| Параметр | Значение |
|---|---|
| Tg | температура стеклования полимера; измеряется ДСК или оценивается по уравнению Фокса |
| МТПФ | температура, ниже которой плёнка не образуется; градиентная плита |
| Диапазон Tg акрилов (серии A) | от −31 до +50 °C |
| Диапазон Tg стирол-акрилов | от −10 до +50 °C |
| МТПФ дисперсий каталога | 0–22 °C |
| Что даёт высокая Tg | твёрдость, стойкость к блокингу и грязи |
| Что даёт низкая Tg | эластичность, трещиностойкость; риск липкости |
Что такое стеклование
Аморфный полимер ведёт себя по-разному в зависимости от температуры. Ниже определённой точки цепи «заморожены», материал твёрдый и хрупкий, как стекло. Выше этой точки цепи получают подвижность, и материал становится мягким, резиноподобным. Переход происходит в интервале температур, а его середину называют температурой стеклования, Tg (температура стеклования, glass transition). Tg определяется составом сополимера: мягкие мономеры, как бутилакрилат, снижают её, твёрдые, как метилметакрилат или стирол, повышают; расчёт описан в статье про состав акриловых дисперсий. Измеряют Tg дифференциальной сканирующей калориметрией (ДСК): прибор нагревает образец и фиксирует скачок теплоёмкости при переходе.
Для покрытия Tg определяет механику плёнки при температуре эксплуатации. Если Tg выше рабочей температуры, плёнка твёрдая, но хрупкая; если ниже, эластичная, но мягкая и липкая. Поэтому для фасадной краски, которая живёт от −30 до +60 °C, подбирают компромисс, а часто двухфазные системы или смеси.
Что такое МТПФ
Когда дисперсия сохнет, вода испаряется, частицы сближаются и деформируются под действием капиллярных сил, затем сливаются в сплошную плёнку. Слияние возможно, только если частицы достаточно мягки. Если температура ниже некоторого порога, частицы остаются жёсткими шариками, между ними воздух, и вместо плёнки получается белый хрупкий налёт, который осыпается. Порог называется МТПФ. Её определяют на градиентной плите по ISO 2115 или ASTM D2354: на пластину с плавным температурным перепадом наносят слой и после высыхания отмечают границу между прозрачной и белой, трещиноватой зонами.
МТПФ связана с Tg, но не равна ей. Вода в плёнке на стадии высыхания и добавки (коалесценты, пластификаторы) пластифицируют полимер, поэтому плёнка формируется при температуре, близкой к Tg или чуть ниже. Для дисперсий каталога МТПФ находится в диапазоне 0–22 °C. Для порошков (РПП) картина иная, как описано в статье МТПФ редиспергируемых порошков.
Что даёт управление Tg и МТПФ
Твёрдая плёнка (высокая Tg). Хорошая стойкость к блокингу (слипанию окрашенных поверхностей, например окон и рам), к загрязнению и абразивному износу, высокий блеск и твёрдость. Но краска плохо переносит деформации основания, становится ломкой на морозе. Для плёнкообразования в прохладную погоду нужен коалесцент, а его количество ограничено по летучим соединениям (коалесцент и VOC).
Мягкая плёнка (низкая Tg). Хорошая эластичность и трещиностойкость, плёнка образуется на холоде без коалесцента. Но липкость, грязеудержание, блокинг: окрашенные створки могут слипаться, поверхность собирает пыль. Для эластичных фасадных покрытий и мембран это приемлемая цена.
Промежуточные решения. Смесь твёрдой и мягкой дисперсий, ядро-оболочка (мягкое ядро и твёрдая оболочка частицы или наоборот), градиентные сополимеры. Эти решения реализуют производители дисперсий; для технолога важно знать, что одно число Tg не описывает такую структуру, и данные паспорта нужно дополнять испытаниями.
Как выбирать под задачу
| Задача | Что важно | Направление выбора |
|---|---|---|
| Фасадная краска | баланс твёрдости и эластичности, УФ-стойкость | чистый акрил умеренной Tg + коалесцент |
| Эластичное покрытие трещин | деформативность на холоде | низкая Tg, контроль грязеудержания |
| Внутренняя матовая краска | экономия, моющая способность | стирол-акрил умеренной Tg |
| Грунтовка | проникновение в основание | низковязкая дисперсия, малый размер частиц |
| Штукатурка | связывающая способность, вязкость | высоковязкая дисперсия средней Tg |
| Клей | липкость, открытое время | более низкая Tg |
| Гидроизоляция | эластичность, щёлочестойкость | чистый акрил, низкая-умеренная Tg |
Таблица — ориентир, решение принимает испытание. Применения разобраны отдельно: фасадная краска, штукатурка, гидроизоляция, клей.
Ошибки, связанные с Tg и МТПФ
- Сравнивать дисперсии только по Tg. Структура частиц и добавки меняют поведение; сравнивайте и МТПФ, и испытания краски.
- Игнорировать температуру нанесения. Краска, готовая при +20 °C, может не образовать плёнку при +5 °C; тест — наносить на образцы в холодной камере.
- Заменять мягкую дисперсию твёрдой без пересмотра коалесцента.
- Забывать о блокинге. Мягкая плёнка склеивает створки, дверные коробки, упаковку.
- Не учитывать старение. Эластичные плёнки со временем твердеют; проверяйте после ускоренного старения.
- Хранить дисперсию на морозе. Коагуляция не имеет отношения к Tg, но проявляется как брак связующего (доставка зимой).
Блокинг, грязеудержание и «липкость»: три лица одной проблемы
С низкой Tg связаны три родственных дефекта. Блокинг — слипание двух окрашенных поверхностей при контакте под давлением и теплом: например, оконной створки с рамой или упакованных окрашенных панелей. Грязеудержание — способность мягкой плёнки захватывать частицы пыли и сажи, после чего их не смыть дождём. Остаточная липкость — ощущение, что поверхность «не высохла», хотя вода давно испарилась. Все три явления усиливаются в жару, когда температура покрытия приближается к Tg, и при недостатке твёрдой фазы в составе.
Блокинг проверяют просто: две окрашенные пластины прижимают окрашенными сторонами с заданной нагрузкой и выдерживают при повышенной температуре, затем разъединяют и оценивают повреждения. Грязеудержание — на образцах, экспонированных на улице или в камере с загрязнителем, сравнивая изменение белизны. Решения: более высокая Tg, твёрдая оболочка частиц, добавка твёрдой дисперсии, снижение коалесцента (он остаётся в плёнке дольше, чем кажется), а для фасада — правильный подбор пигментной концентрации. Каждый шаг будет компромиссом с трещиностойкостью, и поэтому его принимают по результатам испытаний.
Как проверить в лаборатории
Простая серия: берёте две-три дисперсии с разными Tg и МТПФ, делаете краски одинаковой рецептуры, наносите на подложки и сушите при нескольких температурах (комнатная, прохладная, холодильная камера). Смотрите на плёнку: сплошная, блестящая или мучнистая. Затем измеряете твёрдость, блокинг (две окрашенные пластины прижимают друг к другу при нагреве), эластичность при изгибе, грязеудержание. Сопоставляете с ценой и выбираете. Контрольные параметры дисперсии (сухой остаток, вязкость) проверяют по простым методикам.
Что берём на себя
Паспорта серии A с Tg и МТПФ идут вместе с образцами; по вашему описанию условий нанесения предложим пару вариантов с разной твёрдостью и поможем настроить сравнительный тест в холодной камере. Дисперсия приходит из Китая и Турции, доставка и склад на нашей стороне. Расскажите в КП о температуре нанесения и назначении покрытия или сначала посмотрите подбор.
Мнение компании
Два числа в паспорте стоят нескольких абзацев в рекламе. Мы просим клиентов называть температуру нанесения и условия эксплуатации — по ним подбор идёт быстрее. И честно признаём: однозначного ответа «какая Tg лучше» не существует, потому что покрытия работают в разных условиях. Заявка — на странице КП.
