Параметр Значение
Основа сополимер акриловых/метакриловых эфиров (±стирол) в воде
Мягкие мономеры бутилакрилат (BA), 2-этилгексилакрилат (2-EHA)
Твёрдые мономеры метилметакрилат (MMA), стирол
Функциональные добавки акриловая и метакриловая кислота, сшивающие мономеры
Размер частиц дисперсий каталога 80–200 нм
Сухой остаток 40–57 %
Tg чистого акрила / стирол-акрила в каталоге −31…+50 °C / −10…+50 °C

Как делают дисперсию: эмульсионная полимеризация

В реактор с водой вводят эмульгаторы (поверхностно-активные вещества), буферные соли, инициатор (чаще персульфат аммония или калия) и подают мономеры. Мономеры эмульгируются в виде капель, часть их растворяется в мицеллах эмульгатора. Инициатор в воде распадается на радикалы, которые начинают полимеризацию внутри мицелл; так образуются частицы полимера, которые растут за счёт мономера, поступающего из капель. Процесс ведут при повышенной температуре, обычно порядка 70–90 °C, по полунепрерывной схеме: мономерную эмульсию дозируют постепенно, чтобы управлять теплом реакции и составом. В конце остаточные мономеры дожигают дополнительной порцией инициатора, нейтрализуют (аммиак, амины, щелочь) до рабочего pH и вводят консервант. Подробности процесса описаны в статье про эмульсионную полимеризацию.

Результат — латекс: частицы размером около 80–200 нм (таковы дисперсии каталога серии A), стабилизированные поверхностно-активными веществами и заряженными группами на поверхности. Сухой остаток 40–57 % означает долю нелетучих веществ: в основном полимера, с небольшой примесью эмульгаторов и солей. О методах измерения — в статье определение сухого остатка.

Стальной реактор для эмульсионной полимеризации с мешалкой и трубопроводами

Основные мономеры и их роль

Бутилакрилат (BA). Мягкий мономер: гомополимер имеет температуру стеклования порядка −54 °C. Добавка BA делает плёнку эластичной, снижает МТПФ и улучшает адгезию. Платой становятся липкость и грязеудержание.

2-этилгексилакрилат (2-EHA). Ещё более мягкий (гомополимер около −65 °C), более гидрофобный. Применяют для эластичных и водоотталкивающих систем.

Метилметакрилат (MMA). Твёрдый мономер: гомополимер около +105 °C. Придаёт твёрдость, стойкость к загрязнению, УФ и щёлочи. Избыток делает плёнку хрупкой.

Стирол. Твёрдый мономер (гомополимер около +100 °C), дешевле MMA. Даёт блеск и водостойкость, но ароматические фрагменты поглощают ультрафиолет и приводят к пожелтению и мелованию на улице. Поэтому стирол-акрилы чаще применяют внутри и в недорогих наружных системах.

Акриловая и метакриловая кислоты. Вводятся в небольших количествах (порядка долей процента — единиц процентов). Они стабилизируют частицы, улучшают адгезию и позволяют загущать дисперсию щелочью.

Функциональные и сшивающие мономеры. Гидроксиэтилметакрилат, диацетонакриламид, глицидилметакрилат и другие дают сшивку и особые свойства: водостойкость, стойкость к растворителям, повышенную адгезию.

Реальные рецептуры производители не раскрывают; в паспорте указывают тип (чистый акрил или стирол-акрил), Tg, сухой остаток, вязкость, pH, размер частиц, МТПФ.

Арифметика Tg: уравнение Фокса

Температуру стеклования сополимера оценивают по уравнению Фокса: 1/Tg = w₁/Tg₁ + w₂/Tg₂ + …, где w — массовые доли мономеров, Tg — температуры стеклования их гомополимеров в кельвинах. Пример: смесь 50 % BA (Tg 219 K, около −54 °C) и 50 % MMA (Tg около 378 K, около +105 °C). Получаем 1/Tg = 0,5/219 + 0,5/378 ≈ 0,00228 + 0,00132 = 0,00361, откуда Tg ≈ 277 K, то есть около +4 °C. Если заменить MMA стиролом (около 373 K), результат будет близким (около +3 °C). Расчёт показывает, что доля мягкого и твёрдого мономеров определяет результат, а какой именно твёрдый мономер использован, влияет на УФ-стойкость и цену, а не на Tg.

Уравнение даёт ориентир: реальная Tg зависит от распределения мономеров по цепи, структуры частиц (ядро — оболочка), молекулярной массы и остатков эмульгаторов. Её измеряют методом дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК). Связь с МТПФ и практикой — в статье Tg и МТПФ дисперсий.

Лабораторный стакан с молочно-белой дисперсией и пипетка на столе

Чистый акрил и стирол-акрил

В чистом акриле твёрдый мономер — MMA (иногда с добавкой других метакрилатов), в стирол-акриле — стирол. Из-за этого чистый акрил стабильнее к УФ и щёлочи, но дороже; стирол-акрил дешевле, с отличной водостойкостью, но менее долговечен на открытом солнце. В каталоге серии A чистые акрилы — A700, A710 (низкая вязкость) и A530 (высокая), стирол-акрилы — A520, A540, A570 (низкая), A550 (средняя), A720 (высокая). Прикладные советы — в статьях про акриловые, базовой про акрил и про стирол-акрил.

Что в паспорте отражает состав

  • Тип (чистый акрил или стирол-акрил) — главная подсказка о стойкости.
  • Tg и МТПФ — отношение твёрдых и мягких мономеров.
  • Сухой остаток — доля полимера, влияет на цену килограмма и вязкость.
  • Вязкость — результат размера частиц, концентрации и загущения.
  • pH — рабочее значение стабильности.
  • Размер частиц — влияет на проникающую способность в основание, блеск и вязкость.
  • Остаточный мономер и запах — показатель качества процесса.

Частицы, ядро и оболочка: структура важнее среднего Tg

Современные дисперсии нередко делают многостадийной полимеризацией: сначала формируют мягкое ядро, затем наращивают твёрдую оболочку (или наоборот). Такие частицы ведут себя иначе, чем однородные частицы со средним составом. Например, мягкое ядро в твёрдой оболочке даёт сочетание эластичности и стойкости к блокингу: оболочка защищает от липкости, а ядро позволяет плёнке гнуться. Градиентные сополимеры, где состав плавно меняется от центра к поверхности, дают похожий эффект. Для потребителя это означает, что одного числа Tg недостаточно: две дисперсии с одинаковой средней Tg могут вести себя по-разному в краске.

Размер частиц тоже работает. Мелкие частицы (около 80 нм) проникают в поры основания, дают глубокое проникновение грунтовки, блеск и вязкость выше. Крупные (около 200 нм) дают меньшую вязкость при том же содержании сухого вещества, что позволяет делать высоконаполненные составы. Распределение частиц по размерам, моно- или бимодальное, влияет на предельную концентрацию твёрдого вещества: поэтому рядом лежат марки с одинаковым типом, но разной вязкостью. Всё это объясняет, почему в каталоге встречаются марки одного химического типа с низкой, средней и высокой вязкостью.

Практические выводы для технолога

Во-первых, не сравнивайте дисперсии только по цене килограмма: сухой остаток, тип и Tg меняют стоимость единицы полимера и свойства краски. Во-вторых, при замене марки сверяйте Tg и МТПФ: даже небольшие различия влияют на плёнкообразование в холодную погоду. В-третьих, помните о стабильности: добавление электролитов, кислот или растворителей без проверки может вызвать коагуляцию. В-четвёртых, всегда делайте контрольную краску или клей: данные паспорта не заменяют испытания в вашей рецептуре. Рыночный контекст — в статье рынок ЛКМ и дисперсий России, а применение в красках — дисперсия для красок.

Что берём на себя

Паспорта марок серии A (тип, Tg, МТПФ, сухой остаток, вязкость), образцы для сравнения с вашей нынешней дисперсией и расчёт поставки из Китая и Турции — это наша часть. Для разговора достаточно описать задачу и текущее связующее: обсудим, какие параметры нужно сохранить, а какие можно менять. Заявка — через КП, быстрая ориентировка — в подборе.

Микроскопический снимок мелких круглых частиц полимера в капле дисперсии

Мнение компании

Состав дисперсии — это язык, на котором стоит говорить с поставщиком: тип полимера, Tg, МТПФ, сухой остаток. Мы поэтому не предлагаем «просто акрил»: даём паспорт и обсуждаем, какие параметры нужны вашему покрытию. Если вопрос про замену дисперсии, образец и тест решают больше, чем любые таблицы. Заявка — на странице КП.