Vopsele high-solids cu uscare la cuptor

VOPSELE HIGH-SOLIDS CU USCARE LA CUPTOR

Īn anul 1966 Curtea din Los Angeles California a adoptat faimoasa Lege 66 ce limiteaza dramatic poluarea aerului, cu substante īn pulbere, bioxid de sulf, oxid de carbon, oxizi ai azotului, hidrocarburi si substante oxidante fotochimic – ultimele doua grupe de substante ce apar din vopselele pe baza de solventi, intereseaza industria de lacuri si vopsele [8].

Industria de vopsele a opus rezistenta unor sisteme care sa se conformeze legislatiei antipoluante, sisteme ce lipsesc produsul finit de caracteristicile cerute de diversele aplicari, fapt ce a condus la o legislatie restrictiva mai severa.

Aceste reglementari se adreseaza īn general mai curand utilizatorilor de vopsele decāt producatorului. Producerea vopselelor poate fi īn general condusa cu o emisie minima sau fara nici o emisie de substante īn atmosfera dar, aplicarea si īntarirea vopselelor pe produse fīnite conduce la evaporarea unor mari cantitati de solventi si astfel aceste aspecte cad sub incidenta legislatiei restrictive.

Sistemele cele mai obisnuite de vopsele dezvoltate pentru a fi conforme legislatiei antipoluante sunt : vopsele pe baza de apa, vopsele īn pulbere, vopsele cu continut mare de solid, vopsele cu solventi acceptati de reglementari, vopsele pe baza de amestecuri polimer-monomer pentru īntariri UV [58].

Se apreciaza ca vopselele cu continut mare de solide si cele pe baza de apa vor avea ponderea cea mai mare īn sectorul lacuri si vopsele.

Dintre acestea, vopselele cu continut mare de substanta uscata prezinta un interes special, deoarece ele se pot substitui direct produselor traditionale fara a fi necesara o modificare esentiala a instalatiilor de aplicare sau amenajari suplimentare īn ceea ce priveste tratamentul de suprafata ale suportului.

Prin vopsele cu continut īnalt de solide se īnteleg sistemele de vopsire cu un continut de substante nevolatile de circa 80% īn greutate la vāscozitatea de aplicare de 25 secunde prin cupa STAS ų 4 mm.

Exista doua tipuri de vopsele cu continut īnalt īn substante solide :

monocomponente ;

bicomponente.

Sistemele monocomponente sunt de tipul :

alchido-meleminic ;

poliester-melaminic ;

acrilic-melaminic.

Sistemele bicomponente sunt de tipul:

poliester-poliizocianat ;

acrilic-poliizocianat.

Poliesterii reprezinta produse de condensare liniara sau ramificata a acizilor carboxilici bibazici si polibazici cu polialcooli. Caracteristica lor esentiala constānd īn faptul ca poseda greutati moleculare principale īntre 1500-4000 [8].

Vopselele cu continut mare de substanta uscata sun preparate cu rasini ce poseda greutati moleculare foarte mici. Ele sunt deci foarte fluide si contin cantitati foarte mici de solvent sau chiar doloc. La aceste rasini polimerizarea se face īn cuptor īntre grupele respective. Datorita faptului ca aceste rasini au greutate moleculara mica, vopselele preparate cu aceste produse pot fi aplicate la o vascozitate mare (50-70 ų 4 mm). Vāscozitatea produsului variaza foarte mult cu temperatura, īncāt acesta poate fi singurul parametru cu adevarat specific, de urmari.

Īn general, aplicarea produsului este mai usoara īn comparatie cu vopselele traditionale. Totusi, trebuie subliniat ca vopselele cu continut mare de substanta uscata sunt, īn general, sensibile la starea suprafetei suportului, de aceea suportul trebuie manipulat cu manusi deoarece amprentele degetelor ar putea deveni vizibile [58].

Avantajele vopselelor High-Solid sunt :

cresterea vitezei de aplicare;

patrunderea mai buna īn toate pliurile piesei prin automatizarea la mare viteza si deci suprimarea retusului manual (necesar pentru a vopsi locurile greu accesibile);

foarte buna acoperire la straturi de vopsea – atomizarea foarte fina duce la acoperiri mai bune, mai avantajoase;

aplicarea produsului se face fara dilutie, deci nu este necesara aducerea vopselei la vāscozitatea de stropire – se agita produsul si poate fi folosit imediat ;

calitatile mecanice si chimice sunt foarte adesea superioare sistemelor clasice – se aduce deci un plus īn performantele de compolrtare īn exploatare ale peliculei de vopsea.

Toate aceste calitati conduc catre produse mai scumpe dar, revazānd avantajele se constata :

economie de solventi ;

lipsa poluarii ;

scaderea cheltuielilor energetice ;

cresterea productivitatii ;

suprimarea retusului;

īmbunatatirea calitatii fizico-mecanice ale peliculei.

1. POSIBILITATI DE OBTINERE A VOPSELELOR CU

CONTINUT RIDICAT DE SUBSTANTE SOLIDE

Exista posibilitati pentru scaderea continutului necesar de solvent īn sistemele de rasini poliesterice/poliaminice, astfel [8]:

scaderea masei moleculare a rasinii poliesterice ;

utilizarea rasinilor poliesterice care au masa moleculara de valoare medie si arara o scadere brusca īn vascozitate dupa ce a fost adaugat solventul ;

aplicarea vopselelor prin « hot spraying » (aplicare prin stropire la temperatura ridicata).

1.1. UTILIZAREA RASINILOR CU MASA MOLECULARA

MICA SAU A OLIGOMERILOR

Pentru un polimer dizolvat īntr-un solvent organic vāscozitatea solutiei (η) este data īn prima aproximatie, de formula urmatoare :

Log η = k · MM · nv

Unde : k = constanta ce depinde de tipul de polimer

MM = masa moleculara medie a polimerului

nv = extractul sec īn greutate

Īn practica, o rasina cu continut īnalt de solide nu poate avea o masa moleculara medie mai mica de 1000.

Figura 2.8. :

Īntradevar, diminuarea īn continuare a masei moleculare medii ar putea avea drept consecinta cresterea pierderii de rasina la coacerea vopselei, asa cum este ilustrata īn tabelul 2.14. :

Tabelul 2.14. : Ilustrarea pierderii de rasina la coacerea vopselei

Figura 2.9 prezinta distributia masei moleculare a unei rasini glicero-ftalice conventionale si a unei rasini alchidice cu continut īnalt de substante solide [8] :

Figura 2.9. : Repartitia moleculara a unei rasini cu extract sec īnalt si a unei rasini

alchidice conventionale

* Scaderea masei moleculare a rasinii poliesterice

Vāscozitatea rasinii poliesterice depinde de natura componentilor rasinii poliesterice si de greutatea moleculara a respectivei rasini poliesterice.

Studiind o serie de mase moleculare joase, a fost gasita o reletie liniara satisfacatoare īntre logaritmul vāscozitatii si relatia molara acid dicarboxilic : diol, care determina masa moleculara.

Log · η = a + br

Acesta relatie este reprodusa grafic īn figura 2.10 :

Figura 2.10. : Dependenta vāscozitatii de greutatea moleculara pentru doua rasini

de structura chimica diferita

Se observa ca rasini cu structura chimica diferita au o panta a liniei drepte diferita.

Īn cazul rasinilor poliesterice saturate continānd grupe hidroxil relatia īntre masa moleculara r si greutatea moleculara este obtinuta prin intermediul gradului de polimerizare Pn.

1 + r

Pn = ____

1 – r

Prin prepararea, pornind de la aceeasi dioli si acizi dicarboxilici, a doua rasini poliesterice saturate, este prin urmare posibil sa se prepare rasinile astel īncāt sa se obtina pentru acestea vāscozitatea dorita.

Prin selectia monomerilor polimerului poate fi controlata influenta acestor monomeri ai poliesterului asupra vāscozitatii prin panta liniei drepte, din figura de mai sus.

Figura 2.11. : Distributia masica a doi poliesteri saturati avānd principalele grade de polimerizare de 3 (adica greutatea moleculara 254) si 15 (adica masa moleculara 1406)

* Posibilitati de obtinere a vopselelor cu continut ridicat de substante solide

O problema care apare la sinteza rasinilor poliesterice saturate cu continut īnalt de substante solide constaīn faptul ca nu se pot sintetiza polimeri cu masa moleculara sub o anumita valoare. Acesta se datoreste faptului ca acei componenti ai polimerului care au o masa moleculara foarte mica īn principal sunt volatili. Cresterea dimīnuarii masei moleculare medii a polimerului ar putea avea consecinta cresterea pierderii de rasina cu masa moleculara mica la temperatura de coacere [8].

La temperatura de coacere de 130-180⁰C care sunt obisnuite īn practica proportiile de poliesteri volatili īn liant sunt mai mici de 0,2%. Prin urmare, determinarile de continut de substanta solida a componentilor cu masa moleculara joasa a liantului vor trebui realizate nu asupra componentilor individuali si liantului, ci īntotdeauna combināndu-se cu componentii de reticulare īn conditiile de īntarire apropiate de cele din practica.

Astfel, pentru poliesterii saturati alchidici īn reactiile de condensare cu rasinile melaminice care sunt esterificate cu grupe metil, este elimīnat metanolul, ceea ce reduce continutul calculat de solide. Utilizānd metoda scaderii masei moleculare a poliesterilor saturati utilizānd componentii de joasa vascozitate a respectivilor lianti, se pot obtine vopsele cu uscare la cuptor cu continuturi īnalte de solide, īntre 78 si 86% īn greutate.

Acoperirile de calitate bazate pe poliesteri avānd o vascozitate joasa sunt obtinute īn principal numai īn prezenta unui minim de rasini melaminice complet eterificate cu grupe metil si un minim de catalizator adaugat, la temperatura minima de coacere de 130⁰C.

Din cauza greutatii moleculare joase produsele de acest tip au un numar de grupe hidroxil care reactioneaza cu grupele metoximetil ale rasinii melaminice.

Pentru a obtine reticularea completa, cantitatea selectata de rasina melaminica complet esterificata cu grupe metil trebuie sa fie prin urmare mai mare decāt īn cazul liantilor conventionali.

O alta problema care apare la sistemele poliesterice saturate cu continut mare de substante solide si vascozitate joasa a liantului o constituie faptul ca aceste sisteme nu poseda proprietati de uscare fizica. Prin urmare trebuie sa li se adauge suficient agent de tixotropizare pentru a preveni scurgerea peliculelor de pe suprafetele verticale, fapt care conduce implicit la o anumita scadere a luciului final.

* Influenta tipului de catalizator utilizat īn sistem monocomponent

Īn prezenta unui catalizator vopseaua poate sa-si piarda stabilitatea la depozitare (stocaj). Pentru a rezolva acesta problema s-a cautat sa se utilizeze catalizatori blocati.

Īn literatura se defineste culoarea unei vopsele albe ce contine un catalizator blocat fata de cea obtinuta cu catalizator neblocat, respectiv p-toluen sulfonic :

Δ b = b (catalizator blocat) – b (acid p-toluen sulfonic)

Un Δ b pozitiv indica faptul ca un catalizator blocat da o nuanta albastruie fata de cea obtinuta numai cu acid p-toluen sulfonic

1.2. UTILIZAREA RASINILOR POLIESTERICE CU MASA

MOLECULARA DE VALOARE MEDIE SAU MAI ĪNALTA

O alta cale de scadere a continutului necesar de solvent īn sistemele de rasini poliesterica/melaminica, este aceea de utilizare a rasinilor poliesterice care au masa moleculara de valoare medie sau mai īnalta si care arara o scadere brusca īn vascozitate dupa adaugarea de mici cantitati de solvent.

Aceasta rezolva o serie de probleme, ca aceea de scurgere de pe suprafetele verticale.

Panta curbei de dilutie depinde de greutatea moleculara a poliesterului īntr-un mod analog cu vāscozitatea polimerului.

Īn figuran 2.12, curbele de dilutie A si B arata scaderea vāscozitatii celor doi poliesteri constānd din aceeasi componenti dar avānd un grad diferit de polimerizare (A : Pn = 5 ; B : Pn = 7) īn timp ce curba C reproduce curba de dilutie cea mai abrupta, acesta apartīnand unei rasini poliesterice avānd aceeasi greutate moleculara ca ab, dar o compozitie modificata de monomer.

Figura 2.12. : Curbele de dilutie A si B

Tipul de solvent utilizat are o mare importanta asupra vāscozitatii solutiei de poliester. Sunt indicati solventii cu vascozitate si densitate scazuta. Dintre acestia sunt preferati aceia ai caror parametri de solubilitate se afla īn regiunea parametrilor cu legaturi īnalte de hidrogen si polaritate mare, cum sunt diolii.

Īn practica, īn industria de vopsele se utilizeaza amestecuri de solventi. Sunt preferati : etilglicolul, etilglicol acetat, butil acetat, xilen.