Химия и технология лакокрасочных покрытий

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОКРЫТИЙ

Механические свойства покрытий во многом связаны с парамет­рами их структуры и условиями получения. Прочность пленок воз­растает с увеличением молекулярной массы полимера, степени кри­
сталличности, числа мостичных связей (в случае пленок трехмерного строения). При изучении покрытий из полиолефинов установлена следующая зависимость между равновесным модулем упругости Е* и степенью кристалличности а:

Еос = АеКа1

Где А и К-Постоянные, А = 33,9; К = 0,044.

С модулем упругости коррелируются твердость покрытий и проч­ность при растяжении.

Закономерным является уменьшение прочности при растяжении и особенно относительного удлинения пленок с ростом надмолеку­лярных структур. Образцы с крупными сферолитами (диаметром ^сф = 300 мкм и более) имеют дефекты в пограничных участках структур и хрупко разрушаются уже при небольших деформациях, не превышающих 5-15 %.

Механическая прочность и способность пленок к деформации изменяются при структурировании: в случае олигомерных пленко - образователей (эпоксидные, мочевино-формальдегидные, полиэфир­ные) они улучшаются по мере роста плотности трехмерной сетки, в случае полимеров типичной является экстремальная зависимость прочности от числа поперечных связей. Деформируемость покрытий при этом падает. Таким образом, применяя в лаках и красках разные структурирующие добавки и изменяя условия отверждения (сушки) покрытий, можно существенно влиять на механические свойства покрытий.

Механические свойства пластифицированных и пигментирован­ных покрытий не однозначно зависят от содержания модифицирую­щего компонента (рис. 4.4). При этом в случае пигментированных пленок немаловажное значение имеют химическая природа, размер и форма частиц пигмента, а также его энергетическое взаимодействие

Рис. 4.4. Типовая зависимость прочности при растяжении ар и относитель­ного удлинения е пленок от содержания пластификатора (я) и пигмента (6)

С пленкообразующим веществом. Чешуйчатые и волокнистые пиг­менты и наполнители, в отличие от наполнителей с изометрической формой частиц, в большей степени усиливают пленкообразователи и нередко способствуют лучшей деформируемости пленок. Эффект усиления резче проявляется у аморфных полимеров, чем у кристал­лических.

Прочность пленок падает при увеличении пористости покрытий. Она не всегда одинакова у пленок разной толщины; определенное влияние оказывает и способ получения покрытия. Прочность адге- зированных и неадгезированных пленок примерно равна. Временная зависимость прочности покрытий выражается уравнением:

Где Айк- постоянные.

Это уравнение является разновидностью уравнения Журкова и применяется для оценки долговечности покрытий в изотермических условиях (рис. 4.5). Точка пересечения прямых на рис. 4.5, называе­мая полюсом, обычно лежит в пределах значений т = 10~12-г-10~13 с.

При прерывистой деформации, когда нагружение образца чере­дуется с отдыхом, время до начала разрушения равно сумме времен отдельных воздействий:

Т = ТХ + Т2+ ... +ТП.

"Самозалечивания" застеклованного образца во время отдыха не происходит. Так как прочность носит временной характер, то она зависит от скорости деформации:

Сгр = я V",

Где V - скорость растяжения; А и П - постоянные.

Скорость приложения нагрузки сказывается и на величине де­формации: чем больше V, Тем меньше 8.

Прочностные и деформационные свойства покрытий сильно за­висят от температуры. С ее повышением наблюдается уменьшение

Модуля упругости, твердости, прочности при растяжении и изгибе и долговечности покры­тий (рис. 4.6); относительное удлинение пленок при разры­ве, напротив, возрастает.

Рис. 4.5. Временная зависимость прочности при растяжении нит - ратцеллюлозных пленок при раз­личных температурах

Рис. 4.6. Типовые температурные зависимости прочности (а) и долговеч­ности (б) напряженных полимерных пленок

Температурная зависимость прочности имеет следующий вид:

^ ^ Мкг

— сг0е >

Где а0 - прочность при исходной температуре.

Прочностные характеристики покрытий не остаются постоян­ными при изменении характера окружающей внешней среды. В ре­зультате адсорбции поверхностью пленки жидких или газообразных продуктов из внешней среды может происходить как понижение ее прочности, вызванное эффектом Ребиндера, так и повышение в ре­зультате залечивания локальных микротрещин. При переходе от га­зообразных сред к жидким, как правило, наблюдается снижение проч­ности и долговечности покрытий, однако в зависимости от материа­ла пленки действие сред проявляется избирательно. Так, по данным А. Н. Тынного, коэффициент К (отношение ар в среде к ар на возду­хе) в воде, ацетоне и бензине для полиэтиленовых пленок составляет соответственно 0,9; 0,8; 0,4; для фторопластовых - 1,1; 0,9; 0,9.