Смачивание увлажненных и погруженных в воду поверхностей
Процесс смачивания в системе жидкость 1, жидкость 2, твердое тело 3 описывается уравнением:
S1,3 - s1,2,3 ³ s2 × cos q1,2 - s3 × cos q1,3 - s2,3 × cos q1,2,3, (5.9)
Т. е. для смачивания жидкостью 1 (лаком или краской) твердого тела необходимо, чтобы ее поверхностное натяжение было меньше, чем у жидкости 2. На практике чаще всего жидкостью 2 является вода (s = 72,7 мДж/м2). Возможны два варианта:
1) вода в ограниченном количестве контактирует с поверхностью (окрашивание влажных и мокрых поверхностей);
2) имеется неограниченное количество воды (окрашивание объектов и сооружений под водой).
В первом варианте окрашивание возможно путем связывания воды или избирательного смачивания поверхности на границе двух антиполярных жидкостей, во втором - путем вытеснения одной жидкости другой. Например, для нанесения на влажные поверхности применяют водоразбавляемые лакокрасочные материалы (вододисперсионные, цементные, силикатные, клеевые и другие краски). В этом случае присутствующая на окрашиваемой поверхности вода входит в состав лакокрасочного материала как растворитель и испаряется или связывается с компонентами краски при формировании покрытия.
Краски, содержащие гидрофобные пленкообразователи, смачивают влажные поверхности лишь тогда, когда разность полярностей краски и поверхности меньше, чем разность полярностей воды и поверхности. Это выполняется в тех случаях, когда при окрашивании предусматривается гидрофобизация твердой поверхности, осуществляемая либо предварительной обработкой мокрой поверхности раствором гидрофобизатора, либо введением гидрофобизирующих веществ в состав лакокрасочных материалов.
Гидрофобизаторы - катионоактивные ПАВ: хлориды стеариламидометилпиридиния, алкилбензилдиметиламмония, алифатических аминов и др. Их содержание в красках составляет 0,1-0,5%.
Окрашивание возможно и с помощью связывания воды компонентами краски или ее эмульгирования. Для чего в состав красок вводят соответственно в первом случае - водопоглощающие вещества (цемент, неблокированные или частично блокированные изоцианаты, отверждаемые водой полиуретаны), и во втором - ионогенные ПАВ (олеат триэтаноламина, мыла жирных кислот и др.)
Смачивание поверхности под водой - наиболее сложный случай поверхностного взаимодействия. Большинство красок, хорошо смачивающих поверхности на воздухе, не наносятся под слоем воды. Для них краевой угол смачивания в воде металлов, стекол, керамики превышает 90°.
Способность краски вытеснять воду и смачивать гидрофильные поверхности во многом определяется энергией взаимодействия пленкообразователя или других составных компонентов краски с водой. Водовытеснение происходит лишь в том случае, если эта энергия будет соизмерима с энергией взаимодействия молекул воды (краска при этом не должна растворяться в воде). Энергия связи функциональных групп с водой возрастает в ряду:
< < < <
< < < <
< < < .
Применяя в качестве пленкообразователей или модификаторов красок соединения, способные образовывать водородные связи с водой (полиуретаны, полиамиды, ненасыщенные полиэфиры, некоторые амины и др.), можно получить значения краевого угла q £30°, при этом краски приобретают способность наноситься под водой.
Схема взаимодействия жидкого пленкообразователя (полиамида) с твердой поверхностью (металл) в воде представлена ниже:
Согласно схеме, формирование жидкой пленки происходит с участием мономолекулярного слоя воды, который прочно связан как с подложкой, так и с полярными группами пленкообразователя.
С повышением температуры смачивание улучшается; наилучшее вытеснение воды с поверхности достигается при оптимальной вязкости пленкообразователя (порядка 0,3 Па×с).
Следует отметить, что соленость воды не оказывает существенного влияния на нанесение красок. Краски для подводного нанесения должна обладать плотностью, превышающей плотность воды, и быть способными отверждаться в водной среде. Наиболее применимы для нанесения под водой краски на основе олигомерных пленкообразователей, не содержащие растворителей.
Для нанесения по влажным поверхностям применяют эпоксидную (ЭПК-16) и эпоксидно-лаковую (ЭПК-20 и ЭПК-33) краски с модификатором алкилбензилдиметиламмоний хлоридом. Они применяются для защиты нефтепромысловых и портовых сооружений и других объектов. Для окрашивания мокрых бетонных и оштукатуренных поверхностей используют виниловые (ХС-068, ХС-510, ХС-710) лакокрасочные материалы с модификатором ДГУ (5-10%) и эпоксидные составы (ЭП-525; ЭП-0010) с отвердителем-модификатором И-6М и ускорителем отверждения УП-606/2, а также поливинилацетатную грунтовку Э-ВА-0151.
Окрашивать объекты и сооружения под водой (суда, опоры мостов, сваи нефтяных вышек, шлюзы и др.) можно эмалью Б-ЭП-5188. Ее наносят специальным аппаратом (принцип выдавливания) на предварительно очищенную поверхность; отверждается эмаль под водой быстрее, чем на воздухе (18 ч против 24 ч). Для грунтования и заделки дефектов поверхности используют специально разработанные для подводного склеивания клеи «Стык» и «Спрут-МП».
