Факторы, влияющие на проницаемость
Перенос вещества Р и его сорбционная способность в определяющей степени зависят от природы полимера F, природы сорбата G и степени их химического сродства Н:
(6.27)
Наиболее низкими значениями коэффициентов диффузии и проницаемости обладают покрытия, находящиеся в застеклованном или кристаллическом состоянии. Но различие в проницаемости аморфицированного и высококристаллического образцов может достигать порядка. Покрытия, полученные из эластомеров, имеют более высокие значения D и Р.
Покрытия, полученные из пленкообразователей трехмерного строения, обладают лучшими изолирующими свойствами, чем - из линейного.
Большое влияние на проницаемость покрытий оказывают природа, объемное содержание, размер и форма частиц, степень взаимодействия с пленкообразователем, пигменты и наполнители. Ю. С. Липатовым показано, что отношение проницаемости наполненной Рн и ненаполненной Рn полимерных пленок находится в следующей зависимости от объемного содержания в них наполнителя Ф и полимера Vn
Рн/Рn = Vn(1 + КФ), (6.28)
Где К - коэффициент, учитывающий форму частиц.
Например, коэффициент диффузии воды у масляных покрытий при 30%-м наполнении ТiO2 снижается почти вдвое, эпоксидных - примерно на 5%. Эффект торможения переноса веществ через пленки при пигментировании по-видимому связан с повышением жесткости молекулярных цепей и уменьшением скорости релаксационных процессов.
Проницаемость покрытий увеличивается с повышением температуры и концентрации диффундирующих веществ:
(6.29, 6.30)
Где D0 - коэффициент диффузии при начальной температуре или при концентрации С®0;
ED - кажущаяся энергия активации диффузионного процесса;
- постоянная.
Вода относительно быстро проникает через тонкие покрытия, причем проницаемость свободных пленок значительно выше, чем адгезированных, что объясняется структурной упорядоченностью молекул граничного слоя в результате их ориентации под влиянием силового поля твердой поверхности.
Многими исследователями показано, что для получения покрытий с низкой проницаемостью к воде, газам, электролитам, следует применять кристаллические полимеры (полифторолефины, полиолефины, пентапласт, поливинилхлорид, сополимеры винилхлорида и др.), олигомерные пленкообразователи, превращаемые в нерастворимое трехмерное состояние (эпоксидные, фурановые, фенолоформальдегидные, полиуретановые, полидивинилацетиленовые и др.). Хорошие результаты показало использование смесей полимеров с олигомерами (эпоксидно-фторопластовые, эпоксидно-новолачно-фторопластовые, эпоксидно-фурановые и др.).
При введении в состав лаков на основе химически стойких пленкообразователей инертных наполнителей (графит, технический углерод, оксид хрома, барит) должно уменьшить скорость проникновения агрессивных сред в покрытии на 10-30%. Особенно эффективно применение реакционно-способных наполнителей - веществ, активно взаимодействующих со средой. Например, для снижения скорости проникновения кислот (HCl, HF, HNO3, H2SO4, H3PO4) наилучшие результаты показало использование порошковых металлов (Mg, Zn, Ca), их оксиды, гидроксиды, соли слабых кислот при массовой доле в пленке 0,5-3,0%.Этот эффект диффузионного торможения, по мнению Ю. А. Мулина, связан с образованием внутри пленки новой фазы - нерастворимых продуктов взаимодействия оксидов с кислотами - гидратных комплексов. Из-за их большего объема по сравнению с объемом исходных оксидов создается эффект «заклинивания» и уменьшается дефектность покрытий. Подобный эффект замедления диффузии воды наблюдается при введении в покрытия, например, полиэтиленовых добавок вяжущих веществ (цемент, алебастр) и других веществ, легко реагирующих с водой или поглощающих ее.
Покрытия с низкой проницаемостью необходимы для защиты аппаратуры в химической промышленности, защиты электрооборудования и приборов.
Для некоторых назначений (окрашивание штукатурки, кожи, древесины) от покрытий требуется высокая проницаемость для обеспечения влаго-, воздухообмена, создания благоприятных гигиенических условий в объеме (помещения, обувь, одежда), изолированном от внешней среды этими материалами.
Для получения таких покрытий:
1) увеличивают сродство материала пленки и диффундирующего агента;
2) повышают механическую пористость пленок путем перенаполнения, использования грубых пигментов и наполнителей, ориентированных в силовом поле перпендикулярно поверхности подложки и др.;
3) использование в рецептуре красок ПАВ и других гидрофильных веществ - солей, кислот и т. д.
Используя покрытия разной проницаемости можно решать различные технические задачи, например, обеспечивать дозированную экстракцию веществ (токсинов, лекарственных препаратов и т. д.) из нижележащих слоев и подложки, регулировать индукционный период или скорость химических реакций в подложке, активируемых газами и жидкостями внешней среды и др.
