2. Пленкообразование, осуществляемое
БЕЗ ХИМИЧЕСКИХ ПРЕВРАЩЕНИЙ
Пленкообразование, при котором отсутствуют химические превращения, определяет получение термопластичных и растворимых покрытий. При этом свойства полученного покрытия во многом соответствуют свойствам исходных плёнкообразователей, в качестве которых часто служат высокомолекулярные соединения: виниловые, акриловые, пента- и фторопласты, эфиры целлюлозы и др. Находят применение и олигомерные: фенольные новолачного типа, битумные, канифольные и др.
В большинстве случаев покрытия отличаются хорошими механическими и изоляционными свойствами, но, как правило, имеют невысокую адгезионную прочность.
2.1. Формирование покрытий из растворов полимеров
и олигомеров
Более 90 % промышленных лакокрасочных материалов содержат органические растворители или воду. Поэтому пленкообразование из растворов, связанное с удалением из них растворителей, крайне распространено в технологии лакокрасочных покрытий. Растворители удаляют обычно испарением.
С кинетической точки зрения процесс испарения растворителей можно разделить на две стадии:
I - испарение из жидкой плёнки, контролируемое поверхностными явлениями;
II - испарение из сформировавшейся твёрдой плёнки, определяемое диффузионными процессами в массе полимерного материала.
Кинетика испарения растворителя показана на рис. 2.1.
Первую стадию (I) из-за низкой вязкости и наличия конвективного перемешивания лакокрасочного материала, нанесённого на окрашиваемую поверхность, можно рассматривать как испарение растворителей со свободной поверхности.
Скорость испарения пропорциональна разности парциальных давлений насыщенного пара над раствором Ро и в окружающей среде - Рs.
Ро с ростом концентрации плёнкообразователя понижается незначительно, поэтому на этой стадии скорость испарения растворителей близка к постоянной; она может быть вычислена по тангенсу угла наклона прямой.
Вторая стадия (II) обычно начинается при содержании растворителя в плёнке 5…15 %, когда вязкость становится высокой и вследствие этого не происходит его конвективного перемешивания. Скорость улетучивания растворителей на этой стадии контролируется внутренней диффузией.
Р
ис.2.1.
Кинетика испарения растворителей (G)
и
изменения объёма (V)
лакокрасочного
материала при пленкообразовании.
При отвердевании плёнки коэффициент диффузии растворителей становится крайне малым, что затрудняет их диффузионный перенос. Вследствие этого содержание растворителя возрастает от периферии к подложке.
Пигментирование плёнкообразующих систем замедляет испарение растворителей.
Испарение возрастает с увеличением скорости движения воздуха над окрашенным изделием (поверхностью).
Особенности формирования покрытий из водных растворов связаны со специфическими свойствами воды как растворителя: её низкой температурой кипения и одновременно низким давлением паров, большим поверхностным натяжением и высокой теплотой парообразования.
Водные краски характеризуются резким нарастанием вязкости по мере внутренних слоёв, и замедляет пленкообразование.
Оптимальным является ступенчатый режим формирования таких покрытий:
- удаление большей части воды при температурах ниже 100 0С;
- окончательное обезвоживание и отверждение при более высоких температурах.
При формировании покрытий из растворов, как и из любых жидких лакокрасочных материалов, различают два состояния плёнок:
- высыхание “от пыли”, когда плёнка утрачивает липкость;
- практическое высыхание, когда покрытие приобретает твёрдость, необходимую для последующей обработки или эксплуатации.
Время высыхания “от пыли” обычно коррелируется с продолжительностью испарения из плёнки примерно 60 % растворителей. Растекание лакокрасочного материала на поверхности прекращается при испарении 25…30 % растворителей.
Следует учитывать, что сформированные в естественных условиях покрытия всегда содержат некоторое количество растворителей (0,1…2,0 %).
О завершённости процесса формирования покрытий судят по их твёрдости, липкости, электрическим и другим параметрам.
2.2. Формирование покрытий из дисперсий
Д
исперсиями
называют двухфазные системы, в которых
одна из фаз находится в тонкоизмельченном
состоянии. Эта фаза, вокруг которой
межфазная граница замкнута, носит
название дисперсной фазы. Сплошная
фаза, в которой распределены частицы
дисперсной фазы, называется дисперсионной
средой.
Рис. 2.2. Схема строения дисперсии:
1 – дисперсная фаза; 2 – дисперсионная среда; 3 –граница раздела фаз.
В зависимости от типа дисперсионной среды выделяют следующие типы дисперсий:
а) водные дисперсии полимеров;
б) органодисперсии – дисперсии полимеров в органических растворителях (органозоли) или пластификаторах (пластизоли);
в) аэрозоли – порошковые краски в воздушной среде.
По коллоидно-химической классификации различают дисперсии лиофильные, лиофобные и переходного типа.
Критерием отнесения дисперсий к тому или иному типу является, так называемое, критическое межфазное натяжение на границе раздела фаз (на границе частица-среда):
|
(2.1) |
где σ – размер частиц;
К – константа Больцмана (R);
T – абсолютная температура.
При σ<σкр – дисперсия является лиофильной; при σ>σкр – лиофобной, а вблизи σкр имеет переходные свойства.