Модификация структуры и свойств покрытий из дисперсий сополимера винилхлорида с винилиденхлоридом

Водные дисперсии сополимера винилхлорида с винилиденхлоридом применяются для получения покрытий с защитными и декоративными свойствами в производстве комбинированных материалов и упаковок продуктов питания [4; 57-59; 61, с. 445]. Особенность формирования покрытий из дисперсии полимера ВИХ-65 состоит в том, что вследствие замедления релаксационных процессов на стадии удаления жидкой фазы в них возникают внутренние напряжения, соизмеримые с адгезионной и когезионной прочностью покрытий.

С целью снижения внутренних напряжений осуществлена модификация дисперсий ВИХ-65 олигомерными и полимерными добавками, обладающими поверхностно-активными свойствами и содержащими функциональные группы, способствующие повышению межмолекулярного взаимодействия в системе [65, с. 175]. К числу таких добавок относятся кремнийорганические соединения типа алкилалкоксисиланов, олигомерные блок-сополимеры АБ с регулярным чередованием жестких и гибких блоков. В табл. 3.13 приведены данные о влиянии концентрации добавок различного типа на физико-механические свойства защитных покрытий из композиций на основе дисперсии ВИХ-65.

Таблица 3.13

Из данных табл. 3.13 видно, что введение малого количества добавок [1-2% (масс.)] способствует значительному понижению внутренних напряжений и улучшению деформационно-прочностных показателей защитных покрытий из композиций на основе ВИХ-65.

Для выяснения причины этого явления исследовалось влияние добавок на реологические свойства композиций из дисперсии ВИХ-65 на приборе с коаксиальными цилиндрами типа Шведова. Изучена зависимость вязкости от напряжения сдвига для дисперсий ВИХ-65, содержащих разное количество модифицирующей добавки ДБ. Установлено, что исходная дисперсия представляет собой слабоструктурированную систему. С увеличением концентрации модификатора до 2% (масс.) наблюдается структурирование композиции с резким перепадом между верхним и нижним уровнями вязкости. Такая композиция обладает тиксотропными свойствами, формирование в покрытиях сетчатой структуры с лабильными межмолекулярными связями способствует увеличению скорости протекания релаксационных процессов и резкому понижению внутренних напряжений, а также обусловливает агрегацию структурных элементов в процессе отверждения покрытий. Методом электронной микроскопии установлено, что при введении добавок блок-сополимеров регулярного строения, обладающих свойствами поверхностно-активных веществ, происходит диспергирование латексных частиц на более мелкие структурные элементы, разворачивание макромолекул полимера и формирование в покрытиях однородной упорядоченной структуры (см. рис. 2.6).

Винилиденхлоридные сополимеры широко применяются для получения покрытий на полимерных природных и синтетических материалах различными способами, в том числе методом флексографической печати. Хорошие декоративные и защитные свойства таких покрытий обусловливают широкое применение полученных с их использованием материалов для упаковки жиров и других продуктов питания, медикаментов, металлических изделий, текстильных товаров, а также для покрытия стен, полов, изготовления зонтов, плащей, галантерейных товаров и других изделий [4; 38].

Наиболее широкое применение для этих целей нашли лакокрасочные композиции на основе растворов сополимера винилхлорида с винилиденхлоридом, модифицированные различными акриловыми мономерами и сополимерами. Эти композиции представляют собой многокомпонентные системы, содержащие до 60-70% (масс.) органических растворителей, обычно смесей кетонов с бутилацетатом, этилацетатом, изопропанолом и др., пластификаторы (эфиры фталевой кислоты), смачиватели, пигменты и другие компоненты. В качестве пигментов используются фталоцианиновые, хромофталевые, неорганические и другие миграционно-, щелоче- и кислотостойкие пигменты.

Большое практическое значение, особенно для упаковки продуктов питания, имеет использование в применяемых для этих целей материалах покрытий на основе водных дисперсий сополимера ВИХ-65. В табл. 3.14 приведены данные о свойствах покрытий, полученных из лакокрасочных материалов на основе дисперсии ВИХ-65, модифицированной добавкой АБ. Для сравнения приведены свойства покрытий из лакокрасочной композиции на основе раствора модифицированного сополимера винилхлорида с винилиденхлоридом. При нанесении таких композиций на поливинилхлоридные и поливинилиденхлоридные пленки адгезионная прочность покрытий обеспечивается за счет химического сродства полимера покрытия и материала.

Таблица 3.14

Адгезионная прочность оценивалась с помощью липкой ленты ЛТ-40 (ТУ 6-17-626-74), остальные показатели - в соответствии с принятыми ГОСТами для отделочных покрытий. Из данных табл. 3.14 видно, что наиболее низкими эксплуатационными показателями характеризуются покрытия из раствора композиции ВИХ-65. Сравнительно низкие адгезионные свойства покрытий (3 балла по пятибалльной системе) обусловливают слипание покрытий при хранении в рулоне в течение одних суток. Покрытия характеризуются также недостаточной устойчивостью к истиранию и царапанию. Наиболее низкими эксплуатационными показателями по сравнению с покрытиями из растворов этого сополимера характеризуются покрытия на основе немодифицированной дисперсии ВИХ-65. Введение в состав дисперсии ВИХ-65 оптимального количества модифицирующей добавки - от 0,8 до 2,0% (масс.) в зависимости от состава композиции и природы пигментов - позволяет значительно улучшить эксплуатационные свойства покрытий, особенно адгезионную прочность и устойчивость к истиранию.

Улучшение эксплуатационных свойств покрытий из модифицированных дисперсий обусловлено различными физико-химическими процессами: наличием в составе модификаторов функциональных групп, способных специфически взаимодействовать с пленкообразующим и подложкой, что приводит к повышению адгезионной и когезионной прочности покрытий; диспергирующим действием модификатора, обладающего свойствами поверхностно-активного вещества, что способствует формированию в покрытиях однородной упорядоченной структуры; созданием в модифицированных композициях тиксотропной структуры, обусловливающей быстрое протекание релаксационных процессов в системе и резкое понижение внутренних напряжений в самом материале.