Химия и технология лакокрасочных покрытий

ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ ЖИДКИХ МАТЕРИАЛОВ

Поверхностное натяжение во многом определяет такие важные технологические свойства жидких лаков, красок и расплавов пленко- образователей, как способность к распылению и смачиванию суб­страта, скорость слияния нанесенных капель жидкости, их растекание на поверхности. Работа, затрачиваемая на создание новой поверхности при диспергировании (распылении) лакокрасочных материалов и вы­свобождаемая при слиянии дисперсных частиц (пленкообразовании), пропорциональна их поверхностному натяжению.

Поверхностное натяжение лакокрасочных материалов как мно­гокомпонентных систем определяется поверхностной активностью входящих в их состав жидких компонентов. Краски, изготовленные с применением растительных масел, имеют невысокое поверхностное натяжение на границе с воздухом (25-35 мДж/м2). Поэтому они хо­
рошо смачивают самые разные поверхности. Среди олигомерных пленкообразователей поверхностная активность уменьшается в ряду:

Алкидные > Полиэфирные > Эпоксидные > Фенолоформальдегидные >

> Мочевиноформальдегидные

Ниже приведены значения поверхностного натяжения с (в мДж/м2) для ряда пленкообразователей, найденные эксперимен­тально или расчетным путем:

TOC o "1-5" h z Алкид, модифицированный жирными кислотами 36-37 Поливинилацетат 39

Полибутилметакрилат 40

Полистирол 41

Фенолоформальдегидный олигомер 41

Меламиноформальдегидный олигомер 42

Ацетобутират целлюлозы 42

Циклогексанонформальдегидный олигомер 44

Поливинилбутираль 53

Хлорированный каучук 57

Поверхностное натяжение лаков и красок, представляющих собой растворы полимеров, во многом определяется природой растворителей. Для большинства наиболее употребительных растворителей (аромати­ческих и алифатических углеводородов, сложных эфиров, спиртов, кетонов) с = 22-36 мДж/м. С увеличением содержания растворителей поверхностное натяжение лаков и красок, как правило, уменьшается, причем тем значительнее, чем меньше поверхностное натяжение взя­тых растворителей (рис. 1.5). Соотношение значений поверхностного натяжения пленкообразователя и растворителя играет важную роль в процессах формирования покрытий из растворов (см. гл. 3).

Наиболее высокие значения поверхностного натяжения имеют

Краски, в которых растворителем или дисперсионной средой служит вода, так как для воды с = 72,7 мДж/м2. Такие краски неудовлетворительно смачивают гидрофобные и плохо обезжиренные поверхности. Для уменьшения поверхностного натя­жения в состав водоразбавляемых

Рис. 1.5. Зависимость поверхностного натяжения растворов полистирола от содержания растворителей:

1 - циклогексанон; 2 - ксилол; 3 - метил - Содсржанис растворителя, % этилкетон

Красок вводят спирты, а воднодисперсионных - поверхностно­активные вещества (ПАВ).

Присутствие неионогенных ПАВ благоприятно сказывается и на поверхностной активности неводных красок. Особенно эффективно снижают поверхностное натяжение таких составов фторированные соединения, силиконовые масла и полисилоксаны, модифицирован­ные простыми и сложными полиэфирами. ПАВ позволяют одно­временно регулировать и другие свойства красок: реологические, электрические (способность заряжаться в электрополе), стабильность (отсутствие расслоения) при хранении.

Поверхностное натяжение расплавов определяется исключитель­но химической природой пленкообразователя. Оно мало зависит от его молекулярной массы, но линейно уменьшается с увеличением температуры, при этом тангенс угла наклона прямой может служить мерой поверхностной энтропии расплава:

Температурный градиент поверхностного натяжения невелик; у различных пленкообразователей он колеблется от 0,06 до 0,11. Заме­чено, что материалы с более высокими значениями температурного градиента лучше растекаются по поверхности при нанесении в на­гретом состоянии.

Для уменьшения поверхностного натяжения расплавов и улуч­шения смачивания ими поверхности в состав красок вводят смачи­вающие вещества: силиконовые масла, акрилатные олигомеры, по­лимеры простых виниловых эфиров, низкомолекулярные пласти­фикаторы, некоторые ПАВ.

Поверхностное натяжение жидких красок определяют общепри­нятыми для текучих жидкостей методами, например по отрыву кап­ли, поднятию жидкости в капилляре, продавливанию воздушного пузырька. В случае расплавов чаще пользуются косвенными метода­ми: по смачиванию пленки жидкостями, набуханию в растворителях, плотности энергии когезии, "нулевой" ползучести и т. д.