Химия и технология лакокрасочных покрытий

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПЛЕНКООБРАЗОВАНИИ

Под Пленкообразованием понимают процесс перехода материала из жидкого или вязкотекучего состояния в твердое на поверхности субстрата с образованием адгезированной пленки.

Пленкообразование значительной части лакокрасочных материа­лов осуществляется в результате физических процессов: испарения растворителей, астабилизации и обезвоживания латексов, охлажде­ния расплавов. Возможно, хотя и менее распространено, формирова­ние покрытий коагуляцией пленкообразователей из растворов. Другая часть материалов, в основном олигомерного и мономерного типа, образует покрытия в результате либо химических процессов поли­меризации, поликонденсации или полиирисоединения, либо одно­временного (а часто последовательного) протекания физических и химических процессов.

Так как эксплуатационно-способными считаются покрытия, в которых пленкообразователь (полимер) находится в кристалличе­ском, стеклообразном или высокоэластическом состоянии, пленко­образование связано с фазовыми или физическими переходами, т. е. с изменением взаимного расположения молекул и термодинамиче­ских свойств вещества.

Независимо от того, какие процессы лежат в основе пленкообра- зования, внешним их проявлением служит постепенное или скачко­образное увеличение вязкости материала. Если исходный материал был жидким, то на определенной стадии процесса он становится вяз­котекучим, потом высокоэластическим и, наконец, приобретает свой­ства твердого стеклообразного тела.

Согласно представлениям С. Н. Журкова стеклование полимеров, как и низкомолекулярных пленкообразователей, определяется соот­ношением энергий взаимодействия и теплового движения звеньев цепей. Последнее резко уменьшается по мере увеличения длины мо­лекулярных цепей и понижения температуры и при определенных значениях молекулярной массы или температуры пленки становится недостаточным для преодоления внутри - и межмолекулярных взаи­модействий. Это приводит к уменьшению интенсивности теплового движения макромолекулярных звеньев, повышению жесткости цепей и соответственно росту вязкости, твердости и прочности материала.

Причиной отверждения олигомерных пленкообразователей могут быть и полимераналогичные реакции в их цепях, например окисле­ние, сульфирование и другие, приводящие к накоплению полярных функциональных групп и в результате к снижению подвижности макромолекул и повышению температуры стеклования полимера.

Стеклование сопровождается скачкообразным изменением удель­ного объема (приближением к минимуму свободного объема) и рез­ким замедлением релаксационных процессов в полимерах. Одно­временно происходит и формирование структуры (в основном не­равновесной), свойственной твердому состоянию вещества.

В случае кристаллических полимеров образование твердой плен­ки связано с фазовым переходом I рода, которому свойственны рез­кое изменение энтропии, энтальпии и удельного объема материала. Термодинамический потенциал системы Є при этом изменяется не­прерывно, а его первые производные по температуре и давлению - скачкообразно.

Кристаллизация предопределяет многообразие форм надмолеку­лярной организации в полимерах, которая зависит не только от со­стояния исходного материала - расплава или раствора, но и в боль­шой мере от условий формирования покрытия. Существенное влия­ние на структурные характеристики покрытий, а также на их строение и состав оказывают растворители, разбавители и другие компоненты лакокрасочного материала. Несмотря на одинаковую направленность процессов, а именно, установление и упрочнение внутри - и межмолекулярных связей в исходном материале, пленко - образование из различных лакокрасочных систем - олигомеров, рас­творов, дисперсий и расплавов полимеров - имеет свои характерные особенности.