Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина» Институт естествознания Кафедра химии Патронова Елизавета Ваильевна Поиск, накопление и обработка научной информации области применения стирол-акриловых дисперсий, модифицированных различными добавками Курсовая работа исследовательского типа по дисциплине «Планирование научных исследований» Выполнил: студент 12/2178 группы 2 курса направления подготовки 04.04.01 Химия _______________ Патронова Е. В. Руководитель: д.х.н., доцент кафедры химии _____________ Таныгина Е. Д. Тамбов, 2022 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................................. 3 1 СТИРОЛ-АКРИЛОВЫЕ ДИСПЕРСИИ ................................................................ 4 1.1 Состав и получение стирол-акриловых дисперсий ........................................... 4 1.2 Свойства стирол-акриловых дисперсий ............................................................. 8 2 МОДИФИЦИРУЮЩИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ДОБАВКИ К СТИРОЛАКРИЛОВЫМ ДИСПЕРСИЯМ ................................................................................ 9 2.1 Реологические добавки ......................................................................................... 9 2.2 Коалесцирующие добавки и пластификаторы ................................................. 10 2.3 Биоцидные добавки ............................................................................................. 11 2.4 Антивспениватели ............................................................................................... 12 2.5 Добавки, повышающие морозостойкость ........................................................ 13 2.6. Промоторы адгезии ............................................................................................ 13 2.7 Светостабилизирующие добавки ...................................................................... 14 2.8 Антикоррозионные добавки ............................................................................... 14 2.9 Нейтрализующие агенты .................................................................................... 14 2.9 Смачивающие и диспергирующие агенты ....................................................... 15 3 ПРИМЕНЕНИЕ СТИРОЛ-АКРИЛОВЫХ ДИСПЕРСИЙ ................................. 16 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ......................................................................................................... 22 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ............................................... 24 2 ВВЕДЕНИЕ Стирол-акриловые дисперсии – это системы, которые состоят из дисперсной фазы, которая существует в виде микроскопических частиц, и однородной дисперсионной среды. Их получают сополимеризацией производных акриловой (либо метакриловой) кислоты со стиролом методов эмульсионной полимеризации, которая состоит из нескольких стадий и обладает большим количеством достоинств в сравнении с альтернативными методами. Стирол-акриловые дисперсии обладают большим количеством полезных качеств. Для достижения хороших характеристик используют модифицирующие добавки. В данной работе подробно рассмотрены 9 основных видов функциональных добавок, которые придают стирол- акриловым дисперсиям уникальные положительные качества. Именно благодаря такому большому спектру функциональных добавок область применения стирол-акриловых дисперсий столь широка. В первую очередь их используют в качестве основы для водно-дисперсионных лакокрасочных материалов, которые отличаются хорошей адгезией, износостойкостью и экологичностью. Помимо этого их применяют в автомобильной, бумажной, строительной, текстильной и других областях промышленности. Объектом предметом – исследования область являются применения стирол-акриловые стирол-акриловых дисперсии, дисперсий, модифицированных различными добавками. Цель работы: найти, накопить и обработать научную информацию об областях применения стирол-акриловых дисперсий, модифицированных различными добавками. Задачи работы: 1. Изучить состав, получение и свойства стирол-акриловых дисперсий. 2. Изучить модифицирующие добавки к стирол-акриловым дисперсиям. 3 3. Изучить области применения стирол-акриловых дисперсий, модифицированных различными добавками. 4. Сделать вывод об области применения стирол-акриловых дисперсий. 1 СТИРОЛ-АКРИЛОВЫЕ ДИСПЕРСИИ Стирол-акриловые дисперсии являются разновидностью синтетических латексов, которые представляют собой водные дисперсии получаемых полимеризации. в ходе эмульсионной полимеров, Эмульсионная полимеризация подразумевает полимеризацию в сложной многокомпонентной микрогетерогенной системе – водной эмульсии мономера (или смеси мономеров), который нерастворим в воде, в присутствии коллоидных поверхностно-активных эмульгаторов. Стирол-акриловые дисперсии получают путём сополимеризации не полярных «твёрдых» и «мягких» мономеров. Если изменить условия синтеза, можно получить дисперсии с разными размерами частиц и, соответственно, разными свойствами. пленкообразующих Такие свойств системы поддаются варьированием гибкой мономеров, регулировке что позволяет улучшать конечный продукт. Стирол-акриловые дисперсии обладают высокой стойкостью к перепадам температур, действию УФ-лучей и другому атмосферному влиянию. 1.1 Состав и получение стирол-акриловых дисперсий Стирол-акриловые дисперсии содержат дисперсионную среду, дисперсную фазу и межфазный слой. Дисперсионная среда (приблизительно 50% по массе) – это вода с малым количеством поверхностно-активных веществ. Дисперсная фаза (приблизительно 50% по массе) – это сферические частицы плёнкообразующих полимеров, диаметр которых составляет 20-5000 нм. Межфазные слой составляет до 5% по массе и имеет разную структуру, которая зависит от методв эмульсионной полимеризации, природы мономеров и поверхностноактивных веществ. Все типы межфазных слоёв содержат в составе молекулы 4 поверхностно-активных веществ, полимеров, которые имеют полярные группы, обладающие способностью связывать определенное количество молекул воды. Межфазные слой придаёт системе агрегативную устойчивость [29]. В основе получения дисперсий лежит явление полимеризации – реакции образования макромолекул последовательным присоединением молекул мономера к растущему активному центру, которым при радикальной полимеризации является свободный радикал, то есть частица, которая имеет неспаренный электрон на внешнем уровне какого-либо из атомов [1]. Стирол-акриловые дисперсии получают путём сополимеризации «мягких» и твёрдых» мономеров. Так называемым «мягким» мономером является бутилакрилат, который находится в высокоэластичном состоянии. Он придаёт дисперсии гибкость, клеящую способность и пластичность. «Твёрдый» мономер – это стирол, так как при нормальных условиях полистирол обладает твердостью, подобной стеклу [4]. Исходная эмульсионная система состоит из дисперсионной среды, которая представляет собой водную фазу, и дисперсной фазы, то есть смеси мономеров, в данном случае это бутилакрилат и стирол, которые достаточно легко подвергаются эмульсионной полимеризации. Помимо мономеров, состав реакционной массы полимеризации, включает в себя поверхностно-активные водорастворимый вещества (ПАВ) инициатор и воду. Поверхностно-активные вещества представляют собой дифильные молекулы, которые содержат гидрофобную и гидрофильные части [1]. Стирол-акриловые дисперсии получают методом эмульсионной полимеризации, состоящей из нескольких стадий: 1. Эмульгирование мономера в воде перемешиванием с образованием капель мономера, которые стабилизируются адсорбцией молекул поверхностно-активных веществ. 2. Установление динамического равновесия между находящимися в воде и на поверхности капель молекулами поверхностно-активного вещества, которое сопровождается образованием 5 мицелл эмульгатора. Мицелла эмульгатора имеет гидрофобное ядро, которое образуется гидрофильными частями молекул поверхностно-активных веществ. 3. Солюбилизация – мицеллярное растворение молекул мономера в ядре мицелл. 4. Взаимодействие радикалов инициатора с молекулами растворенного мономера, в ходе которого образуются радикалы, способные к полимеризации. 5. Непосредственно полимеризация, в результате которой образуется стабилизированная молекулами поверхностно-активного вещества латексная полимерная частица [29]. На рисунке 1 представлена смеха эмульсионной полимеризации [4]. Рисунок 1 – Схема эмульсионной полимеризации. Сополимеризация мономеров в проводится сополимер. Для практически достижения до полного используют перехода определенную концентрацию анионного поверхностно-активного вещества и инициатора. Более предпочтительным считается использование анионного поверхностноактивного вещества и водорастворимого инициатора [23]. Эмульсионная полимеризация обладает достоинств: 6 большим количеством 1) Образуется высокомолекулярный сополимер. 2) В ходе эмульсионной полимеризации не возникает сложностей с отводом теплоты от зоны реакции через водную фазу. Это решает проблему температурного контроля процесса и устраняет опасность возгорания, а также загрязнения атмосферы. 3) Процесс проводится при достаточно низких температурах, если сравнивать, например, с суспензионной полимеризацией. 3) Полученные продукт обладает высоким качеством. 4) Конечный продукт обладает низкой степенью полидисперсности. 5) Существует возможность направленного регулирования свойств сополимера [8]. Однако существуют и недостатки. 1) Возможно загрязнение продукта, что связано с многокомпонентностью системы. 2) Существует необходимость в дополнительных веществах, что приводит к дороговизне метода. Процесс синтеза стирол-акриловых дисперсий состоит из нескольких этапов, которые проходят при температуре воздуха не ниже +5 °C: 1) Предварительная подготовка исходных компонентов. На этой стадии готовят смесь, которая содержит в своём составе воду, мономеры, окислительно-восстановительную систему и эмульгатор [25]. 2) Диспергирование полученной массы – это процесс, суть которого заключается в тонком измельчении твёрдых и жидких веществ. Смешение и диспергацию проводят в шаровых или бисерных мельницах и смесителяхдиспергаторах. 3) Диспергированная масса помещается в диссольвер, где происходит смешение и ведение добавок для достижения готовой дисперсией стандарта ТУ. При помощи быстрого вращения дисперсионного диска, на котором расположены зубцы, растирание достигает высокой эффективности, что приводит к высокому качеству размельчения, растворения и смешивания. 7 4) Фильтрация проводится через сетчатые фильтры. 5) Упаковка и транспортировка готовой стирол-акриловой дисперсии. 1.2 Свойства стирол-акриловых дисперсий Стирол-акриловые дисперсии и продукты, получаемые на их основе, обладают многочисленными достоинствами: хорошее сочетание физикомеханических характеристик, устойчивость к УФ-излучению, долговечность, атмосферостойкость [18]. Отличительными свойствами стирол-акриловой дисперсии являются пожаробезопасность и экологичность, что весьма актуально в современном мире [10]. Стирол-акриловым дисперсиям присущи высокий показатель пигментной ёмкости, сопротивляемость воде и щелочным средам, отсутствие резкого запаха. Они отличаются высокой комбинаторностью с активными пигментами, что позволяет стирол-акриловую дисперсию сочетать с различными красками. В отличии от акриловых дисперсий, стирол-акриловые дисперсии обладают более высокими показателями адгезии покрытия к подложке, смачиваемости пигмента, устойчивости к воздействию химически активных веществ и снижению стоимости конечной дисперсии за счёт сополимеризации со стиролом [20]. Введение стирола, помимо большого количества достоинств, может привести и к снижению некоторых показателей: атмосферостойкости, устойчивости к УФ-излучению, а также изменить показатели цвета покрытия. Однако всё это происходит только в случае слишком высокого содержания стирола [30]. В полимерных покрытиях на основе стирол-акриловых дисперсий поверхностные процессы на границе полимерная плёнка-подложка являются одними из самых важных и определяются надмолекулярную структуры и свойства покрытия. Стирол-акриловые плёнки обладают очень хорошей адгезией к различным поверхностям, что обуславливает их широкое применение [9]. 8 2 МОДИФИЦИРУЮЩИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ДОБАВКИ К СТИРОЛАКРИЛОВЫМ ДИСПЕРСИЯМ Стирол-акриловые дисперсии должны подчиняться ряду требований – экологичность, отсутствие липкости, низкое пенообразование и водопоглощение, высокие адгезия и деформационно-прочностные свойства, коллоидная стабильность, паропроницаемость, химическая стойкость, устойчивость к омылению, атмосферостойкость. Чтобы этого достичь, в дисперсии вводят специальные модифицирующие добавки [7]. Помимо этого, модификацию стирол-акриловых дисперсий проводят для придания ей каких-либо дополнительных свойств, в частности для увеличения плёнкообразующей способности, устойчивости, придания термореактивности, улучшения эксплуатационных свойств покрытий. Существует несколько основных видов функциональных добавок, которые мы рассмотрим далее. 2.1 Реологические добавки Основное назначение реологических добавок заключается в обеспечении необходимого уровня вязкости, так как стирол-акриловые дисперсии являются низковязкими жидкостями, поэтому данные добавки действия данные также называют загустителями. По механизму загущающего добавки можно классифицировать на виды: 1) Классические загустители, которые загущают водную фазу. К ним преимущественно относятся водорастворимые полимеры, молекулы которых содержат много полярных гидрофильных групп (карбоксильную, гидроксогруппуи другие). Чаще всего в качестве таких добавок применяют производные целлюлозы: метилцеллюлоза, оксиэтилцеллюлоза, Na-соль карбоксиметилцеллюлозы. 2) Ассоциативные загустители – это добавки, которые повышают вязкость за счёт структурообразования всей системы в целом. Они образуют в объёме системы пространственные структуры ассоциацией гидрофобных 9 фрагментов молекул загустителей друг с другом, гидрофобных фрагментов молкул загустителей с гидрофобными участками частиц стирол-акриловой дисперсии и пигментов. В отличие от классических загустителей, ассоциативные более эффективны, так как для достижения одинакового уровня вязкости их требуется меньше. В качестве такого типа загустителей применяют гидрофобно модифицированные уретановыми фрагментами сополимеры карбоксильных акрилатов и привитые сополимеры гидрофильных фрагментов этоксилатов и гидрофобные фрагменты уретанов. 3) Загустители комбинированного типа – это реологические добавки, которые сочетают первый и второй механизмы. Представляют собой гидрофобно модифицированную уретановыми фрагментами гидроксиэтилцеллюлозу [29]. Загустители бывают органические, которые снижают водостойкость покрытий, и неорганические, которые загущают в зависимости от заряда поверхности и изменении рН [11]. В стирол-акриловых дисперсиях наиболее часто используют загустители на основе акрилатов, полиуретанов и эфиров целлюлозы. 2.2 Коалесцирующие добавки и пластификаторы Данные добавки также называют плёнкообразующими. Их применяют для уменьшения МТП и повышения прочности. Коалесценты – это добавки, которые способствуют слипанию полимерных частиц. При введении коалесцентов краски могут терять продукт может терять коллоидную стабильность, поэтому введение должно быть медленнм, чтобы предотвратить полную коагуляцию. Механизм их действия состоит из следующих стадий: 1) Коалесцент вводят в стирол-акриловую дисперсию, его молекулы диффундируют внутрь полимерной частицы и устанавливают равновесное распределение коалесцента между полимерной и водной фазой. 2) В ходе испарения воды при плёнкообразовании равновесие смещается в направлении повышения содержания коалесцента внутри полимерных частиц. 10 3) Наличие коалесцента увеличивает подвижность полимерных молекул и уменьшает модуль упругости полимера. Это приводит к увеличению плёнкообразующей способности стирол-акриловой дисперсии, а также обеспечивает более полную и быструю гомогенизацию системы на стадии формирования покрытия. 4) Когда процесс пленкообразования завершается, молекулы коалесцирующего агента испаряются, что обеспечивает необходимый уровень деформационно-прочностных свойств. В качестве коалесцирующих добавок применяют малолетучие органические жидкости, которые имеют определённую растворимость в воде и полимерной фазе. К таким веществам относятся производные гликолевых эфиров (батилцеллозольв – монобутиловый эфир этиленгликоля), уайт-спирит [29]. Также в качестве коалесцентов используют уайт-спирит, гликолиевые эфиры и их ацетаты, Velate 368, Texanol, Shellsol A, Lusolvan FBH, Dowanol TPnB, Dowanol DPnB, Dowanol DPnP, Dowanol DPM [11]. Пластификаторы обладают рядом обязательных качеств: устойчивость к УФ-излучению, нейтральный химический состав, хорошая способность смешиваться с растворителем и высокая растворяющая способность, низкая летучесть при нормальных и повышенных температурах, бесцветность [16]. В стирол-акриловых дисперсиях используется большинство фосфатных и фталиевых пластификаторов. В качестве пластификаторов трипропиленгликольмоноизобутират, применяют трибутоксиэтилфосфат, полипропиленгликольалкилфенольные эфиры, диоктилфталат, гексиленгликоль дибутилфталат, 2,2,2-триметил-1,1,3пентадиолдиизобутират [11]. 2.3 Биоцидные добавки По типу воздействия на микроорганизмы биоцидные добавки делятся на: 1) альгициды – это соединения, которые препятствуют развитию водорослей; 2) бактерициды – это препятствующие развитию бактерий добавки. 11 3) фунгициды – это добавки, которые препятствуют развитию грибов [29]. В качестве таких добавок используют формальдегид и соединения на его основе, бронопол, 2-метил- и 1,2-бензизотиазолинон, хлорметилизотиазолинон [11]. 2.4 Антивспениватели Пены представляют собой коллоидные системы, дисперсионной средой которых являются двусторонние плёнки, которые содержат молекулы поверхностно-активных веществ и воду или другую жидкость, а дисперсной фазой - воздух или другой газ. Повешение растворимости поверхностно-активных веществ в воду происходит при введении в водную фазу растворителей - водорастворимых низкомолекулярных органических растворителей. На практике такой способ применяется редко, потому что требуется ввести большие количества растворителя, а это понижает экологичность стирол-акриловой дисперсии. В качестве антивспенивателей используют органические жидкости, которые имеют поверхностное натяжение значительно меньше, чем у воды, и не смешиваются с ней. Пеногащение в этом случае основывается на эффекте Марангони, суть которого заключается в растекании жидкости в большим поверхностных натяжением (вода) в сторону, чтобы не контактировать с жидкостью с меньшим поверхностным натяжением (антивспениватель). Действие антивспенивателя заключается в способности дестабилизаровать двойной слой поверхностно-активного вещества или разрушать поверхностную плёнку пузырьков, что позволяет воздуху выйти из массы покрытия [10]. Эффективность антивспенивателя основывается на высокой дисперсности его частиц, диаметр которых должен быть меньше толщины двусторонней плёнки частицы пены. Тогда частица антивспенивателя проникает внутрь плёнки и разрушает её изнутри. Существует классификация пеногасителей. компонента их классифицируют на: 12 По виду активного 1) гидрофобные частицы, которые представляют собой поверхностномодифицированные тонкодисперсные органические или минеральные вещества; 2) молекулярные пеногасители; 3) минеральные масла; 4 полисилоксаны – пеногасители на основе силиконовых масел; 5) полярные масла; 6) растительные масла [32]. К пеногасителям относятся водные эмульсии водонерастворимых поверхностно-активных веществ, кремнийорганических жидкостей, минеральных, растительных и силиконовых масел (ВУК-037, ВУК-034 и т. п.). Чтобы увеличить их пеногасящие свойства в них вводят чатицы гидрофобизированного диоксида кремния [29]. Как правило, часть антивспенивателя вводят в процессе диспергирования, а остаток при смешивании дисперсии с пигментом [15]. 2.5 Добавки, повышающие морозостойкость К ним относятся: 1) Антифризы – это добавки, которые уменьшают температуру замерзания воды. В качестве них используют гликоли (наиболее часто этиленгликоль). 2) Водоудерживающие добавки – это органические водорастворимые вещества, которые концентрируются в межчастичном пространстве полимерных частиц и понижают температуру замерзания воды местно, а именно в межфазных слоях. К этому виду добавок относится мочевина [29]. 2.6. Промоторы адгезии Промоторы адгезии – это добавки, которые повышают адгезионнуб прочность покрытий. К ним относятся: 1) алкоксипроизводные соединения алюминия, титана, циркония в виде комплексных соединений или сложных эфиров; 13 2) эфиры фосфорной кислоты, которые содержат комплексообразующие металлы, органические радикалы и свободные кислотные группы; 3) аминоспирты [29]. 2.7 Светостабилизирующие добавки Их используют для повышения светостойкости покрытий. Применяют два типа таких добавок: 1) Ингибиторы светодеструкции – это добавки, которые тормозят реакции фотохимического разрушения стирол-акрилового полимера перехватом радикалов, которые возникают в покрытии на первых стадиях фотодеструкции. К ним относятся аминоциклосодержащие соединения. 2) УФ-адсорберы, которые поглощают УФ-составляющую света и превращают её в тепловую энергию или излучение с меньшей энергией, которая недостаточна для разрушения химических связей. К ним относятся производные бензотриазола и бензофенона (оксанилид) [29]. 2.8 Антикоррозионные добавки В качестве ингибиторов коррозии в стирол-акриловых дисперсиях используют цинковую пыль, фосфатные пигменты, ферриты, свинцовый сурик, оксид цинка, манганиты, манганит-фосфаты, манганит-сульфаты и манганитсиликаты металлов, алюминиевую пудру [6]. Достаточно часто применяют фосфат цинка, смесь калий октадеканоата, трикалийфосфата и 2,2,2''-нитрилоэтанола; 2,2',2''-нитрилотриэтанол; нитрит натрия, бензоат натрия (или их смесь) [11]. Ранее достаточно часто применялись хроматы, но сейчас их считают экологически небезопасными [19]. В настоящее время осуществляется применение фторуглеродов и наноразмерных компонентов в качестве ингибиторов коррозии [27]. 2.9 Нейтрализующие агенты Одним из важных параметров стирол-акриловой дисперсии является рН водной фазы, который определяет коллоидно-химические свойства дисперсии, 14 её устойчивость к некоторым воздействиям. В процессе полимеризации рН регулируют простым введением в водную фазу кислоты или щёлочи. Сложности возникают, если необходимо изменить рН уже готовой дисперсии. Обычно вводят соответствующий агент в разбавленном виде, чтобы избежать местной коагуляции из-за неэффективного смешения. Однако данный метод приводит к разбавлению дисперсии, что как правило нежелательно. Поэтому используют специальные нейтрализующие агенты. В целом, в качестве таких агентов на производстве используют добавки на основе аммиака и аминов [31]. В качестве мягкого нейтрализующего агента используют концентрированный водный раствор аммиака (приблизительно 25%) [12]. 2.9 Смачивающие и диспергирующие агенты Такие добавки стабилизируют частицы и оптимизируют процесс диспергирования наполнителей и пигментов в результате повышения смачиваемости. К ним относятся неионные эмульгаторы, низкомолекулярные вещества (ацетилендиолы, аминопропанол), полимеры, олигомеры, полифосфаты и соли карбоновых кислот (полиакриловой и её полимеров) [11]. 15 3 ПРИМЕНЕНИЕ СТИРОЛ-АКРИЛОВЫХ ДИСПЕРСИЙ Стирол-акриловые дисперсии широко распространены в большом количестве областей промышленности: автомобильной, бумажной, строительной, текстильной и других. Столь широкий спектр обусловлен тем, что свойства материалов, полученных на основе стирол-акриловой дисперсии, очень разнообразны и зависят от микро- и макроструктуры, на формирование которых оказывают влияния вид и содержание модифицирующиях добавок [17]. Современной мировой тенденцией при изготовлении лакокрасочных материалов строительного назначения является переход с органорастворимых на более безопасные с экологической точки зрения водные системы. Стиролакриловые дисперсии заняли крепкие позиции в данной тенденции, так как отличаются от органорастворимых экологичностью и пожаробезопасностью. Можно использовать вместо дисперсий синтетические масла, однако и перед ними стирол-акриловые дисперсии имеют достоинства – долговечность и высокое качество покрытия [32]. В последнее время производство стирол-акриловых дисперсиий расширяется и за рубежом, и в России. Причем применение в изготовлении лакокрасочных материалов дисперсий именно российского производства составляется порядка 60%, однако и зарубежные дисперсии остаются востребованными, в частности это дисперсии Финляндии, Германии, Франции и Турции [21]. Самым распространённым направлением использования стирол- акриловых дисперсий является их применение в качестве основы для красок, грунтовок, шпатлёвок, штукатурок и других покрытий. В частности это: 1) Интерьерные краски. В настоящее время очень распространено использование стирол-акриловых дисперсий для изготовления лакокрасочных материалов на водной основе для внутренней отделки помещений [22]. 16 Краски на основе стирол-акриловых дисперсий делают поверхность более гладкой и эстетичной, покрытие препятствует эрозии пыли с поверхности, сохраняет пористость и стойкость к действию агрессивных сред [33]. Благодаря высокой пигментоёмкости и возможности хорошо комбинировать дисперсию с различными активными пигментами, данные дисперсии хорошо сочетаются с антикоррозийными и матовыми красками для интерьерных работ, обладающими повышенным показателем содержания пигмента. Можно достичь при изготовлении дисперсии низкого значения МТП, что позволяет использовать её для производства экологичных красок без использования (или с низкой концентрацией) коалесцентов, что особенно важно для социальных объектов таких, как больницы, детские сады, школы. 2) Фасадные краски. При отверждении на поверхности цементноволокнистых плит фасадных систем формируют структуры, которые обладают высокими декоративными и эксплуатационными параметрами качества. Покрытия на основе стирол-акриловой дисперсии могут наноситься на асбоцемент, бетон, древесину, кирпичную кладку, штукатурку. Краски на основе стирол-акриловых дисперсий обладают хорошей устойчивостью к атмосферному воздействию, действию УФ лучей и перепадам температур, что позволяет изготовить покрытия, которые не выгорают и не теряют цвет. Повышенная стойкость к воздействию влаги, кислот и щелочей обеспечивают покрытиям высокие показатели долговечности и износостойкости. Также они обладают высокой паропроницаемостью и низкой токсичностью [14]. Возможно изготовление дисперсии с высокой морозостойкостью без использования гликолей. Такие покрытия обладают отличным глянцем, низким водопоглощением и прозрачностью. 3) Грунтовки, шпаклёвки, штукатурки, высоконаполненные системы для внешних и обеспечивают внутренних оптимальное работ. Стирол-акриловые взаимодействие с дисперсии поверхностью хорошо цементно- известкового камня, поэтому их используют в грунтовочных составах [3]. 17 Применение обусловлено высокой пигментоёмкостью, повышенной водостойкостью и стойкостью к щелочам. Они глубокопроникают и хорошо укрепляют. Благодаря малому размеру частиц стирол-акриловые дисперсии могут применяться для грунтовок по дереву и минеральным покрытиям. Низкое значение МТП даёт возможность применять данную дисперсию для изготовления грунтовок без использования (или с малым количеством) коалесцентов, что крайне важно для социальных объектов (школ, больниц, детских садов). потребительских При своей свойствах высокой пигментоёмкости стирол-акриловая дисперсия и хороших не является дорогостоящим материалом с точки зрения себестоимости [2]. 4) Краски для крыш. Краски на основе стирол-акриловых дисперсий обладают высокой водо- и щелочестойкостью. 5) Защитные антикоррозийные краски. Предотвращает разрушение металла, позволяет без применения специальных покрытий защитить его от коррозии. За счёт большого спектра возможных антикоррозионных функциональных добавок стирол-акриловые дисперсии позволяют получать водостойкое, высокопрочное, щелочестойкое покрытие с хорошей адгезией к металлу и высокими антикоррозионными свойствами. В отличие от органоразбавляемых красок водно-дисперсионные лакокрасочные материалы на основе стирол-акриловой дисперсии обладают более экологичными свойствами, так как не содержат органического растворителя. 6) Покрытия по дереву. Применение обусловлено высокими показателями адгезии, прозрачности и прочности полимерной плёнки, глубоким проникновением в структуру древесных материалов, низким водопоглощением покрытия, образованием атмосферостойких эластичных покрытий, отличным смачиванием поверхности древесины. Также такие дисперсии хорошо совместимы с колерными пастами. 7) Покрытие пищевых контейнеров. Плёнки покрытия имеют подходящие упаковочные свойства при хранении. 18 Кроме покрытий существуют и другие области применение стиролакриловых дисперсий: 1) Добавка к клею. Данное применение обусловлено высокой концентрацией полимера, низким содержанием коаголюма и высокими адгезионными свойствами [26]. Стирол-акриловые дисперсии могут использоваться под контактные клеи при укладке напольных покрытий. 2) Липкие ленты, защитные плёнки и самоклеящиеся материалы. Используется для липких лент, самоклеящихся этикеток и материалов для вибро- и шумоизоляции. Применение основано на высоких показателях адгезии к различным поверхностям, водостойкости, начальной липкости клеевой пленки, а также на хорошей растекаемости на силиконизированной бумаге. 3) Герметики. Они обладают низкой вязкостью, что позволяет наносить их на поверхность шпателем без специальных приспособлений и разогрева [24]. Для таких герметиков характерно повышенное сопротивление воде и щелочам, а также термостабильность. 4) Энергосберегающее ТЗП. Долговечно, в меру эластично, пожаробезопасно, не несёт дополнительной нагрузки на объект, экологически безопасно и не имеет отходов при применении [5]. 5) Модификация цементных составов, армированные бетоны (система GFRC). Обусловлено достижением максимальной прочности бетона за короткий срок, полной гидратацией цемента и снижением водно-цементного соотношения смеси. 6) Текстильная промышленность. Водные стирол-акриловые дисперсии занимают важное место в технологии отделки текстильных материалов, что связано с сочетанием ценных свойств и соответствию современным требованиям экологии [28]. Применяется в качестве связующего компонента в красящих составах для крашения и заключительной отделки 19 текстильных материалов, втермоотверждаемых красках для пигментной печати. Данное использование связано с высокими показателями износостойкости, стойкости плёнки стиролакрилового сополимера к растворам слабых щелочей и кислот, а также к свету, старению и теплу. 7) Нетканые материалы. Используется в качестве упрочнения и пропитки нетканых материалов (стеклосетки и стеклохолста). Такие материалы обладают водостойкостью, высокой прочностью и твердостью. Они хорошо совместимы с меламино-, фенол- и карбамидоформальдегидными смолами. 8) Бумага и картон. Стирол-акриловую дисперсию используют для производства меловальных суспензий, в том числе для однослойного и двуслойного мелования бумаги и картона на целлюлозной основе, грунтования слоев перед последующей обработкой и поверхностной проклейки бумаги. Применение обусловлено высокими показателями картона и бумаги по выщипыванию, приданием картону и бумаге высокой степени гладкости и лоска, увеличение прочности меловальных слоёв. Стирол-акриловая дисперсия обеспечивает высокий уровень печатно-технических свойств мелованной бумаги и картона, повышает качество офсетной и чернильно-струйной бумаги и улучшает адгезию тонера к бумаге. Такие составы характеризуются высокими показателями водостойкости, щелочестойкости, пигментоемкости, хорошей адгезией к различным поверхностям и низкой минимальной температурой пленкообразования, а также быстрым набором твёрдости. Стирол-акриловая увеличивает дисперсия водостойкость и сохраняет улучшает степень показатели белезны бумаги, поверхностной впитываемости воды по методу Кобба. Стирол-акриловая дисперсия совместима с анионными и неионными вспомогательными средствами, которые применяются на клеильном прессе. 9) Обои. Используется для производства водостойких покрытий в обойной твёрдости, промышленности. высокой Применение водостойкости, основано оптимальной 20 на быстром реологии, наборе отсутствии остаточной липкости кратковременном у полимерной воздействии плёнки температуры и её 100-120 пожелтения ˚С при светостойкости свободной плёнки. Стирол-акриловая дисперсия обеспечивает понижение уровня статического электричества на бумаге и формирование гидрофобного слоя при высыхании на бумаге-основе. Флизилиновая бумага-основа обладает сбалансированными свойствами – воздухопроницаемость, прочностные характеристики и поверхностная впитываемость [13]. 21 хорошие ЗАКЛЮЧЕНИЕ Стирол-акриловые дисперсии получают путём эмульсионной полимеризации бутилакрилата и стирола, которая состоит их пяти стадий и в результате которой образуются стабилизированные молекулами поверхностноактивных веществ латексные полимерные частицы. Эмульсионная полимеризация обладает рядом достоинств, одним из которых является возможность направленного регулирования свойств сополимера, что значительно расширяет спектр применения таких дисперсий, ведь уже на стадии синтеза есть возможность задать необходимые качества. Полученная дисперсия обладает большим количеством положительных свойств: устойчивость пожаробезопасность, к внешнему экологичность, воздействию, пигментоёмкость, долговечность, хорошая адгезия, отсутствие резкого запаха, высокая комбинаторность с активными пигментами и другие. Для улучшения качества и придания дисперсии каких-либо дополнительных свойств используют функциональные модифицирующие добавки. Самыми основными являются плстификаторы, антивспениватели, промоторы адгезии, смачивающие и диспергирующие агенты, реологические, коалесцирующие, биоцидные, светостабилизирующие, антикоррозионные добавки и добавки, повышающие морозостойкость. Стирол-акриловые дисперсии широко распространены в большом количестве областей промышленности: автомобильной, бумажной, строительной, текстильной и других. Самым распространённым направлением использования стирол-акриловых дисперсий является их применение в качестве основы для красок, грунтовок, шпатлёвок, штукатурок и других покрытий, а именно: интерьерные, фасадные, антикоррозионные краски, краски для крыш, грунтовки, шпаклёвки, штукатурки, высоконаполненные системы для внешних и внутренних работ, покрытия по дереву и пищевые покрытия. 22 Помимо направления покрытий существуют и другие области применения стирол-акриловых дисперсий, которых не мало: добавка к клею, липкие ленты, защитные плёнки и самоклеящиеся материалы, герметики, энергосберегающее ТЗП, модификация цементных составов, армированные бетоны, текстильная промышленность, нетканые материалы, бумага и картон, обои. Таким образом, можно сделать вывод, что спектр областей применения стирол-акриловых дисперсий очень широк за счёт использования при изготовлении большого количества различных модифицирующих функциональные добавок, которые улучшают уже имеющиеся свойства и придают необходимые новые. 23 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 1. Аверьянов, Д. Н. Оборудование производств синтетического каучука: Учебное пособие / Д. Н. Аверьянов, Л. А. Зенитова. – Казань, 2010. – 276 с. 2. АО Пигмент [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://krata.ru/ (дата обращения: 12.12.2022) 3. Баскаков, П. С. Влияние щелочного воздействия на свойства акриловых и стирол-ариловых дисперсий для водных лакокрасочных материалов / П. С. Баскаков, В. В. Строкова, К. П. Мальцева // Construction materials. – 2015. - № 12 ресурс]. [Электронный – Режим доступа: https:/cyberleninka.ru/article/n/vliyanie-schelochnogo-vozdeystviya-na-svoystvaakrilovyh-i-stirol-akrilovyh-dispersiydlya-vodnyh-lakokrasochnyh-materialov 4. Вережников, В. Н. Синтез латексов: Учебное пособие/ В. Н. Вережников, Е. А. Гринфельд. - Воронеж: Химия, 2005. – 47 с. 5. Гарипов, Р. М. Энергосберегающее покрытие на основе акриловых дисперсий и полых стеклянных микросфер / Р. М. Гарипов, Н. Н. Жданов, Р. Х. Фатхутдинов, В. В. Уваев, В. А. Маслов // Вестник Казанского технологического университете. – 2014. - № 6 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/energosberegayuschee-pokrytie-na-osnoveakrilovyh-dispersiy-i-polyh-steklyannyh-mikrosfer 6. Дринберг, А. С. Антикоррозионные грунтовки / А. С. Дринберг, Э. Ф. Ицко, Т. В. Калинская. – Санкт-Петербург: ООО «НИПРОИНС ЛКМ и П с ОП», 2006. – 168 с. 7. Евдокимов, С.А. Технология изготовления стирол - акриловой дисперсии, Материалы XI Международной студенческой научной конференции «Студенческий научный форум» / С. А. Евдокимов, Л. А. Чижова// - Владимир: ВлГУ, 2019. – C. 5-9. 24 8. Еркова, Л. Н. Латексы: Учебник для техникумов / Л. Н. Еркова, О. С. Чечик. – Москва: Химия, 2005. – 224 с. 9. Зубов, П. И. Структура и свойства полимерных покрытий / П. И. Зубов, Л. А. Сухарева. – Москва: Химия, 1982. – 256 с. 10. Иващенко, Ю. Г. Анализ стирол-акриловых дисперсий как связующих для красок строительного назначения / Ю. Г. Иващенко, Н. Н. Фомина, А. Р. Исмагилов // Вестник БГТУ имени В. Г. Шухова. – 2018. – № 1 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/analiz-stirol-akrilovyhdispersiy-kak-svyazuyuschih-dlya-krasok-stroitelnogo-naznacheniya 11. Казакова, Е. Е. Водно-дисперсионные акриловые лакокрасочные материалы строительного назначения / Е. Е. Казакова, О. Н. Скороходова. – Москва: Пэйнт-Медиа, 2003. – 136 с. 12. Казакова, Е. Е. Водно-дисперсионные акриловые лакокрасочные материалы строительного назначения / Е. Е. Казакова, О. Н. Скороходова. – Москва, 2008. – 452 с. 13. Копания Хома [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://homa.ru/ (дата обращения: 12.12.2022) 14. Королев, Г. В. Ассоциация жидких органических соединений: влияние на физические свойства и полимеризационные процессы / Г. В. Королев, М. М. Могилевич, А. А. Ильин. – Москва: Мир, 2002. – 264 с. 15. Котельников, Д. В. Методика подбора пеногасителей для воднодисперсионных материалов / Д. В. Котельников // - Лакокрасочные материалы и их применение, 2002. - № 10. – С. 22-23. 16. Крутько, Э. Т. Технология и оборудование лакокрасочного производства: Учебное пособие для студентов специальности «Химическая технология органических веществ, материалов и изделий» / Э. Т. Крутько, Н. Р. Прокопчук. – Минск: БГТУ, 2005. – 446 с. 17. Кудяков, А. И. Наполненные полимерные композиции на основе стирол-акриловых дисперсий для декоративных покрытий строительных изделий / А. И. Кудяков, Е. А. Турнаева, Э. Н. Хафизова // Вестник ТГАСУ. – 25 2010. - № 3 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/napolnennye-polimernye-kompozitsii-na-osnovestirol-akrilovyh-dispersiy-dlya-dekorativnyh-pokrytiy-stroitelnyh-izdeliy 18. Кузин, Н. Г. Синтетические плёнкообразователи: Учебное пособие / Н. Г. Кузин, А. Л. Ковжина, И. В. Королев, Л. Н. Машляковский. – СанктПетербург, 2010. – 116 с. 19. Кузнецова, О. П. Экологическое развитие в лакокрасочной промышленности / О. П. Кузнецова // Вестник Казанского технологического университета. – 2013. - № 14 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/ekologicheskoe-razvitie-v-lakokrasochnoypromyshlennosti 20. Ламбурн, Р. Лакокрасочные материалы и покрытия: Теория и практика / Р. Ламбурн; пер. с англ. Л. Н. Машляковского, А. М. Фроста. – Санкт-Петербург: Химия, 1991. – 481 с. 21. МакКаллок, Л. Топ 25 лакокрасочных компаний. Обновлённый список ведущих европейских производителей красок / Л. МакКаллок // - Журнал цветных полимерных красок, 2012. – Т. 202, № 4574. – С. 38-48. 22. Оноприенко, Н. Н. Влияние вязкости водорастворимых полимеров на их эффективность как компонентов строительных растворов / Н. Н. Оноприенко, Ш. М. Рахимбаев // Вестник БГТУ им. В. Г. Шухова. – 2015. – № 3. – С. 62-66 23. Патент №2184125 Российская Федерация, МПК C08F265/00 (2000-0101), C08F220/00 (2000-01-01), C08F2/26 (2000-01-01), C09D5/02 (2000-01-01), C09D133/00 (2000-01-01). Водная гетерополимерная дисперсия для изготовления покрытий и способ ее получения : №2000130079/04 заявл. 30.11.2000 : опубл. 27.06.2022 / Примаченко О. Н., Гагарина К. А., Павлюченко В. Н., Иванчев С. С. : заявитель Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН 24. Патент № 2207360 Российская Федерация, МПК С09К3/10 (2000-0101), С09В5 (2000-01-01). Акриловый герметик : № 2000119890/04 заявл. 26.07.2000 : опубл. 27.06.2003 / Тюлин А. В. : заявитель Тюлин А. В. 26 25. Патент №2260602 Российская Федерация, МПК С08F212/08 (2000-0101), C08F220/06 (2000-01-01), C08F220/18 (2000-01-01), C08F220/56 (2000-0101), C08F4/28 (2000-01-01). Способ получения водных дисперсий стиролакриловых сополимеров : № 2004106003/04 заявл. 02.03.2004 : опубл. 20.09.2005 / Утробин А. Н., Рощин В. А. : заявитель Открытое Акционерное Общество «Пигмент» 26. Патент № 2315062 Российская Федерация, МПК С08F2/24 (2006-0101), C08F220/18 (2006-01-01). Способ получения водной дисперсии акрилового сополимера для клеев, чувствительных к давлению : №2006133401/04 заявл. 18.09.2006 : опубл. 20.01.2008 / Клюжин Е. С., Ермилова О. И., Колесова В. В., Тюлькина И. С., Мальченко Е. Н., Шалимова Р. Х., Еремин Е. Н., Князев Е. Ф., Гузеев В. В. : заявитель Федеральное Государственной Унитарное Предприятие Институт Химии И Технологии Полимеров Имени Акад. В. А. Каргина С Опытным Заводом «Полимеров» 27. Патент №2460748 Российская Федерация, МПК C09D5/02 (2006.01), B82B1/00 (2006.01). Универсальная толстослойная антикоррозионная лакокрасочная система : № 2010130969/05 заявл. 26.07.2010 : опубл. 10.09.2012 / Миронова Г. А., Кузнецов С. В., Большакова О. Л., Ильдарханова Ф. И., Богословский К. Г., Коптева В. В. : заявитель ОАО НПО «Лакокраспокрытие» 28. Слепчук характеристики И. Исследование пространственной влияния сетки и сшивающих свойства агентов на стирол-акриловых полимерных плёнок / И. Слепчук, О. Я. Семешко, Т. С. Асаулюк, Ю. Г. Сарибекова // Известия ВУЗов. Химия и химическая технология. – 2018. - № 7. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https:/cyberleninka.ru/article/n/issledovanie-vliyaniya-sshivayuschih-agentov-naharakteristiki-prostranstvennoy-setki-i-svoystva-stirol-akrilovyh-polimernyh-plenok 29. Толмачев, И. А. Водно-дисперсионные краски: Краткое руководство для инженеров-технологов / И. А. Толмачев, Н. А. Петренко. – Москва: ПэйнтМедиа, 2010. – 106 с. 27 30. Фрейтаг, В. Краски, покрытия и растворители: состав, производство, свойства и анализ. / В. Фрейтаг, Д. Стойе; пер. с англ. Л. Н. Машляковского, А. М. Фроста. – Санкт-Петербург: Профессия, 2007. – 526 с. 31. Хайлен, В. Добавки для водорастворимых лакокрасочных материалов / В. Хайлен. – Москва: Пэйнт-Медиа, 2011. – 176 с. 32. Шинкович, Д. Н. Разработка пеногасящей системы для воднодисперсионной краски для окрашивания пластмасс / Д. Н. Шинкович, А. А. Мартинкевич, Н. Р. Прокопчук // - Химия, технология органических веществ и биотехнология: Труды БГТУ, 2014. - № 4. – С. 18-21. 33. Яковлев, А. Д. Химия и технология лакокрасочных покрытий / А. Д. Яковлев. – Санкт-Петербург: ХИМИЗДАТ, 2010. – 448 с. 28
