Коалесцент – это добавка (временный пластификатор), которая помогает частицам водной полимерной дисперсии слиться в сплошную плёнку при более низкой температуре. Он проникает в полимерные частицы, размягчает их и тем самым снижает минимальную температуру плёнкообразования (MFFT), а после высыхания постепенно испаряется, оставляя твёрдую прочную плёнку. Для дисперсий с высокой MFFT (прежде всего стирол-акриловых) коалесцент делает возможным качественное плёнкообразование на холоде и повышает гибкость слоя.
Что такое коалесцент и зачем он нужен
Водная полимерная дисперсия (жидкий латекс) – это мельчайшие твёрдые полимерные частицы, распределённые в воде. Чтобы дисперсия превратилась в прочную сплошную плёнку, после испарения воды эти частицы должны сблизиться, деформироваться и слиться друг с другом (коалесценция). Слияние идёт только выше минимальной температуры плёнкообразования (MFFT): ниже неё частицы слишком твёрдые, плёнка получается рыхлой, потрескавшейся или пылящей и не набирает прочности.
Коалесцент – это временный пластификатор для полимерных частиц. Его вводят в дисперсию, он диффундирует внутрь частиц полимера и на время размягчает их. Мягкие частицы легко деформируются под действием капиллярных сил при высыхании и сливаются в однородную плёнку даже при низкой температуре. После формирования плёнки коалесцент постепенно испаряется (или частично остаётся в плёнке), и полимер возвращает исходную твёрдость. Итог: плёнка формируется на холоде, но в готовом виде остаётся прочной, а не липкой.
Как коалесцент снижает MFFT дисперсии
Особенно востребован коалесцент для стирол-акриловых дисперсий: стирол делает полимер жёстким и повышает его температуру стеклования (Tg), а значит и MFFT. Поэтому многие стирол-акриловые латексы имеют MFFT в районе 10-25 C и без модификации плохо образуют плёнку при комнатной, а тем более пониженной температуре. Та же логика работает и для других жёстких дисперсий.
Коалесцент временно снижает эффективную твёрдость (Tg) полимера у поверхности частиц, и MFFT падает практически линейно с ростом дозировки. Механизм по шагам:
- коалесцент вводят в дисперсию при перемешивании, он распределяется и проникает в полимерные частицы;
- частицы размягчаются – их поверхность становится подвижной и деформируемой;
- при высыхании капиллярные силы прижимают размягчённые частицы друг к другу, они сливаются в сплошную плёнку уже при температуре ниже исходной MFFT;
- после плёнкообразования коалесцент медленно испаряется, полимер набирает окончательную твёрдость и прочность.
Дозировку подбирают по нужной температуре нанесения: чем ниже рабочая температура, тем больше коалесцента. Практический ориентир – от долей процента до нескольких процентов от массы дисперсии; точное значение определяют пробой на плёнку (по прибору MFFT-bar или простым тестом высыхания при рабочей температуре).
Что даёт модификация дисперсии коалесцентом
Ввод коалесцента в полимерную дисперсию решает сразу несколько задач:
- плёнка качественно формируется при комнатной и пониженной температуре, без рыхлости и растрескивания;
- расширяется температурный диапазон нанесения и сушки – можно работать в межсезонье и на холоде;
- слой становится более гибким и эластичным, лучше держит изгиб и деформации основания;
- улучшается смачивание и растекание, повышается однородность и гладкость покрытия.
Какие бывают коалесценты
Коалесценты – это, как правило, медленно испаряющиеся органические растворители-пластификаторы. Основные типы:
- Эфироспирты (сложные эфиры) – классический пример типа Texanol (2,2,4-триметил-1,3-пентандиол моноизобутират). Универсальны для акриловых, стирол-акриловых и винил-акриловых дисперсий, дают предсказуемое снижение MFFT.
- Гликолевые эфиры (бутилгликоль, бутилдигликоль и аналоги) – более водорастворимые, распределяются и в воде, и в полимере.
- Сложноэфирные и растительные (низко-VOC) коалесценты – на основе эфиров растительных масел, для составов с пониженным содержанием летучих веществ.
При выборе учитывают не только силу снижения MFFT, но и водостойкость, стойкость к раннему слипанию (блокингу) и запах. Более мощный коалесцент сильнее снижает MFFT, но может ухудшать раннюю водостойкость – это компромисс, который подбирают под задачу.
Где применяют коалесцент
Модификация коалесцентом актуальна везде, где жёсткая дисперсия должна образовать качественную плёнку при невысокой температуре или дать гибкий слой: декоративные и защитные покрытия, грунтовки и пропитки, составы для гибкого камня и других армированных минеральных слоёв на эластичной основе. В технологии гибкого камня, например, дисперсия связывает кварцевый песок, мраморную или гранитную крошку и пигменты и удерживает тонкий минеральный слой на гибкой основе – и здесь снижение MFFT напрямую повышает гибкость готового листа и расширяет диапазон нанесения. Одна из подходящих для этого стирол-акриловых дисперсий – жидкий латекс S 510.