Химия и технология лакокрасочных покрытий

РАЗРУШЕНИЕ ПОКРЫТИЙ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ХИМИЧЕСКИХ АГЕНТОВ

В процессе эксплуатации покрытия могут испытывать воздейст­вие различных химических агентов: кислорода воздуха и других га­зов, воды, водных растворов кислот, щелочей, солей, растворителей, жидкого топлива, нефтепродуктов, пищевых продуктов и т. д. Воз­действие может быть индивидуальным и комплексным, с участием одной или многих разнообразных сред. Если сопротивление мате­риала пленки протеканию химических и физических процессов ока­жется недостаточным, произойдет ее разрушение. Последнее обычно начинается с обратимых физических процессов, которые перераста­ют в необратимые химические. Так, пролитая на полированном столе вода может вызвать побеление пленки лака. При быстром удалении воды побеление (результат набухания полимера) может исчезнуть, если же вода действует длительно, она может вызвать необратимый процесс гидролиза пленкообразователя и побеление не исчезнет, не­смотря на полное удаление воды. Независимо от характера процес­сов начальным этапом химического разрушения покрытия являются диффузия и сорбция агрессивных агентов.

Растворимость газов в полимерах при нормальной температуре низка, она обычно не превышает 0,2 %. Растворимость водяного пара колеблется в широких пределах: от нуля - для фторопластов до сотен процентов, например, для поливинилового спирта. Сорбция органи­ческих растворителей относительно высока для всех полимеров.

Химическое поведение покрытий определяется природой поли­мера и других компонентов пленки. Стойкость к гидролизу полиме­ров с функциональными группами в звене возрастает в следующем порядке (В. В. Коршак):

—О

Отсутствие функциональных групп создает благоприятные ус­ловия для стойкости пленок - гидролитической, окислительной и др. На химической стойкости полимерных пленок сказываются и струк­турные факторы. Практика показывает, что независимо от характера среды наибольшей химической стойкостью обладают покрытия на основе кристаллических и пространственно-сшитых аморфных по­лимеров.

Пигменты могут увеличивать и уменьшать химическую стой­кость покрытий. Положительный эффект достигается при примене­нии инертных пигментов и наполнителей - диоксида титана, оксида хрома, технического углерода, графита, микроасбеста, барита и др. Пластификаторы, особенно низкомолекулярные, понижают химиче­скую стойкость пленок. Разрушение покрытий в химически актив­ных средах резко ускоряется с повышением температуры. Многие покрытия, считающиеся водостойкими при комнатной температуре, в кипящей воде быстро разрушаются. Наиболее часто встречающий­ся вид химического разрушения покрытий - окислительная деструк­ция. Особенно эффективно она протекает в атмосферных условиях, этому способствует воздействие солнечного излучения.

Окисление полимеров - цепной процесс, проходящий по ради­кальному механизму обычно с автоускорением. Оно включает сле­дующие акты:

Инициирование - образование радикалов; развитие кинетических цепей:

Я - + о2 шо,

ЇЮО + ЯН ІЮОН + Я*;

Вырождение разветвленных цепей:

ЯООН + ЯН ко - + и - + н2о,

2ІІООН —► РЮО- + ко - + Н20;

Обрыв цепей - взаимодействие радикалов между собой с образо­ванием нерадикальных продуктов.

Процесс ускоряется в присутствии металлов переменной валент­ности. Так, окислительной деструкции (старению) масляных покры­тий способствуют сиккативы, а также оксид цинка, вводимый в каче­стве пигмента.

Обеспечение сохранности покрытий достигается разными путя­ми. Материал покрытия необходимо выбирать с учетом характера воздействующей среды. Наиболее устойчивы к окислительной дест­рукции насыщенные полимеры линейного и трехмерного строения: полифторолефины, хлорсульфированный полиэтилен, полиэфиры, полиакрилаты и полиметакрилаты, полиорганосилоксаны, мочевино - и меламиноформальдегидные пленкообразователи. Напротив, быст­ро стареют (окисляются) ненасыщенные каучуки, полимеры диви - нилацетилена, битумы, полиолефины. Их применение, особенно в атмосферных условиях, возможно лишь при соответствующей ста­билизации (введении антиоксидантов).

В растворах кислот наибольшую стойкость проявляют покрытия на основе полифторолефинов, пентапласта, полиолефинов, полиме­ров и сополимеров винилхлорида, фуриловых, фенолоформальде - гидных, эпоксидно-фторопластовых пленкообразователей. Для за­щиты от действия щелочей используются эпоксидные, эпоксидно­фторопластовые покрытия, а также покрытия на основе виниловых пленкообразователей и хлорированного каучука.

Воздействию горячей воды и водяного пара лучше всего проти­востоят покрытия, получаемые из фенолоформальдегидных (эмаль ФЛ-61), фуриловых (лак Ф-10), эпоксидно-фторопластовых (лак ФЭН) пленкообразователей и пентапласта.

При контакте с нефтепродуктами (бензин, смазочные масла, жид­кое топливо) оправдало себя применение многих полярных пленко­образователей, в том числе эпоксидных, феноло-, мочевино - и мела - миноформальдегидных, кремнийорганических, алкидно-стирольных, полиуретановых, а также нитрата целлюлозы, ацеталей поливинило­вого спирта и др. В органических растворителях стойкими являются лишь немногие покрытия, а именно: полиуретановые, фуриловые и эпоксидно-фуриловые, фенолоформальдегидные (из эмали ФЛ-787), полиамидные, фторопластовые.

Особенно высокая химическая стойкость требуется от покрытий, если на них при эксплуатации воздействуют противоположные по знаку полярности жидкости или составы с разными значениями pH, например жидкое топливо и вода (покрытие внутренней поверхно­сти танкеров), кислоты и щелочи (защита химических аппаратов) и т. д. В этом случае эффективны только пленкообразователи кристал­лического или трехмерного строения. В частности, ОАО НПФ "Пиг­мент” рекомендует для таких случаев алкилуретановую "Акропласт" и фторсодержащую "Винифтор" эмали.

Следует иметь в виду, что долговременная химическая защита достигается только при применении многослойных систем покры­тий, каждый слой которых должен отвечать требованиям по экс­плуатации в данной среде.

Стойкость покрытий к статическому воздействию жидкостей оценивают по ГОСТ 9.403 или 1БО 2812.