Спрямоване регулювання структурно-реологічних властивостей теплоізоляційних акрилових водних дисперсій за рахунок сумісного використання гідрофільно-гідрофобних силікатних наповнювачів

Abstract

Технологія формування і експлуатаційні характеристики покриттів на основі водних дисперсій полімерів в значній мірі визначаються властивостями вихідних плівкоутворюючих матеріалів, які повинні забезпечувати рівномірне тонкошарове розподіл на поверхні підкладки і утворення покриттів з необхідним технологічним комплексом властивостей. Серед них в силу своїх функціональних властивостей і відносно невисокою вартістю найбільшого поширення набули водно-дисперсійні полімерні покриття на основі акрилових плівкоутворювачів. У даній роботі розглянуті математичні моделі структурно-реологічних залежностей теплоізоляційних акрилових водних дисперсій в залежності від спільного використання гідрофільно-гідрофобних наповнювачів. Для опису цих залежностей доцільно використовувати рівняння другого ступеня. Відповідно до математичної теорії експерименту передбачити поведінку функції відгуку дає можливість ортогональний центральний композиційний план другого порядку. Проведення експерименту у відповідності до цього плану дозволяє встановити аналітичну залежність функції відгуку від відповідних факторів у вигляді поліноміального рівняння другого ступеня. Основними функціями відгуку були: умовно статична межа плинності, в’язкість за мінімальної швидкості початку руйнування (початкова ефективна в’язкість), в’язкість «зруйнованої» структури за ньютонівського характеру течії, енергія активації в’язкої течії за мінімальної, середньої і максимальної швидкостей зсуву. На основі встановлених залежностей були обрані оптимальні співвідношення гідрофонбізованного аеросилу і алюмосилікатних мікросфер, спільне застосування яких дозволяє зменшити напруження зсуву для створення однорідної водної акрилової дисперсії, спрогнозувати енергію активації на різних технологічних етапах приготування і нанесення теплоізоляційних покриттів. Встановлені результати дозволили створити гідрофільно-гідрофобну водну акрилову дисперсію, яка без застосування поверхнево-активних речовин дозволяє спростити технологію виробництва теплоізоляційних водно-дисперсійних покриттів, а саме виключити стадію попередньої обробки наповнювачів, зменшити швидкість обертання рамкової змішувача, а також підвищити кінетичну стійкість готової дисперсії.

The formation technology and performance characteristics of coatings based on aqueous dispersions are largely determined by the properties of the initial film-forming materials, which should ensure uniform thin-layer distribution on the substrate surface and the formation of coatings with the required technological complex of properties. Among them, due to their functional properties and relatively low cost, the most widespread are water-dispersion polymer coatings based on acrylic film-formers. In this paper, mathematical models of the structural and rheological dependences of heat-insulating acrylic aqueous dispersions are considered depending on the combined content of hydrophilic-hydrophobic fillers. To describe these dependencies, it is advisable to use equations of the second degree. According to the mathematical theory of experiment, the second-order orthogonal central compositional design makes it possible to predict the behavior of the response function. Carrying out an experiment in accordance with this plan makes it possible to establish the analytical dependence of the response function on the corresponding factors in the form of a polynomial equation of the second degree. The main response functions were: conditionally static yield stress, viscosity at the minimum rate of onset of fracture (initial effective viscosity), viscosity of the "destroyed" structure according to the Newtonian nature of the flow, activation energy of viscous flow at minimum, average and maximum shear rates. On the basis of the established dependences, the optimal ratios of hydrophobized aerosil and aluminosilicate microspheres were selected, the combined use of which makes it possible to reduce shear stresses to create a homogeneous aqueous acrylic dispersion, to predict the activation energy at various technological stages of preparation and application of heat-insulating coatings. The established results made it possible to create a hydrophilic-hydrophobic aqueous acrylic dispersion, which, without the use of surfactants, makes it possible to simplify the production technology of heat-insulating water-dispersion coatings, namely, to exclude the stage of pretreatment of fillers, to reduce the rotation speed of the frame mixer, and also to increase the kinetic stability of the finished dispersion.