ФормированиеЛКП 1-2

1.

Лекция 1
Технология формирования лакокрасочных покрытий
Получение лакокрасочного покрытия
Подготовка
поверхности
Нанесение ЛКМ
Сушка
Приоритет – нанесение равномерного покрытия необходимой толщины при минимальных
потерях лакокрасочного материала прочно сцепленного с подложкой.

2.

АДГЕЗИЯ
Адгезия ЛКП, определенная методом
нормального отрыва ГОСТ 32299-2013
а)
б)
Адгезия ЛКП, определенная методом решетчатого
надреза ГОСТ 31149
Микрорельеф поверхности ПКМ а) до обработки б) после обработки

3.

Пленкообразование ЛКМ
Физические процессы
Химические процессы
•испарение растворителей
•полимеризация
•стабилизация и обезвоживание
•поликонденсация или
латексов
полиприсоединение
•охлаждение расплава
•полимер-аналогичные реакции в
•коагуляция из растворов
полимерных цепях
•окисление, сульфирование и другие
Факторы определяющие характеристики ЛКП
состояние исходного ЛКМ (раствор, латекс или расплав (для порошковых ЛКМ)
условия формирования покрытия (температура, время, давление и т. п.)
тип подложки (высоко- или низкоэнергетическая)
вид применяемого растворителя, наличие разбавителя
наличие пигментов и наполнителей

4.

Исходные полимеры и олигомеры могут быть в виде:
•растворов;
• расплавов;
• водных дисперсий;
•органических дисперсий;
• порошковых систем.
Формирование ЛКП из растворов
С кинетической точки зрения процесс
растворителей разделяют на две стадии:
испарения
I ̶ испарение из жидкой пленки, контролируемое
поверхностными явлениями
II ̶ испарение из сформировавшейся твердой
пленки,
определяемое
диффузионными
процессами в полимерном покрытии
Кинетика испарения растворителей G и
изменения объема V лакокрасочного
материала при пленкообразовании

5.

Испарение растворителей сопровождается изменением многих параметров системы:
уменьшается объем ЛКП в основном за счет толщины покрытия;
увеличивается поверхностное натяжение покрытия;
повышается температура стеклования материала ЛКП;
понижается температура пленки вследствие затраты теплоты на испарение растворителя.
Механизм поверхностного структурообразования заключается в том, что при улетучивании
растворителей вследствие неодинаковой концентрации растворителя в поверхностном с2 и глубинном
с1 слоях создается градиент поверхностного натяжения σ по толщине пленки:
2 1
Наличие градиента ∆σ вызывает образование турбулентных потоков в жидком ЛКМ, которые и создают
соответствующий рельеф поверхности ЛКП. При достижении высокой вязкости ЛКМ η2 в поверхностном слое
этот рельеф фиксируется на поверхности ЛКП в виде соответствующего рисунка.

6.

Разумно подбирать смеси растворителей, скорость испарения которых постоянна во времени. Т.е., в
первоначальный момент времени активно испаряется легколетучий растворитель, обеспечивая
поверхностное отверждение ЛКП, а далее испаряются более тяжелые растворители, обеспечивая
постепенное нарастание вязкости системы.
Использование термодинамически несовместимого
растворителя или смеси растворителей приводит к
растрескиванию ЛКП. Это часто встречающийся дефект
особенно при использовании двух или многослойных
ЛКП.
Кратеры
- обычно возникают при применении
недостаточно хороших в термодинамическом отношении
растворителей с высоким давлением паров и низким
поверхностным натяжением.

7.

Формирование покрытий из дисперсий и эмульсий полимеров и
олигомеров
Пленкообразование из жидких дисперсий полимеров является процессом ликвидации межфазной
границы полимер ̶ среда на поверхности подложки при одновременном удалении дисперсионной
среды, которое сопровождается уменьшением ∆G (∆G →0).
I образования промежуточного геля, который характеризуется
сближением частиц и усилением взаимодействия между ними.
I I синерезис или сжатие промежуточного геля. При этом
происходит дальнейшее удаление воды из пленки и разрушение
имеющихся на поверхности глобул пленкообразователя
адсорбционно-гидратных оболочек.
I I I ликвидация межфазной границы при слиянии глобул,
так называемые аутогезионные процессы. При этом ПАВ,
содержащиеся на поверхности глобул пленкообразователя,
либо растворяются в полимере, либо вытесняются из
межглобулярного пространства, образуя самостоятельную
локализованную фазу.
Потеря массы воды G, изменение объема V и
поверхностной энергии ∆G латексной
системы при пленкообразовании

8.

У каждой дисперсии есть минимальная температура пленкообразования (МТП), ниже которой из
дисперсии не образуется пленка. МТП водных дисперсий лежит вблизи температуры стеклования
полимера, так как коалесцирующая способность латекса прямо связана с сегментальной
подвижностью полимера.

9.

Формирование покрытий из порошковых ЛКМ
Порошковые лакокрасочные материалы представляют собой двухфазные дисперсные
системы, в которых дисперсной фазой выступают частицы пленкообразователя, пигментов и других
нелетучих компонентов, а дисперсионной средой ̶ воздух. Объемное содержание воздуха в разных
типах красок составляет 40 ̶ 90%. Присутствие воздуха в качестве разделяющей частицы среды
обусловливает высокое межфазное натяжение, составляющее 20 ̶ 50 мДж/м2, что в несколько раз
больше, чем у дисперсий в жидких средах. Поэтому одним из определяющих процессов при
пленкообразовании является вытеснение из межчастичного пространства воздуха и других газов с
последующим слиянием частиц полимера.
Формирование покрытий из термопластичных красок связано с протеканием следующих
процессов на поверхности субстрата:
• переход порошкового материала в капельно-жидкое состояние при расплавлении под действием
температуры;
• слияние капель с получением сплошного покрытия;
• отверждение, связанное с переходом полимера из расплава в твердое состояние при
охлаждении.
Для каждого типа применяемого полимера известны значения минимальной температуры
пленкообразования Тпо, которая может быть также определена экспериментально или расчетным
путем по уравнению вязкости.

10.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЛАКОКРАСОЧНЫХ
ТВЕРДОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ
МАТЕРИАЛОВ
С
Адгезия лакокрасочных покрытий - это явление, заключающееся в установлении связи (или, как говорят,
прилипании) между двух приведенных в контакт поверхностей различных по своей природе материалов (ЛКМ
(ЛКП) и подложкой), на которую они нанесены.
Об адгезии невозможно судить, без разрушения ЛКП, поэтому обычно принимают, что фактически адгезия –
это работа, которую необходимо затратить на разрушение адгезионной связи (адгезионная прочность или
работа адгезии).
Работа адгезии (Wа) выражается (в Н/м2 )уравнением:
где W средняя энергия единицы адгезионной связи;
N - число связей, приходящееся на единицу поверхности адгезионного контакта.
N определяется площадью фактического контакта между подложкой и плёнкообразователем, которая
зависит от многих показателей: энергетических характеристик подложки, шероховатости и частоты
поверхности подложки; полярности пленкообразователя; условий формирования адгезионного соединения –
температуры, времени, давления, нетеплового энергетического воздействия и .т.п.
Работа сил адгезии противоположена когезии, которая характеризует прочность тела и его способность
противостоять внешнему воздействию. Когезия вынуждает жидкий ЛКМ формировать капли, с формой,
определяемой поверхностным натяжением, а адгезия способствует смачиванию и прикреплению к поверхности
подложки. Можно сказать, что адгезия отражает закон сохранения энергии на границе раздела фаз.

11.

ТЕОРИИ АДГЕЗИИ
Так как адгезия представляет собой крайне сложное явление, нет единой теории, а существует множество
теорий, трактующих это явление с разных точек зрения. Причем многие теории описывают конкретный случай
адгезии между определенными субстратами и адгезивами.
Большинство теорий адгезии можно объединить в 6 основных:
• Адсорбционная теория
•Механическая теория
•Химическая теория или хемосорбционная теория
•Диффузионная теория
•Электрическая (электростатическая) теория
•Теория слабых граничных слоев

12.

Адсорбционная теория
Эта теория является наиболее распространенной и рассматривает адгезию как результат проявления сил
молекулярного взаимодействия между контактирующими молекулами адгезива и субстрата, т.е. как
физическую адсорбцию.
Теория предложена в 1939г Н. Дебройном и развита А. Д. Мак-Лареном, Б. В. Дерягиным, А. А. Берлиным и
В. Е. Басиным.
Адгезионное взаимодействие А является функцией действия молекулярных сил.