Výroba farieb

Jednou z najvýznamnejších zložiek v receptúre na výrobu disperzných farieb je použité disperzné spojivo. Od typu a množstva použitej disperzie závisí schopnosť náteru odolávať vplyvu okolitého prostredia, vrátane otierania a omývania. Zároveň výrazne vplýva na silu prídržnosti k podkladu, na odolnosť proti UV žiareniu, na nasiakavosť a priepustnosť pár, na životnosť náteru a v neposlednom rade na jeho kryciu schopnosť. Jedným z používaných disperzných spojív vhodných na výrobu kvalitných disperzných náterov sú práve vinylacetátové disperzie. Takéto farby sú obecne riediteľné vodou, netoxické, sú environmentálne a hygienicky nezávadné, neobsahujú žiadne organické rozpúšťadlá. 

 

 

Nátery majú dve základné funkcie: estetickú a ochrannú. Estetická funkcia náteru je zrejmá z toho, že náter určuje vzhľad stavby. Ochranná funkcia súvisí s povrchovou ochranou muriva voči fyzikálnej, chemickej a biologickej korózii. O tom, ktorá funkcia náteru je dominantná, rozhodujú konkrétne podmienky, v ktorých sa má náter aplikovať. Z pohľadu náročnosti aplikácie je možné rozdeliť nátery na vnútorné a vonkajšie.

 

 

Pre vnútorné nátery je charakteristická ich aplikácia v priestoroch, ktoré nie sú vystavené poveternostným podmienkam. Aj keď by sa zdalo, že estetická funkcia náterov bude v interiéroch dominovať, existuje celý rad aplikácií, kde hrá dôležitú úlohu aj ich ochranná funkcia. Sú to napríklad nátery vo verejných priestoroch (autobusové a vlakové stanice, vestibuly úradov, reštaurácie a pod.), priestory skladov, výrobné haly, obchody, práčovne a podobne.

Medzi najdôležitejšie hodnotené vlastnosti vnútorných náterov patrí odolnosť voči oteru a prídržnosť k podkladu. Ďalej sa hodnotia optické vlastnosti (lesk) a aplikačné vlastnosti. Dôležitým kritériom kvality farby je hodnota minimálnej teploty, pri ktorej sa náter aplikuje. Obecne sa vyžaduje, aby náter nanesený pri teplote 5 °C a ponechaný zasychať pri tejto teplote počas prvých 24 hodín zretia, poskytol súvislý povlak bez viditeľných vád a defektov.

 

 

V porovnaní s vnútornými nátermi sú vonkajšie vystavené pôsobeniu poveternostných podmienok a nároky kladené na ne sú pochopiteľne vyššie. Zvýšené nároky sa odrážajú na väčšom počte ukazovateľov kvality testovaných štátnou skúšobňou, ako aj prísnejšími požiadavkami na ich limitné hodnoty.

Dôležitou funkciou vonkajších náterov, popri estetickej, je ochrana muriva proti pôsobeniu vlhkosti. Akumulácia vlhkosti v murive je nežiadúcim javom, pretože spôsobuje zhoršenie jeho mechanických vlastností, zvýšenie tepelných strát z budovy a urýchlenie korózie muriva. Fasádne nátery sa uplatňujú pri riešení problému vlhkosti pochádzajúcej z dažďovej vody a z interiéru. O ich ochrannom účinku rozhodujú dva parametre. Prvým je schopnosť zabrániť vstupu tečúcej zrážkovej vody do muriva a druhým schopnosť umožniť difúziu vodnej pary z muriva do okolia.

Exteriérový náter je vystavený vplyvu poveternostných podmienok, ako sú: striedanie vysokých a nízkych teplôt, mráz, slnečné žiarenie, vlhkosť, kyslé dažde, smog, spád prachu a sadzí. V prostredí priaznivom pre rast plesní, húb a rias má náter odolávať aj týmto mikroorganizmom. Okrem toho je vystavený neúmyselnému, alebo aj zámernému poškodzovaniu zo strany ľudí. Dobrý exteriérový náter by si mal napriek dlhodobému pôsobeniu týchto vplyvov zachovať svoje estetické a ochranné vlastnosti čo najdlhší čas.

 

Obecne sa dá povedať, že pôsobenie disperzného spojiva výrazne vplýva práve na uvedené kvalitatívne ukazovatele farby. Preto výber vhodného spojiva je náročnou a zodpovednou úlohou. Samozrejme pridaním ostatných komponentov do náteru je možné upraviť aj tie parametre, ktoré sú mierne pod požadovanými hodnotami. V takomto prípade obvykle ide o kompromis cena – kvalita.

 

 

 

Minimálna teplota tvorenia filmu je najnižšia teplota, pri ktorej ešte vzniká z disperzie číry súvislý film. Pod touto teplotou nedochádza k dostatočnej koalescencii disperzných častíc, film sa buď nemôže vytvoriť, alebo je zakalený a popraskaný. Určuje najnižšiu teplotu, pri ktorej je možné vykonávať náter. Požiadavky na fasádne nátery určujú minimálnu teplotu 5 °C. Z toho dôvodu sa vyžaduje, aby MFT disperzného spojiva bola v intervale 0 - 5 °C. MFT disperzného spojiva úzko súvisí s teplotou skelnenia polyméru (Tg). Teplota skelnenia polyméru závisí od monomérov, z ktorých je polymér pripravený. Je charakteristická pre každý homopolymér. Možno ju ovplyvniť zložením makromolekulovej látky alebo pridaním vonkajšieho zmäkčovadla - nízkomolekulovej látky (plastifikátor, koalescent). Teplota skelnenia kopolymérov závisí od vzájomného pomeru komonomérnych jednotiek, ktoré kopolymér tvoria. Riadenie teploty skelnenia a MFT využitím tejto závislosti sa nazýva vnútorné zmäkčovanie polymérov. Koalescenty pôsobia dočasne a po vzniku filmu sa postupne odparia. Plastifikátory majú naopak ovplyvňovať vlastnosti filmu trvalo a ich straty odparovaním alebo migráciou sú nežiadúce.

Aj keď MFT súvisí s teplotou skelnenia, často s ňou nie je totožná.

 

 

Veľkosť častíc disperzie a jej distribúcia závisia od podmienok polymerizácie, v ktorých bola disperzia pripravená. Rozhodujúci význam má voľba druhu a množstva použitých emulgátorov a ochranných koloidov, ako aj spôsob ich pridávania do reakčnej zmesi počas prípravy disperzie. Výhodou disperzií s väčšími časticami sú vhodnejšie reologické vlastnosti disperzií i náterov z nich pripravených. Výhodou spojív s malými časticami je hlavne lepšia schopnosť malých častíc penetrovať do skriedovaných vrstiev starého náteru a tým vylepšiť adhéziu nového náteru ku povrchu.

 

 

Alkalická odolnosť disperzie je určená chemickou povahou polyméru, ktorý ju tvorí. Závisí od reaktivity funkčných skupín na polymérnom reťazci v reakcii hydrolýzy. Reaktivita acetylových skupín v homopolymérnom polyvinylacetáte je veľmi vysoká. Alkalickou hydrolýzou degraduje spojivo v náteri a dochádza ku poruchám spôsobeným zhoršenou adhéziou a oteruvzdornosťou náteru. Alkalickou hydrolýzou sú ohrozené nátery, ktoré sú v styku s vlhkosťou a alkalickým povrchom súčasne. Homopolymérne polyvinylacetátové disperzie preto nemožno použiť pre exteriérové nátery, zatiaľ čo v interiéroch, kde nie sú vystavené vlhkosti, je ich kvalita plne vyhovujúca. Disperzie pozostávajúce z kopolymérov vinylacetát – akryláty, alebo polyakrylátové disperzie majú odolnosť voči pôsobeniu alkálií lepšiu ako polyvinylacetátové. Rýchlostná konštanta reakcie je asi 10 krát nižšia v porovnaní s homopolymérmi vinylacetátu. Podstatné zlepšenie alkalickej odolnosti sa dosiahne kopolymerizáciou vinylacetátu s vinylesterom kyseliny versatikovej. Do polyméru sa zabudujú jednotky obsahujúce rozvetvené objemné alkylové skupiny. Tieto skupiny vytvárajú sférickú zábranu, ktorá chráni esterovú skupinu pred aniónmi OH- a tým bráni hydrolýze.

S rastúcim obsahom vinylesterom kyseliny versatikovej v kopolyméri môže rýchlostná konštanta hydrolýzy klesnúť na úroveň 1000 krát menšiu ako je rýchlostná konštanta hydrolýzy polyvinylacetátu, čiže na úroveň akrylátových kopolymérov, resp. polyakrylátových disperzií.

 

 

 

Poveternostné starnutie polymérov je zložitý proces, ktorý zahŕňa fotochemické a oxidačné reakcie. Pri nich dochádza ku postupnej deštrukcii polymérov, ktorá sa prejaví zmenou ich sfarbenia a zhoršením mechanických vlastností. Degradácia polyméru, ktorý je spojivom v náterovej látke spôsobuje kriedovanie, zhoršenie adhézie, odlupovanie a praskanie náteru ako aj zmenu jeho farebného odtieňa. Poveternostnej degradácii sú najviac vystavené polyméry, ktoré vo svojej štruktúre obsahujú funkčné skupiny, urýchľujúce niektorý z jej čiastkových dejov, napr. benzénové jadro, styrén a i. Disperzie pripravené na báze homopolymérov a kopolymérov vinylacetátu a polyakryláty neobsahujú skupiny urýchľujúce poveternostné starnutie. Treba podotknúť, že odolnosť náteru voči poveternostnému starnutiu nezávisí výlučne od spojiva , ale aj od celkovej formulácie náteru (koncentrácia pigmentu, typ a množstvo plnív a pigmentov a iné).

 

 

Najvýznamnejším, ale nie jediným parametrom, ktorý vplýva na absorpciu vody do filmu pripraveného z polymérnej disperzie je chemické zloženie polyméru, ktorý tvorí disperzné častice.

Polyvinylacetát je hydrofilný polymér a možno očakávať, že disperzné filmy tvorené polymérmi obsahujúcimi prevažne vinylacetátové jednotky budú absorbovať veľké množstvo vody. Hydrofóbne versatátové skupiny znižujú nasiakavosť prakticky rovnako ako styrénové segmenty v styrén-akrylátovej disperzii. 

 

Priepustnosť pre vodné pary, rovnako ako nasiakavosť závisí hlavne na štruktúre polyméru. Vysokou priepustnosťou sa vyznačujú jednak polyméry s hydrofilnými skupinami, ako aj polyméry s hydrofóbnymi, silne rozvetvenými skupinami. Čím objemnejší je substituent, tým väčšia je priepustnosť polyméru.

 

Prítomnosť hydrofilných emulgátorov zvyšuje paropriepustnosť disperzných filmov. Ich vymývanie preto spôsobuje pokles tejto veličiny a ustálené hodnoty, ktoré sa namerali po piatich cykloch máčania a sušenia boli asi o 15 % nižšie ako počiatočné.

 

Nasiakavosť a priepustnosť pár náterov je rozhodujúcim spôsobom riadená objemovou koncentráciou pigmentov a plnív (OKP). Obe veličiny závisia od toho, do akej miery polymérne spojivo vyplní medzery medzi časticami minerálnych zložiek náteru. Pri kritickej objemovej koncentrácii pigmentov (KOKP) je obsah spojiva taký, že práve stačí na vyplnenie všetkých medzier. Ak je OKP vyššia ako KOKP, v nátere zostávajú voľné medzery a s rastúcou OKP sa náter stáva pórovitý. S rastom OKP teda možno logicky očakávať prudké zmeny v nasiakavosti, priepustnosti pár a v ďalších vlastnostiach náteru.

 

Difúzny odpor, ktorý je nepriamo úmerný priepustnosti pár prudko klesá pri hodnotách blízkych KOKP, naopak nasiakavosť začína v týchto podmienkach narastať. V okolí KOKP možno nájsť také podmienky, pri ktorých nasiakavosť aj difúzny odpor zostávajú nízke. Pri tejto optimálnej hodnote OKP má význam porovnávať nasiakavosť a priepustnosť pár u náterov formulovaných s rôznym disperzným spojivom. Výber disperzného spojiva s nízkou nasiakavosťou a vysokou priepustnosťou pár a teda nízkym difúznym odporom, priaznivo ovplyvní tieto vlastnosti u náterov s optimálnou hodnotou OKP.

 

 

V receptúrach pre interiérové farby sa množstvo použitej disperzie pohybuje od 5 do 10 %. Tento podiel zabezpečuje dostatočnú odolnosť náteru proti oteru. Zvýšením podielu na 15 – 20 % je možné dosiahnuť omývateľnosť náteru, resp. jeho plastifikovateľnosť (štruktúrne nátery).

 

Pri fasádnych – exteriérových náteroch podiel disperzie obvykle pohybuje medzi 20 až 30 %.

 

Nátery na drevo vyžadujú vysokú priľnavosť a vysokú odolnosť proti mechanickému namáhaniu. Tieto vlastnosti zabezpečí obsah disperzie v receptúre v úrovni cca. 50 %.

 

Obsah disperznej zložky vo formulácii univerzálnych náterových látok je striktne odvodený od nárokov na kvalitu výsledného náteru a preto jeho stanovenie je výsledkom laboratórneho vývoja náteru.