Химия и технология лакокрасочных покрытий

ПОКРЫТИЯ ЦЕЛЕВОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Противообледенительные покрытия. К ним относятся покры­тия с низкой адгезией ко льду или низкой температурой льдообразо­вания. Последний вариант покрытий возможен при применении кра­сок с наполнителями - антифризами. Краски подбирают таким об­разом, чтобы пленкообразователь, будучи нерастворимым в воде, не препятствовал диффузионному обмену антифризов (в основном, хло­риды одно - и двухвалентных металлов) и воды. Концентрация анти­фризов берется предельно высокой. В зависимости от типа антифри­за и степени его капсуляции пленкообразователем температура обра­зования льда понижается на десятки градусов.

Покрытия с низкой адгезией ко льду получают с применением пленкообразователей, обладающих низкой поверхностной энергией. Они не препятствуют льдообразованию, однако, вследствие низких значений критического поверхностного натяжения, не смачиваются или плохо смачиваются водой и поэтому слабо адгезируют со льдом.

Имеется два варианта получения таких покрытий, основанных на едином принципе: 1) применение лакокрасочных материалов на пленкообразователях, обладающих низкой поверхностной энергией, и 2) гидрофобизация обычных (не водоотталкивающих) покрытий.

Прочность сцепления льда с покрытием является функцией поверхностной энергии и соответственно критического поверх­ностного натяжения материала пленки (рис. 4.16). Наиболее низкие

800 г ^ Рис. 4.16. Зависимость адгезионной проч­

Ности льда от критического поверхност­ного натяжения материала пленки

Значения поверхностной энергии (ме­нее 30 мДж/м ) имеют фторуглерод - ные полимеры, кремнийорганические полимеры и олигомеры, гюлиолефины (полиэтилен, полипропилен, парафин) (табл. 4.2).

При использовании этих и подоб­ных им пленкообразователей образу­ются покрытия, не смачиваемые или плохо смачиваемые водой (краевой угол смачивания 0 равен 80-95°) и обладающие низким сцеплением со льдом.

Значительные возможности для получения водоотталкивающих покрытий дает принцип использования расслаивающихся компози­ций растворного или эмульсионного типа, когда при формировании покрытий система в результате несовместимости компонентов или кристаллизации одного из них разделяется послойно. Верхний слой обязательно должен содержать низкоэнергетическую составляющую покрытия. Такие покрытия с 0 более 100° образуют, в частности, эпок­сидно-фторопластовые лаки и эмали, водоразбавляемые композиции

С наполнителем порошком фторопластов, наносимые способом элек­троосаждения. Гидрофобизацию покрытий могут вызвать и другие специально подобранные компоненты лакокрасочных составов - от - вердители, пигменты (в первую очередь, органические), пластифика­торы.

Другой эффективный способ получения несмачиваемых водой по­крытий - их поверхностная гидрофобизация. Наибольшее распростра­нение из гидрофобизаторов получили кремнийорганические жидкости (ГКЖ-94, АМГ-9, ВМС-1000), мыла поливалентных металлов, перфто - рированные жидкости. Ими обрабатывают поверхности покрытия, применяя гидрофобизаторы в жидком или парообразном состоянии.

При поверхностной обработке полиалкилсиланами покрытий, со­держащих гидроксильные группы, протекает следующая реакция, приводящая к понижению их гидрофильности:

TOC o "1-5" h z Я И И

I I I

И—Б1СЬ И—51С12 К-^СЬ, —51—0—51—0—51—

III

ОН ОН ОН ООО

I I I +н2о I I I

_ттр|

Покрытие Покрытие

Возможно взаимодействие и по другим группам. Краевой угол смачивания покрытий водой резко возрастает: при использовании кремнийорганических гидрофобизаторов он достигает 88-106°, пер­форированных - 150-155°.

Разработана технология получения гидрофобных покрытий с низ­кой (10-30 кПа) адгезией ко льду на основе эпоксидных и виниловых пленкообразователей (эмали ЭП-439П, ЭП-437, ХС-527, ХС-1168) ор­ганосиликатных покрытий - ОС-56-22 и др. Адгезия льда к покры­тию из ОС-56-22 составляет 40-70 кПа, тогда как адгезия к металли­ческой поверхности достигает 1,0-1,2 МПа.

11ротивообледенительные покрытия находят применение при за­щите судов, самолетов, строительных конструкций (фундаменты, сваи), при эксплуатации морозильного оборудования. Вследствие малой адгезии и пониженной прочности эффективность скалывания льда на обледеневших судах с такими покрытиями возрастает в 1,5-2,5 раза. Уменьшение смерзания строительных конструкций с грунтом (удельное сопротивление на сдвиг бетона и стали при использовании таких покрытий снижается в 1,5-2 раза) приводит к устранению их вспучивания под действием возникающих касательных напряжений.

Антиадгезионные покрытия повышенной термостойкости, Из­вестные под названием "антипригарные", получили особенно широ­кое применение в пищевой промышленности и кондитерском про­изводстве, при выпечке хлеба, хлебобулочных изделий, при разделке теста, а также при изготовлении предметов домашнего обихода (ско­вороды, кастрюли, формы для выпечки хлеба и др.).

Главные требования к таким покрытиям:

1) высокая и стабильная адгезия к субстратам (в основном, к ме­таллам);

2) низкое сцепление с изготовляемыми пищевыми продуктами;

3) термическая устойчивость (в пределах температур до 260 °С и нередко выше).

Кроме того, они должны удовлетворять санитарным нормам по токсикологии и безопасности.

Для получения таких покрытий нашли применение в основном составы на основе фторсодержащих и кремнийорганических мате­риалов и силоксановых каучуков. Используют как жидкие материа­лы растворного и дисперсионного типа, так и порошковые, непиг - ментированные и пигментированные с применением термостойких пигментов и наполнителей.

Высокая и стабильная адгезия к металлам достигается тщатель­ной подготовкой поверхности - дробеструйной очисткой и после­дующей гидрофобизацией силанами, аминосиланами, фторирован­ными или титанорганическими соединениями. После нанесения ла­кокрасочных материалов покрытия формируют или отверждают при нагревании, в основном в присутствии соответствующих отвердите - лей и катализаторов.

В зависимости от вида изготовляемой пищевой продукции при­меняют разные антипригарные составы. При защите металлических форм, предназначенных для выпечки хлеба, зарекомендовали себя составы на основе силоксановых каучуков (СКТН-1, СКТН-А), крем - нийорганические лаки (КО-919, К0-08), компаунд КЛТ. Металличе­ские листы и противни для выпечки хлебобулочных и других изде­лий, не требующих очень высоких температур нагрева, покрывают порошковыми составами на основе фторопластов (Ф-32Л, Ф-42Л), а также эпоксидно-фторлоновыми лаками. Изготовление покрытий на внутренней стороне сковородок для прожаривания пищевых про­дуктов требует применения специальных фторсополимеров - более термостойких и химически устойчивых. Новыми материалами для получения антипригарных покрытий являются кремнийорганиче - ские составы "Пента-133" и "Силапен".

Длительность эксплуатации покрытий во многом зависит от ка­чества подготовки поверхности металла, степени гидрофобности и термостабильности материала пленки. Нередко она достигает по - лугода непрерывного использования формы, после чего требуется восполнение покрытия. Применение антипригарных покрытий по­зволяет экономить пищевые масла (смазку), делает производство хлебобулочных изделий более производительным, удобным и эко­номичным.

Съемные покрытия. Съемные, или низкоадгезионные, покрытия применяют для временной защиты от загрязнения, механических и других повреждений металлических и пластмассовых изделий на период консервации, хранения, транспортировки и монтажа. Важная область применения таких покрытий - защита мест, не подлежащих химической обработке (травлению, химическому фрезерованию), а также нанесению гальванических и лакокрасочных покрытий. Съем­ные покрытия наносят как непосредственно на подложку, так и по­верх готовых лакокрасочных покрытий. Главное требование к таким покрытиям - способность независимо от срока хранения легко уда­ляться (сдираться) с поверхности изделия, не оставляя на ней каких - либо дефектов. Наиболее жесткие требования предъявляются к съем­ным покрытиям, предназначенным для предохранения лакокрасочных покрытий на лицевых поверхностях приборов и машин. После их удаления поверхность должна выглядеть как только что окрашенная.

Съемные покрытия получают из растворов, дисперсий и распла­вов пленкообразователей. Для их изготовления применяют полимер­ные пленкообразователи, плохо адгезирующие к различным субстра­там: растворимые и плавкие фторопласты, перхлорвинил, сополиме­ры винилхлорида, полистирол, этицеллюлозу, сополимеры этилена с пропиленом, атактический полипропилен, синтетические каучуки (полихлоропреновый, полиакрилонитрильный, бутадиенстирольный) и др. Одновременно в состав композиций вводят антиадгезивы - пластификаторы, воски, парафин, минеральные и силиконовые мас­ла, амиды жирных кислот и др. Компонентами покрытий, наноси­мых на поверхность металлов, также служат ингибиторы коррозии, например Акор-1 (нитрованное минеральное масло), МСДА-11 (соль дициклогексил-амина и жирных кислот), хромат гуанидина. Съем­ные покрытия наносят толстыми слоями от 100 до 800 мкм. Их уда­ляют с поверхности механическим путем. Большинство покрытий (кроме латексных) обратимо и может повторно перерабатываться после снятия с поверхности в исходные лакокрасочные материалы.

Разработана и выпускается серия лакокрасочных материалов, об­разующих съемные покрытия: на виниловых полимерах и сополиме­рах (лаки ХС-567 и ХС-596, эмаль ХВ-114, состав ХВ-036), на фторсо - полимерах и эфирах целлюлозы (составы ФГ1-5, ФП-6, ЗИПУ, АБЦУ, АЦЗК), воднодисперсионные составы "Карболатс", "Нитролатс" и др.

Их применяют избирательно но черным и цветным металлам, пла­стмассе (гетинакс), резине или наносят поверх лакокрасочных по­крытий. Составы ИС-КЧ-51 и ИС-ВА зарекомендовали себя при за­щите мест, не подлежащих окрашиванию.

При комнатной температуре низкая адгезионная прочность по­крытий сохраняется в течение нескольких лет.

Применяя разнородные некоалесцирующие материалы, можно получать многослойные послойно разделяемые покрытия. Это дос­тигается, например, путем чередования слоев эпоксидного (эмаль ЭП-574) или перхлорвинилового (эмаль ХВ-124) лакокрасочного материала и фторопластового лака (Ф-32л, Ф-42л). Один из приемов получения съемных покрытий заключается в их нанесении на про­межуточный слой низкоплавких не совмещающихся с полимером веществ. При нагревании покрытия вещество плавится, образуя на межфазной границе слой жидкости, при этом покрытие легко отде­ляется от подложки. Роль промежуточного слоя могут выполнять, например, парафин, а также органические и неорганические кри­сталлические вещества.

Применение съемных и послойно разделяемых покрытий - про­стой способ обновления окраски и дезактивации поверхности от ра­диоактивных и химических загрязнений.