2017-11-01
1857
ОТВЕРЖДЕНИЕ ЛАКОКРАСОЧНЫХ ПОКРЫТИЙ
Отверждение покрытий из жидких органорастворимых лакокрасочных материалов
Плёнкообразование жидких органорастворимых лакокрасочных материалов
Основой получения лакокрасочных покрытий является процесс плёнкообразования. Под пленкообразованием понимают процесс перехода материала из жидкого или вязкотекучего состояния в твёрдое на поверхности подложки с образованием адгезированной пленки.
Пленкообразование значительной части лакокрасочных материалов осуществляется в результате физических процессов: испарения растворителей, астабилизации и обезвоживания латексов, охлаждения расплавов. Другая часть материалов образует покрытия в результате либо химических процессов полимеризации или поликонденсации, либо одновременного (а часто последовательного) протекания физических и химических процессов [30, 31].
Так как эксплуатационноспособными считаются покрытия, в которых плёнкообразователь (полимер) находится в кристаллическом, стеклообразном или высокоэластическом состоянии, пленкообразование связано с фазовыми или физическими переходами, т.е. с изменением взаимного расположения молекул и термодинамических свойств вещества.
Независимо от того, какие процессы лежат в основе пленкообразования, внешним их проявлением служит постепенное или скачкообразное увеличение вязкости материала. Если исходный материал был жидким, то на определенной стадии процесса он становится вязкотекучим, потом высокоэластическим и, наконец, приобретает свойства твердого стеклообразного тела [31].
Несмотря на одинаковую направленность процессов, а именно, установление и упрочнение внутри- и межмолекулярных связей в исходном материале, пленкообразование из различных лакокрасочных систем имеет свои характерные особенности.
Различают два вида плёнкообразования:
· плёнкообразование, осуществляемое в результате химических превращений;
· плёнкообразование, осуществляемое без химических превращений.
Плёнкообразование, осуществляемое в результате химических превращений, предусматривает проведение химических реакций с мономерами или олигомерами в тонком слое на подложке, в результате которых образуются линейные, разветвленные или пространственно-сшитые полимеры. Образование полимеров может происходить в результате реакций гомополимеризации, сополимеризации, поликонденсации, солеобразования или протекания нескольких реакций одновременно [32].
Можно выделить два вида плёнкообразования, осуществляемого в результате химических реакций:
· полимеризация на поверхности подложки;
· поликонденсация на поверхности подложки.
Покрытия посредством полимеризации на подложке получают из многих плёнкообразователей: масляных, алкидных, ненасыщенных полиэфирных, эпоксидных, полиуретановых.
Поликонденсацией на подложке получают покрытия из разных видов олигомерных преобразователей: фенолоальдегидных, мочевино-, меламиноформальдегидных, полиэфирных.
Пленкообразование, при котором отсутствуют химические превращения, предопределяет получение обратимых (растворимых) покрытий. При этом свойства материала пленки во многом соответствуют свойствам исходных пленкообразователей, которыми служат преимущественно полимеры аморфного или кристаллического строения: виниловые, акриловые, полиолефины, полиамиды и др.
В зависимости от химической природы пленкообразующего вещества, его растворимости, термопластичности покрытия получают из растворов, расплавов, водных и органических дисперсий, аэродисперсий (порошковых систем). В большинстве случаев покрытия отличаются хорошими механическими и изолирующими свойствами, однако имеют невысокую адгезионную прочность [7, 32].
Более 90% ремонтных лаков и красок содержат растворители. Поэтому пленкообразование из растворов, связанное с удалением из них растворителей, распространено в технологии ремонтных лакокрасочных покрытий. Растворители удаляют обычно испарением.
С кинетической точки зрения процесс испарения растворителей можно разделить на две стадии (рис. 3.1).
I - испарение растворителей из жидкой пленки, контролируемое поверхностными явлениями;
II - испарение из сформировавшейся твердой пленки, определяемое диффузионными процессами в массе полимерного материала.
Рисунок 3.1 – Кинетика испарения растворителей G и изменения объёма V лакокрасочного материала при плёнкообразовании
Первую стадию из-за низкой вязкости и наличия конвективного перемешивания раствора можно рассматривать как испарение растворителей со свободной поверхности.
Вторая стадия испарения обычно начинается при содержании растворителя в пленке 5…15%, когда вязкость раствора становится высокой и вследствие этого не происходит его конвективного перемешивания. Скорость улетучивания растворителей на этой стадии контролируется внутренней диффузией, при этом коэффициент диффузии изменяется с концентрацией растворителя [32].
При отвердевании пленки (переходе в стеклообразное состояние) вязкость пленкообразователей достигает 1011…1012 Па٠с. В этих условиях коэффициент диффузии растворителей крайне мал. Это затрудняет диффузионный перенос растворителей особенно на последних стадиях формирования покрытий. Вследствие односторонней диффузии в пленке всегда имеет место определенный градиент концентрации растворителя по толщине; его содержание возрастает от периферии к подложке.
Пигментирование пленкообразующих систем замедляет испарение растворителей, особенно если используются пигменты и наполнители чешуйчатого строения (алюминиевая пудра, микрослюда и др.). Испарение ускоряется с увеличением скорости движения воздуха над слоем лакокрасочного материала [31, 32].
Испарение растворителей сопровождается изменением многих параметров системы: уменьшается объем материала (рис. 3.1), в основном за счет толщины слоя, увеличивается поверхностное натяжение, понижается температура пленки вследствие затраты теплоты на парообразование. Эти изменения сказываются на структуре и свойствах образующихся покрытий. Особенно сильно влияют на структурные характеристики природа растворителя, его термодинамическое «качество» по отношению к пленкообразователю, поверхностное натяжение и летучесть (скорость испарения из пленки).
Качество растворителей влияет на многие другие свойства покрытий: механические, адгезионные, стойкость к старению и т. д. Это влияние может быть непосредственным (каталитическое или стабилизирующее действие остаточного растворителя на полимер) или косвенным, т. е. проявляться через структуру материала пленки.
При формировании покрытий из растворов, как и из любых жидких лакокрасочных материалов, различают два состояния пленок: высыхание «от пыли», когда пленка утрачивает липкость, и практическое высыхание, когда покрытие приобретает твердость, необходимую для последующей обработки изделий. Время высыхания «от пыли» обычно коррелируется с продолжительностью испарения из пленки примерно 60% растворителей, растекание же лакокрасочного материала на поверхности прекращается уже при испарении 25…30% растворителей [32].
О завершенности процесса формирования покрытий обычно судят по их твердости, липкости, электрическим параметрам.
Следует учитывать, что сформированные в естественных условиях покрытия всегда содержат некоторое количество (0,1…2%) остаточных растворителей, которые нередко сохраняются длительное время, отрицательно сказываясь на свойствах покрытий и ухудшая гигиенические условия эксплуатации окрашенных изделий.
