Характеристика и классификация лакокрасочных покрытий
Покрытия формируются из различных по химической природе лакокрасочных материалов, основу которых составляют полимерные пленки (пленкообразователь), пигменты, включающие наполнители, модифицирующие добавки и другие ингредиенты.
Пленка - это состояние вещества в виде сплошного тонкого слоя. Пленки могут быть свободными или адгезированными.
Лакокрасочные покрытия (ЛКП)- пленки, связанные с твердой поверхностью (субстратом) адгезионными силами, причем эта связь создается в процессе формирования пленки толщиной 10-300 мкм из жидких или порошковых лаков и красок, удельная поверхность которых составляет 10-1000 см2/см3.
Лакокрасочные покрытия имеют две поверхности контакта: одну с внешней средой (газообразной или жидкой), другую - с твердым телом (подложкой). В покрытиях, полученных из растворов или расплавов пленкообразователей, можно выделить три слоя с непрерывными границами:
1) верхний («воздушный»);
2) промежуточный (средний);
3) нижний (адгезионный или «зеркальный»).
Верхний слой, соприкасающийся с воздухом при формировании пленки, подвержен его влиянию в наибольшей степени: степень окислительной деструкции и часто другие виды химических превращений с участием кислорода и влаги воздуха наиболее значительны в нем, поскольку проникновение кислорода и влаги в средний и нижний (адгезионный) слой (беспористые подложки) существенно замедляется.
Часто подложка влияет на протекание как химических реакций при формировании покрытий, катализируя или ингибируя их, что особенно проявляется при высоких температурах, так и на физические процессы в адгезионном слое: усадку, стеклование, ориентационные эффекты и др., сказываясь на структуре пленок. В адгезионном слое макромолекулы пленкообразователя подвергаются плоскостной ориентации и формируется менее совершенная структура, чем в массе пленки. По мере удаления от подложки степень ориентации и анизотропия пленок падают, а степень надмолекулярной ориентации полимера возрастает. Структурная неоднородность особенно существенна у покрытий, полученных из кристаллических полимеров. Это объясняется тем, что из-за большого количества центров кристаллизации и малой подвижности макромолекул полимера, обусловленной фиксирующим действием твердой поверхности, возникают затруднения при кристаллизации в адгезионном слое, чего не происходит в промежуточном и верхних слоях: в них степень кристалличности выше, чем в адгезионном слое.
Подобная корреляция наблюдается и для сферолитной кристаллизации: на среднюю часть пленки приходятся максимальные по объему сферолиты. По мере приближения к подложке и в верхний (воздушный) слой они вырождаются или приобретают иные морфологические формы.
Структурные особенности отдельных слоев сказываются на их свойствах. Например, нижний слой пленок, формируемых из растворов аморфных полимеров, обладает повышенной сорбционной способностью и, обычно, более низкой твердостью, чем промежуточные слои. Часто наблюдается его меньшая плотность, но более высокая температура стеклования, чем в объеме, обусловленная ограниченной подвижностью макромолекул пленкообразователя.
Большинство покрытий - это многокомпонентные системы и неоднородность по толщине (не редко в объеме) может появляться в результате микро - и макрорасслоения пленкообразователей, выпотевания или кристаллизации пластификаторов, всплывания или оседания пигментов при пленкообразовании, избирательной адсорбции компонентов на поверхности подложки.
Образование послойно-неоднородной структуры покрытий может быть обусловлено и самой рецептурой лакокрасочного материала, в частности при использовании смесей взаимонесовместимых пленкообразователей.
Следует отметить, что неоднородность состава, структуры, анизотропию свойств, характерные для лакокрасочных покрытий, не всегда нужно рассматривать, как только отрицательные явления. В этом может быть и положительная сторона, особенно при формировании многослойных покрытий.
Процесс получения покрытий на подложке сопровождается усадкой, что при отсутствии полной релаксации, обуславливает возникновение остаточных напряжений (тонкий слой акварельной краски на бумаге при высыхании закручивает ее на себя), то есть большинство лакокрасочных покрытий, особенно на основе жесткоцепных аморфных или кристаллических полимеров - это напряженные системы. Даже самые тонкие лакокрасочные покрытия отличаются от жидкостных или газовых адсорбционных слоев тем, что последние существуют только при наличии поверхности адсорбента, в то время как лакокрасочные пленки в результате определенной когезионной прочности могут сохраняться и вне ее.
Все эти особенности покрытий необходимо учитывать при их получении и эксплуатации.
Классификация лакокрасочных покрытий осуществляется по химическому и эксплуатационному признакам. Так, в основе химической классификации заложена природа пленкообразователя, из которого изготовлено покрытие (эпоксидные, полиакрилатные, алкидные и т. д.). Классификация покрытий по эксплуатационному признаку (по назначению) не дает представления о природе материала пленки, но для потребителей она важна, так как ориентирует на области практического применения того или иного покрытия (например, атмосферо-, термо-, свето-, химически стойкие и т. д.).
Существует и структурная классификация А. Я. Дринберга, согласно которой все лакокрасочные покрытия подразделяются на 2 группы: превращаемые и непревращаемые в трехмерное состояние. Хотя она и менее распространена, по ней можно судить о механизме формирования покрытий (получены ли они в результате химических превращений или без них), а также о некоторых свойствах этих покрытий (растворимость, термопластичность и др.).
По строению лакокрасочные покрытия классифицируют на одно - и многослойные; последние - на однородные и разнородные. Для многослойных разнородных покрытий принято соответствующее название слоев. Первый, контактирующий с подложкой - грунтовочный или грунт, затем следуют промежуточные слои и верхнее покрытие.
Различают также комбинированные покрытия. Их изготовляют сочетанием лакокрасочных покрытий с другими видами - металлическими, термодиффузионными, фосфатными, оксидными и др.
