Лако-красочные материалы — производство

Эксплуатационные свойства лакокрасочных покрытий в значимой мере зависят от взаимодействия их с подложкой — типа возникающих меж материалом пленки и подложкой связей. Уже при нанесении лакокрасочного материала на твердую поверхность меж ними устанавливается адсорбционное взаимодействие, степень которого определяет полноту смачивания поверхности, которая почти во всем определяет сплошность, адгезию, оптические, антикоррозионные и другие характеристики покрытия.

Характеристики жесткой поверхности

Чистота поверхности. Поверхность фактически всех жестких тел содержит разные загрязнения и примеси (адсорбированные газы, влага воздуха и др.) Для металлов (исключая золото, платину и серебро) обычные загрязнения — оксиды.

Зависимо от критерий обработки и хранения металла толщина и хим состав оксидов очень различаются. К примеру, на железе толщина трехслойных оксидных пленок FeO/Fe3O4/Fe2O3 1,5-15 нм, на алюминии 5-20 нм. Для меди типично двухслойное строение оксидной пленки Cu2O/CuO. Для всех металлов, содержащих оксидные слои, присуще вследствие сорбционной возможности наличие физио- и хемосорбированной воды, количество которой добивается нескольких 10-ов монослоев зависимо от адсорбционной активности металла и влажности воздуха.

По мере удаления от поверхности подложки энергия связи молекул адсорбированной воды миниатюризируется. Температурный интервал десорбции физиосорбированной воды у многих металлов 50-230°С, хемосорбированной 250-430°С; энергия активации десорбции с поверхности железа соответственно 38 кДж/моль и 84 кДж/моль.

Разумеется, что при нанесении на железные поверхности лакокрасочный материал контактирует не с металлом, а с кислородными либо другими соединениями и адсорбированной водой, находящимися на его поверхности.

Поверхности стекол присуща своя специфичность. Обычно поверхность стекла обогащена кремнеземом; для нее типично наличие силанольных групп , являющихся донорами водорода, в итоге, как и в случае металлов, на поверхности стекол хемосорбируется вода. Толщина адсорбционного слоя воды — 10-ки нанометров, удаляется вода с трудом даже при прогреве в вакууме при 400-500°С.

На поверхности силикатных строй материалов — бетона, штукатурки, кирпича, камня всегда находится адсорбированная вода, также карбонаты за счет диоксида углерода воздуха, так как строй материалы имеют щелочной нрав.

Поверхность кожи, пластмасс, резины в большинстве случаев загрязнена воскам, жирами, также субстанциями, вводимыми при получении и переработке материалов (катализаторы, стабилизаторы, поверхностно-активные вещества и др.), что негативно сказывается на адгезионной прочности покрытий.

Макро- и микрорельеф поверхности. Микрорельеф, либо атомно-молекулярная шероховатость, поверхности определяется кристаллической и надмолекулярной структурой самого материала. Не считая того, кристаллическим телам характерны поверхностные трещинкы и полости микро- и субмикроскопических размеров.

Макрорельеф поверхности обуславливается природой материала и критериями производства и обработки изделий. Разновидности макрорельефа: волнистость, шероховатость, пористость. Рельеф может создаваться за счет изъянов поверхности — рисками, царапинами, раковинами и т. д. Данные о геометрии поверхности получают методом снятия профилограмм (набросок).

Шероховатость определяют по ГОСТ 2789-73, используя высотные и шаговые характеристики (набросок). Высотные характеристики (Ra, Rz, Rмакс.) охарактеризовывают среднюю и самую большую высоту неровностей, шаговые (S, Sm, tp) — обоюдное размещение вершин неровностей. (Характеристики: Ra — среднеарифметическое отклонение, Rz — высота неровностей по 10 точкам и tp — относительная средняя длина профиля — на рисунке не указаны.) Определено 14 классов шероховатости (чистоты) поверхности. Высший класс — 14, ему соответствуют поверхности Ra,меньше или равно0,01 мкм и R меньше либо рано0,05 мкм.

Разновидности неровностей (а) и профилограмма (б) жесткой поверхности:

I — макроскопические отличия, Rмакс = 1,0?0,1 мм;

I — волнистость, Rмакс = 10-1?10-3мм;

III — микронеровности, Rмакс = 10-3?10-5мм;

IV — ультрамикронеровности, Rмакс = 10-3?10-7мм

Чертой рельефа поверхности может быть также показатель доступности — произведение амплитуды иглы профилографа на число колебаний, приходящееся на единицу длины. Для полированной поверхности этот показатель составляет несколько единиц, а для дробеструйно-обработанной — 10-ки и сотки единиц.

Очень развитая поверхность у пористых материалов — древесной породы, бумаги, кожи, тканей. Капилляры древесной породы различных пород имеют размеры 30-90 мкм, а их суммарный объем составляет от 55 до 72% общего объема древесной породы. Полости кожи занимают до 50-60% общего объема материала.

Поверхности жестких тел подразделяют на настоящую, доступную и кажущуюся.  Кажущаяся поверхность (SK) определяют особыми способами. Для ряда материалов значения SД/SK приведены ниже:

Полированная сталь                                 1,4

Прокатанный никель                                3,5

Шлифованный никель                              9,7

Древесная порода, кожа                               200-300

Рельеф поверхности оказывает влияние на расход лакокрасочных материалов и почти во всем определяет нужную толщину эксплуатационно-способных покрытий. К примеру, расходные коэффициенты красок при нанесении на древесную породу в 2-3 раза выше, чем при нанесении на металлы (непористые материалы). Толщина защитных покрытий должна превосходить наивысшую высоту микро-неровностей поверхности более чем на 20%.

В этой связи существует допустимый предел по шероховатости: применимой является поверхность более 4 класса чистоты (Ra,?10 мкм; Rz?40 мкм). Норма шероховатости стали после дробеметной обработки составляет значения Rмакс. = 55-85 мкм. Нужно подразумевать, что уже при значениях Rмакс.>3 мкм и Ra>0,5 мкм шероховатость поверхности подложки проявляется в покрытии и тем больше, чем тоньше пленка.

Создание данного рельефа и регулирование степени шероховатости поверхности осуществляется различными методами: соответственной механической, тепловой, хим, химической обработкой, воздействием коронного и тлеющего разрядов и др.

Гидрофильность и гидрофобность поверхности — характеристики, характеризующие сродство жестких тел к воде. Так, Ребиндер считает, что металлы по собственной молекулярной структуре гидрофобны, но оксиды и сорбированные газы присваивают их поверхности гидрофильность. К примеру, наибольшее набухание древесной породы наблюдается в воде. С уменьшением диэлектрической проницаемости e степень поглощения соответственных жидкостей миниатюризируется. Но древесная порода фактически не набухает в ароматичных и алифатических углеводородах (e?5), происходит только капиллярное впитывание этих соединений. Кожа гидрофильна, но жировые загрязнения на ее поверхности докладывают ей свойство гидрофобности. Если кожу кропотливо обезжирить, то она приобретает способность смачиваться аква красками (казеиновые, полиакрилатные и др.)

Пластмассы зависимо от хим природы связывающего имеют разную по знаку полярности поверхность. Так, органическое стекло, полиамидные, полиацетатные пластические массы фено- и аминопласты отлично смачиваются аква смесями пленкообразователей. Но появляются трудности при нанесении красок, содержащих полярные растворители, на полимеры с высочайшей гидрофобностью поверхности, такие как полиолефины, полифторолефины. Таким макаром, под водные краски нужна гидрофильная поверхность, а под краски на гидрофобных пленкообразователях — гидрофобная. Регулирование по знаку полярности поверхности достигается последующими способами:

— гидрофилизация — кропотливым обезжириванием, окислением (в случае пластмасс), нанесением конверсионных покрытий (в случае металлов);

— гидрофобизация — обработкой поверхностей ПАВ, аппретами, шлифованием поверхности в присутствии неполярных жидкостей (для металлов).

Поверхностная энергия. Условно все тела подразделяют на две группы:

1)    с высочайшей поверхностной энергией (>500 мДж/м2);

2)    с низкой поверхностной энергией (<500 мДж/м2).

К первой группе относятся металлы, окислы металлов, нитриды, сульфиды, стекло, кварц и др. Ко 2-ой — пластмассы, кожа, бумага, древесная порода, органические низкомолекулярные вещества.

Экспериментально определение поверхностной энергии жестких тел проводят по энергии разрушения, либо критичного напряжения разрыва (способ Гриффита), способом «нулевой» ползучести (способ Таммана), по смачиванию поверхности разными жидкостями (способ Зисмана).

Поверхностная энергия Гиббса жестких тел, которые могут служить подложкой, почти во всем определяет смачивание и растекание, адгезионную крепкость и др.

При схожей по знаку полярности любые воды лучше смачивают подложку с большей поверхностной энергией. Поверхностная энергия может быть изменена методом модификации. К примеру, металлы оксидируют, фосфатируют, азотируют, силицируют; природу поверхности изменяют методом адсорбции низкомолекулярных веществ (жирные кислоты, амины, ПАВ), нанесения и других органических и неорганических соединений.