Ca w przeliczeniu na suchą żywicę.

Cyrkon jest obecnie uważany za główny zamiennik ołowiu i wprowadzany jest w ilości 0,2 % względem suchej żywicy., ale mechanizm jego działania suszącego jest inny niż w przypadku ołowiu i dlatego nie sykatywa ta nie może być traktowana jako zamiennik bezpośredni.

Glin jest czasem zalecany jako potencjalna część zamiennika ołowiu, ale jego stosowanie jest najbardziej efektywne po uprzedniej modyfikacji żywicy, intensyfikującej jego działania. W zakresie stosowania sykatyw aluminiowych, należy korzystać ze wskazówek dostawców.

3.6.4. Środki konserwujące / biocydy

Wyroby wodorozcieńczalne, zwłaszcza zawierające naturalne lub syntetyczne koloidy celulozowe stosowane jako środki zagęszczające, zdolne są do biodegradacji jeśli nie zastosuje się odpowiednich środków zapobiegawczych. Ochrona tego rodzaju powinna być wprowadzana do wszelkich materiałów ciekłych dostarczanych lub magazynowanych masowo, jak również do farb w procesie ich wytwarzania oraz do opakowań takich jak puszki.

Do ochrony lateksów w procesie wytwarzania podczas dostawy i magazynowania, stosuje się powszechnie formaldehyd i może on być on bardzo użyteczny w tym zakresie, ale wymaga nadzoru przy stosowaniu, zwłaszcza jeśli chodzi o sterylność urządzeń produkcyjnych i rurociągów.

Z uwagi na jego lotność, jest on mniej efektywny na dłuższą metę. Dostępnych jest wiele odmian środków konserwujących, a dane literaturowe dostawców zawierają wskazówki na temat optymalnych poziomów ich dozowania. Należy zawsze pamiętać o tym, że optymalny poziom zależy od rodzaju innych dodatków oraz od zawartości PVC w recepturze. Im wyższy poziom PVC, tym więcej trzeba stosować środków konserwujących.

Należy podkreślić, że użycie środka konserwującego wprowadzanego do puszki nie może być traktowane jako zastępnik higieny technologicznej. Gnicie, pleśnienie lub atak enzymów może wywołać wyraźne obniżenie lepkości wyrobu. Znacznie groźniejsze są w takim przypadku straty produkcyjne i trzeba wówczas zmienić środowisko produkcji na bardziej bezpieczne. Zagrożenia tego typu występują częściej, gdy ze względów bezpieczeństwa nie można stosować rtęciowych środków konserwujących. Nie ma innych środków ochronnych, które zapewniały by tak efektywną ochronę jak związki rtęci. Typowe poziomy ich stosowania mieszczą się w granicach 0,05 ÷ 0,2 % względem łącznej ilości farby.

Dla farb zewnętrznych konieczne jest stosowanie fungicydów (środków grzybobójczych) i algicydów (środków przeciwporostowych), aby zapobiec atakowi zarodników pleśni na powierzchni powłoki. Istnieje wiele materiałów tego typu, z których dokonuje się ostrożnego wyboru. Dla ochrony farb w puszkach zalecany jest ich poziom 0,5 ÷ 1 % względem farby. Czasem zaleca się do takiej ochrony stosowanie różnych odmian tlenku cynku.

3.6.5. Insektycydy

Insektycydy (środki owadobójcze) nie są typowym dodatkiem wprowadzanym do farb, ale czasem farby zewnętrzne oferowane są na żądanie odbiorców z udziałem takich substancji, zwłaszcza dla ochrony przed muchami. Innym, specjalistycznym przeznaczeniem tych środków są zastosowania w  farbach okrętowych przeciwko karaluchom. Aby dodatki te były dostatecznie efektywne, wymagane są ich dość duże poziomy, a ilość kompozycji musi być dostosowana do powierzchni wymalowania. Do materiałów stosowanych do tego celu należą Dieldrin ®, Pyrethrum ® i inne chlorowane związki aromatyczne posiadające właściwości owadobójcze.

3.6.6. Inhibitory korozji opakowań

Chociaż do dystrybucji farb wodorozcieńczalnych stosuje się puszki lakierowane, to jednak zalecane jest korzystanie z inhibitorów korozji, dla zabezpieczania przed rdzewieniem lokalnych, niedostatecznie pokrytych lakierem powierzchni cynkowych puszki. Zwykle stosuje się do tego celu benzoesan sodu w ilości 1 % w przeliczeniu na łączną ilość wody wyrobie, ale czasem alternatywnie stosuje się azotek sodu, jako uzupełnienie benzoesanu sodu.

3.6.7. Inhibitory rdzewienia iskrowego

Gdy farby wodorozcieńczalne nakłada się bezpośrednio na goły metal żelazny, typowym zjawiskiem występującym podczas malowania jest rozprowadzaniem punktowych zarodków rdzy, które po wyschnięciu powłoki pojawiają się na jej powierzchni w postaci brązowych plamek. Zjawisko to nasi nazwę korozji iskrowej. Da zapobiegania tego zjawiska pomocne może być stosowanie benzoesanu sodu lub azotku sodu w ilości 1,5 ÷ 2 % w przeliczeniu na wodę.

3.6.8. Absorbery UV

Wyroby te mają znaczenie głównie dla uzyskiwania czystej powłoki przy opracowywaniu wyrobów do malowania samochodów. Wprowadzenie około 1 % absorbera UV zapewnia czystość powłoki zewnętrznej. Środki te w połączeniu ze „stabilizatorami światła” obniżają skłonność powłoki do jej degradacji pod wpływem światła słonecznego, co przejawia się takim ujemnymi efektami jak kredowanie, łuszczenie się i pękanie powłok. Do zapobiegania takim zjawiskom dostępne są gotowe środki pomocnicze, takie jak Tinuvin ® lub Sanduvor ®.

3.6.9. Środki przeciwzapachowe (dezodoranty)

Do maskowania nieprzyjemnego zapachu farb podczas malowania i bezpośrednio po wyschnięciu, stosuje się wiele różnych esencji, tzw. „olejków aromatycznych”.

W praktyce, nieprzyjemny zapach wyrobu lepiej jest eliminować na samym początku przez pozbywanie się cuchnących monomerów śladowych lub przez korzystanie z rozpuszczalników o nieco przyjemniejszym zapachu. Środkiem najczęściej stosowanym do pozbywania się nieprzyjemnego zapachu jest niskoprocentowy olejek sosnowy.

3.6.10. Środki przeciw skórkowaniu (łuszczeniu)

W celu minimalizowania skłonności do skórkowania (łuszczenia) powłok schnących na powietrzu, opartych na wyrobach rozpuszczalnikowych, często wystarczy dodatek 1 ÷ 2 % olejku sosnowego lub dwupentenu. Jednak dla pełniejszej ochrony w tym zakresie, zwłaszcza dla uniknięcia tworzenia się bardzo słabej skórki - trudnej do usunięcia - która może powodować rozszczepianie się powłoki, zaleca się stosowanie 0,2 % dodatku oksymów, takich jak butyraldoxime lub metyloetyloketoksym.

3.6.11. Środki przeciwko wypływaniu / flotacji

Pewne kombinacje pigmentów są bardziej skłonne niż inne do tworzenia powłoki o niejednorodnej barwie, na skutek ich selektywnego wypływania lub „flotacji”. Zapobieganie powstawaniu flokulacji przez zapewnienie dobrego zwilżania i dyspergowania pigmentów może w znacznym stopniu pokonać ten problem, ale gdy nadal on jeszcze istnieje, należy rozważyć zastosowanie środka przeciwko wypływaniu pigmentów. Do tego celu dostępne są różne dodatki, ale dla uzyskania najlepszych wyników trzeba ostrożnie je dobierać w dostosowaniu do określonego wsadu przed uwzględnieniem ich w recepturze.

3.6.12. Środki przeciwko pienieniu

Obecność środków powierzchniowo-czynnych w wyrobach wodorozcieńczalnych, często jest odpowiedzialna za tworzenie się w wyrobie trwałej piany, która utrzymuje się na suchej powłoce. Zastosowanie efektywnego środka przeciw pienieniu wprowadzanego w fazie dyspergowania lub jako dodatek końcowy w fazie egalizacji może wydatnie obniżyć tworzenie się piany. W tym zakresie są również dostępne różne materiały, od olejów mineralnych do alkoholi, mydeł lub związków opartych na silikonach.

Właściwy wybór środka przeciw pienieniu może być bardzo specyficzny dla określonego składu lub zastosowanej technologii i często nie może być potwierdzony w inny sposób niż przez bezpośrednie sprawdzenie w warunkach praktycznych wywołujących pienienie. Pomocną zasadą może tu być możliwie jak najwcześniejsze zapobieganie powstawaniu piany niż jej usuwanie, przez odpowiedni dobór środków powierzchniowo-czynnych oraz zwracanie bacznej uwagi na operacje technologiczne, którym towarzyszy mieszanie materiału.

3.6.13. Środki przeciwko gazowaniu

Gazowanie w puszce zwykle jest następstwem obecności wilgoci w takich wyrobach jak farby poliuretanowe utwardzane wilgocią lub w wyrobach zawierających łuski (płatki) aluminiowe albo pył cynkowy. Niezbędna jest właściwa kontrola procesu technologicznego w celu zminimalizowania źródeł zanieczyszczania wyrobu wodą - która często znajduje się w rozpuszczalnikach - ale niezależnie od tego czasem trzeba stosować odpowiednie środki pomocnicze zapobiegające temu zjawisku. Pomocne tu mogą być dodatki usuwające lub pochłaniające wodę, takie jak drobne cząstki silikażelu lub dodatki oparte na monomerycznych izocyjanianach, zwykle wprowadzane w stadium dyspergowania pigmentów.

3.6.14. Środki antystatyczne

Do rozpuszczalników węglowodorowych można wprowadzać dodatki antystatyczne, stosowane na poziomie 0,3 %, które obniżają możliwość powstawania ładunków elektrostatycznych i tym samym występowania potencjalnych zagrożeń zaiskrzenia i pożaru podczas magazynowania i obsługi. Typowym materiałem antystatycznym jest dodatek o nazwie ASA3 firmy Shell Chemicals (UK) Ltd.

3.6.15. Środki przeciwko zamarzaniu

Wyroby wodorozcieńczalne mogą ulegać destabilizacji na skutek powstawania drobnych kryształków lodu, których tworzeniu można zapobiegać przez zastosowanie koloidów ochronnych lub środków powierzchniowo-czynnych tworzących ochronną warstewkę powierzchniową wokół roztworu co prowadzi do częściowej koalescencji żywicy w puszce w procesie tajania (rozmrażania). Można również obniżać temperaturę zamarzania (krzepnięcia) wyrobu przez dodatek 1 ÷ 2 % glikolu etylenowego w przeliczeniu na łączną farbę, ale najlepiej jest chronić wyrób przed zamarzaniem podczas magazynowania.

Literatura

1. M. Ash and I. Ash., Formulary of Paints and other Coatings. Vol. I (1978).
   George Godvin Ltd., London.

2. E. W. Flick. Water-based Trade Paint Formulations (1988). Industrial Water-based Paint Formulations (1988). Contemporary Industrial Coatings. Environmentally Safe Formulations (1985). Interior Water-based Trade Paint Formulatins (1980). Solvent-based Paint Formulations (1977). Noyes Publications, Park Ridge, New Jersey, USA.

3. D. A. Karsa (ed). Additives for Water Based Coatings.
   Ryal Society of Chemistry. London (1990)
   

4. R. Lambourne (ed). Paint and Surface Coatings: Theory and Practice.
   Ellis Horwood Ltd. Chichester (1987).

5. R. R. Myers and J. S. Long (ed). Treatise on Coatings. Vol. 4 - Formulations.
   Marcel Dekker. New York (1975).

6. S. Paul. Surface Coatings Science and Technology.
   John Wiley & Sons. Chichester (1985).

7. H. F. Payne. Organic Coatings Technology. Vol. I - Oils, resins, varnishes and polymers.
   John Wiley. New York (1954).

8. O. Volk and M. Abriss. Federation Series on Coatings Technology. - Units 23 - Interior Finishes.
   Federation of Societes for Coatings Technology. Philadelphia (1976).

9. H. Warson. Gloss Emulsion Paints. 2^nd edition.
   Solihull Chemical Services. Solihull. West Midlands (1983).

- 70 -

Pseudoplastyczne

Tiksotropowe

Dilatantne

Newtonowskie

Osiadanie pigmentów

Ściekanie

i

rozlewność

Wygląd w puszce

i po wymalowaniu

Nakładanie na pędzel

Malowanie pędzlem, wałkiem

lub natryskiem

---