Лако-красочные материалы — производство

При склеивании пленочных материалов возникают особы трудности, так как большинство из них инертны по отнонк нию к клеям [270]. Наиболее трудно склеиваются полиэтиле и фторопласт. Простейшим методом подготовки поверхност кристаллизующихся термопластов, например фторсодержащи полимеров, полиолефинов, полиамидов, к склеиванию являет ся дублирование их со стеклотканью, стекловолокном или другими подобными материалами. Дублирование можно пре водить в прессах, на каландрах или проглаживанием обычньп утюгом, нагретым до определенной температуры.

Для улучшения способности склеиваться детали из фторе пласта-4 изготавливают, вводя в полимер на участках, подле жащих склеиванию, наполнители (оксиды железа и хром; кварцевую муку, цемент, порошки металлов) [262]. Склеивг ние инертных материалов возможно только после специально обработки поверхности, например, в натрийнафталинової комплексе. Так, клеевые соединения необработанного фторе пласта, выполненные эпоксиполиамидным клеем, имеют проч ность при сдвиге 0,61 МПа, в то время как после обработки натрийнафталиновом комплексе прочность достигает 8,22 МП {[271 ]. Для обработки можно использовать также дисперсии нат рия в жидком аммиаке, натрийантраценовый комплекс или рас плавленный ацетат калия.

Поверхность полиэтилентерефталатной пленки перед скле* ванием можно обработать 30%-ным раствором NaOH пр 80 °С в течение 3 мин, при этом прочность при неравномерної отрыве клеевых соединений, выполненных эпоксиполиамил ны! м клеем, увеличивается с 0,4 до 2,7 МН/м [271iJ.

Адгезию пентапласта можно повысить, обрабатывая ег поверхность окислительной пастой с последующим нанесени ем подслоя из у-аминопропилтриэтоксисилана (продукт АГМ
)). Пасту готовят, растворяя в 1 л воды 40 г бихромата ка- [ия и 100 г серной кислоты (плотность 1820 кг/м3) с последу — ощим перемешиванием 91 масс. ч. раствора с 9 масс. ч. аэро — :ила 1,75. Такой пастой можно обрабатывать не всю поверх — юсть, а только некоторые участки, например, в случае круп — югабаритных изделий. Обработку пастой проводят при 20—■ ?2°С в течение 15 мин, затем обработанную поверхность тща­тельно промывают водой, сушат при 60 °С в течение 1 ч и об — эабатывают 5%-ным раствором АГМ-9 в толуоле [272].

Поверхность полиэтилена перед склеиванием можно обра — эатывать в ванне, содержащей 95,0 мол. ч. серной кислоты, 1,6 мол. ч. бихромата натрия и 7,2 мол. ч. дистиллированной воды. В этой ванне изделия выдерживают в течение 1—2 с при 120 °С. Недостатком такой подготовки поверхности явля — втся охрупчивание пленок.

Для полиолефинов и фторопластов эффективным является простой и доступный способ, названный механохимическим способом склеивания. Сущность способа заключается в меха­нической обработке поверхности полимера после нанесения клея. Для этой цели используют обычное металло — и дерево­обрабатывающее оборудование (шлифовальные, полироваль­ные, токарные станки, циклевочные машины и т. д.).

При механическом воздействии происходит разрушение хи­мических связей в склеиваемом полимере с образованием сво­бодных макрорадикалов. В результате химических реакций этих макрорадикалов на поверхности субстрата появляются полярные группы и непредельные связи, а при взаимодейст­вии с компонентами клея и привитые сополимеры [273, 274].

На примере клеевых соединений полипропилен+полипро — пилен, полиэтилен+алюминиевый сплав, полиэтилен-(-поли — этилен, выполненных эпоксидным клеем на основе смолы Эпон 828 и отвердителя версамид 140 (1 : 0,1), показано, что проч­ность при сдвиге образцов, поверхность которых обработана шерохованием на воздухе перед нанесением клея, значитель­но ниже, чем в случае активации шерохованием в присутст­вии клея (табл. 4.8) і[274].

Таблица 4.8. Прочность при сдвиге клеевых соединений
после обработки поверхности различными способами

Разрушающее напряжение при сдвиге
при 20 °С после обработки поверхности,
МПа

механохимическим

способом

Еще более эффективна обработка поверхности, в частное ти стеклопластиков на основе ненасыщенного полиэфирноп связующего, в присутствии мономера, родственного связующе му стеклопластика. Следует отметить, однако, что после хра пения клеевых соединений в течение нескольких месяцев и: прочность снижается.

Поверхность полиэтилена перед склеиванием можно обра ботать в течение 10 с пламенем пропановой горелки (до лег кого помутнения поверхности). Прочность клеевых соедине иий обработанного таким образом полиэтилена возрастав1 примерно в 2 раза по сравнению с прочностью образцов, по верхность которых была обработана в концентрированно] H2S04 с добавкой 5 масс. ч. бихромата калия [275].

Полиэтиленовые, фторопластовые и полиэтилентерефталат ные пленки обрабатывают коронным разрядом [276—281] і высокочастотном устройстве при частоте тока 20 кГц. Напря жение тока при обработке, а также расстояние между элект родами влияют на адгезионную прочность, при этом с увели чением напряжения эффективность обработки повышаете! тем сильнее, чем меньше расстояние между электродами. Так на примере полиэтиленовой пленки из полиэтилена низкої плотности марки 10802-020 и акрилатного клея медицинскоп назначения бутол показано, что при величине зазора межд; электродами 0,5 мм эффективность обработки настолько вы сока, что при напряжении не более 8 кВ клей не удается от слоить от полиэтиленовой пленки. При постоянном напряже нии между электродами 10 кВ и зазоре 2 мм полиэтиленовук пленку можно обрабатывать при скорости ее перемещения о’ 10 до 60 м/мин. В этом случае прочность при отслаиванш пленки уменьшается с 900 до 250 МН/м. Эффективность обра ботки пленки зависит и от ее толщины; обработку более тол стых пленок следует проводить при более высоком напряже

НИИ.

Склеивание поверхностей надо проводить непосредственнс после обработки их коронным разрядом. Если этого еделаті не удается, то перед склеиванием следует провести повторнук активацию при невысоком постоянном напряжении, составляю щим 7—8 кВ.

При обработке поверхностей различных материалов корон­ным разрядом на них образуются озонидные и пероксидные группы, которые и способствуют повышению адгезии. Однакс эти группы быстро превращаются в карбоксильные, что при­водит к снижению поверхностной энергии и прочности склеи­вания [281]. Методом рентгеновской фотоэлектрической спек­троскопии и другими методами на поверхности обработанной коронным разрядом полиэтиленовой пленки обнаружены груп­пы СООН и С = О.

При обработке коронным разрядом (частота тока разря­да 20 кГц, напряжение 16 кВ) полиэтилентерефталатной

Обработку поверхностей инертных материалов можно про­водить в тлеющем разряде при напряжении 1100 В, плотности тока 0,6 мВ/см2 и давлении 2-Ю-2 мм рт. ст. {272]. Такая обработка позволяет повысить полярность поверхности пента­пласта, снизить краевой угол смачивания водой. Оптимальная прочность склеивания достигается при продолжительности об­работки в тлеющем разряде 30 мин. Ниже приведены данные о прочности при сдвиге (в МПа) соединений алюминиевого сплава Д16АТ с пентапластом, выполненных клеями ПУ-2 и ВК-9:

Обезжиривание поверхности толуолом Зашкуривание шлифовальной шкуркой Обработка окислительной пастой.

Обработка окислительной пастой+АГМ-9 Обработка в тлеющем разряде. .

Для улучшения гидрофильное™ и адгезионных свойств по­верхности полиолефиновых пленок их подвергают воздействию электромагнитных волн высокой частоты (13,56 МГц) в атмо­сфере кислорода (плазменной обработке). Адгезионные свой­ства зависят от продолжительности обработки, времени, про­шедшего между обработкой и склеиванием, и др. {284]. При обработке поверхности полиэтилена, например, в атмосфере кислорода электромагнитными волнами с частотой 13,56 МГц и мощностью 50 Вт в течение 10 мин прочность склеивания эпоксидным клеем увеличивается с 2 до 14 МПа {285].

Сравнивая прочность и характер разрушения клеевых соединений фторопластовой пленки, обработанной различными способами в различных условиях, следует отметить, что луч­шие показатели имеют соединения, изготовленные с примене­нием пленки, поверхность которой обработана уксуснокислым калием или тлеющим разрядом (табл. 4.9) {149, с. 131].

Адгезию полиэтиленовых, фторопластовых и полиэтиленте — рефталатных пленок можно также повысить при электронном и УФ-облучении. При УФ-облучении полиэтилена продолжи­тельность обработки составляет 8—10 мин. Обработку фторо-

пласта ускоренными электронами проводят в течение ЗО с прі давлении 0,05 мм рт. ст., при этом прочность клеевых соеди нений при склеивании эпоксиполиамидным клеем составляв’ 8 МПа (в случае необработанной поверхности — 0,61 МПа) Прочность клеевых соединений повышается вследствие обра зования водородных связей между функциональными группамі полимера (основы клея) и полярными группами, образующи мися на склеиваемой поверхности при ее обработке [271].

Адгезию клеев к поверхности инертных материалов можнс повысить и путем их металлизации 1[286]. Наиболее прочньн соединения полиэтилена и фторопласта образуются при на несении на их поверхность (термическим испарением в ваку уме) Fe, Ni и Ті.

Одним из путей повышения адгезии клеев к инертным ма териалам является привитая сополимеризация. Так, поверх ность полиэтиленовой пленки можно модифицировать различ ными мономерами [287]. Для такой прививки можно исполь­зовать самые различные соединения, например N-винилпирро — лидон-2, 4-винилпиридин, серный ангидрид и жидкие полибу­тадиеновые каучуки марок СКДЖ и СКД-1А. При этом фи­

юсть клеевых соединений после такой обработки повышается ) 2—3,5 раза.

Для увеличения адгезии клеев к полипропилену на его товерхность можно прививать метилметакрилат и стирол 141, с. 152]. Такая прививка производится из газовой фазы под воздействием ускоренных электронов с энергией 0,5 МэВ и плотностью тока, равной 0,66 мА/см2. Мощность дозы излу­чения составляет 0,375 Мрад/мин.

При обработке пленок серным ангидридом происходит окисление полимера и побочная реакция—сульфирование с образованием на поверхности групп S03H. Модифицирование проходит на глубину от 11,4 до 18,2 мкм (по данным микро­структурного анализа). Образование кислотных групп на по­верхности придает полиэтиленовой пленке гидрофильность, что способствует улучшению ее адгезионных свойств. Прочность при сдвиге соединения пленки с эпоксифенольным пластиком увеличивается в 3,5 раза (с 3,04 до 10,7 МПа) 1[289].

Эффективна модификация поверхности, например фторо­пласта, активными молекулами или атомами. Так, сильное воздействие на фторопласт оказывает атомарный фтор. Сущ­ность такого способа обработки поверхности заключается в том, что полимер пропускают между электродами при элект­ролизе электролитов, диссоциирующих на ионы активных по отношению к нему элементов (щелочных металлов, фтора и др.). Так, прочность клеевого соединения пленки фторопласта толщиной 100 мкм, которую пропускали между электродами в расплаве KF в процессе электролиза при температуре 120— 140 °С в течение 2 мин, увеличивается на 50—60% [141, с. 82; 290].

В случае прививки стирола оптимальная прочность дости­гается при прививке 2,5—4% (масс.) этого мономера.

Адгезию пленок, например полиэтиленовых, можно повы­сить, вводя в их состав соединения, имеющие одновременно как акриловые, так и эпоксидные группы; при этом стойкость полиэтилена к термоокислительной деструкции не ухудшается. Примером такого соединения может служить олигомер НЭО — 20А — продукт взаимодействия акриловой кислоты и эпокси­диановой смолы ЭД-20. Олигомер вводят в полиэтилен низ­кой плотности в процессе вальцевания (15 мин) при 140 °С. Затем проводят прессование при 150 °С в течение 10 мин и давлении 5 МПа. Оптимальное содержание НЭО-20А—3%

границе полимер—металл. При этом механические и струк турные характеристики материала меняются незначительно [292].