Образование тонкого лакокрасочного покрытия из жидкого лакокрасочного материала, как правило, происходит за счет:
- физического процесса испарения растворителей (хлоркаучуковые, виниловые, сополимерно-винилхлоридные материалы);
- химической реакции отверждения с использованием сшивающих низкомолекулярных агентов (эпоксидные, полиуретановые);
- химической реакции окисления сопряженных двойных связей связующего кислородом воздуха (алкидные, масляные материалы).
Химические реакции обычно протекают одновременно с физическим процессом испарения растворителей.
Независимо от того, какие процессы лежат в основе пленкообразования, внешним их проявлением служит постепенное или скачкообразное увеличение вязкости материала. Если исходный материал был жидким. То на определенной стадии процесса он становится вязотекучим и, наконец, приобретает свойства твердого стеклообразного тела.
Пленкообразование, при котором отсутствуют химические превращения (пленка формируется лишь за счет физических процессов), предопределяет получение обратимых (термопластичных и растворимых) покрытий. При этом свойства материала пленки во многом соответствуют свойствам исходных пленкообразователей, которыми служат преимущественно полимеры аморфного или кристаллического строения: виниловые, акриловые, полиолефины, полиамиды, полифторолефины, центапласт, эфиры целлюлозы и др.
В зависимости от химической природы пленкообразующего вещества, его растворимости. Термопластичности получают покрытия из растворов, расплавов, водных и органических дисперсий, аэродисперсий (порошковых систем).
Более 90% промышленных лаков и красок содержат растворители. Поэтому пленкообразование из растворов, связанное с удалением из них растворителей, крайне распространено в технологии лакокрасочных покрытий. Растворители удаляются обычно испарением.
С кинетической точки зрения процесс испарения растворителей можно разделить на две стадии:
1. испарение из жидкой пленки, скорость которого пропорциональна разности парциальных давлений насыщенного пара над раствором и в окружающей среде;
2. испарение из сформировавшейся пленки, скорость которого контролируется диффузией растворителя внутри пленки.
Скорость первой стадии возрастает с увеличением температуры и уменьшением относительной влажности воздуха; второй стадии – с увеличением скорости движения воздуха вблизи окрашенной поверхности и повышением температуры.
При формировании покрытий из растворов, как и из любых жидких лакокрасочных материалов, различают два состояния пленок: высыхание “от пыли”, когда пленка утрачивает липкость, и практическое высыхание, когда покрытие приобретает твердость, необходимую для последующей эксплуатации изделий. Время высыхания “от пыли” обычно коррелируется с продолжительностью испарения из пленки примерно 60% растворителей, в то время как растворение лакокрасочного материала по поверхности прекращается уже при испарении 25-30% растворителя. О завершении процесса формирования покрытия обычно судят по их твердости, липкости, электрическим параметрам.
Сформированные в естественных условиях покрытия всегда содержат некоторое количество (0,1-2%) остаточных растворителей, которые нередко сохраняются длительное время, отрицательно сказываясь на свойствах покрытий и ухудшая условия эксплуатации окрашенных помещений. Эти дефекты возникают в случае применения очень летучих растворителей и их можно избежать, применяя менее летучий растворитель.
Пленкообразование, осуществляемое в результате химических превращений, предусматривает химические реакции с мономерами или олигомерами в тонком слое на подложке, в результате которых образуются линейные разветвленные или пространственно-сшитые полимеры. Получаемые покрытия, кА правило, необратимы.
Продолжительность формирования покрытий определяется скоростью протекания химических реакций. А их свойства – степенью завершенности процесса.
Покрытия формируются при положительных температурах, скорость отверждения возрастает с увеличением температуры.
Физико-механические характеристики и химстойкость таких покрытий, как правило, высокая, особенно в случае получения покрытия с трехмерной пространственной структурой.
Химически отверждающиеся лакокрасочные материалы готовят из двух или более компонентов непосредственно перед применением. Также лакокрасочные материалы обычно содержат минимальное количество растворителей, их можно наносить в широком интервале толщин. Из материалов химического отверждения чаще всего применяют эпоксидные и полиуретановые.
В алкидных и масляных лакокрасочных материалах инициатором полимеризации выступает кислород воздуха. Это объясняется особым строением цепи таких мономеров и олигомеров и соответственно высокой активностью сопряженных двойных связей в реакциях радикального присоединения и замещения. Происходит сшивка молекул друг с другом кислородными мостиками, причем верхняя часть пленок всегда более обогащена кислородом, чем нижняя. К моменту завершения формирования покрытия степень использования двойных связей никогда не достигает 100%, поэтому пленка остается реакционноспособной и процесс окислительной полимеризации продолжается и во время эксплуатации покрытия. Именно этим объясняется постепенное увеличение жесткости алкидных и масляных покрытий в процессе эксплуатации. При воздействии солнечных лучей процесс ускоряется за счет инициирования образования свободных радикалов ультрафиолетовым излучением.
Для ускорения процессов отверждения и лакокрасочный материал вводят ускорители генерирования свободных радикалов – сиккативы, а также применяют методы энергетического инициирования, фотохимического, радиационного. Для обеспечения равномерного отверждения покрытия по всей толщине следует избегать нанесения толстых слоев покрытия.
Алкидные и масляные материалы содержат большое количество растворителей. Поэтому при формировании пленки процесс окислительной полимеризации протекает одновременно с процессом физического испарения растворителя.