Исследование влияния полярности пленкообразователей на адгезионные свойства покрытий и смачивающую способность

Взаимосвязь смачивающей и адгезионной способности лакокрасочных материалов с их полярностью

Адгезионная прочность относится к числу наиболее ответственных эксплуатационных показателей покрытий, поскольку адгезионный фактор вносит заметный вклад в обеспечение длительного защитного

действия.

В процессе пленкообразования из раствора или расплава в результате физической сорбции и хемосорбции макромолекул на активных центрах поверхности подложки формируется меж фазная граница пленка - металл. При этом по сравнению с объемом пленки возникает некоторое дополнительное число полярных групп (ионных, ковалентных и более слабых дипольных связей), повышающих интегральную полярность покрытия. Значительное увеличение адгезии к металлу при окислении полиэтиленовых покрытий обусловлено дипольионным взаимодействием образующихся карбонильных и гидроксильных групп полимера с ионами оксида металла. Вместе с тем граничные слои полимера или переходная композиционная зона могут отличаться от основного объема концентрацией отдельных компонентов системы или примесей и, следовательно, типом диполей, их удельной концентрацией и взаимным расположением. Поскольку толщина (протяженность) переходной зоны способна достигать нескольких микрометров, ее вклад в полярность пленки может быть существенен. Изменение полярности пленки за счет адгезионных взаимодействий и структурообразования в переходной зоне зависит от природы и функционального состава как пленкообразователя, так и поверхности металла, способа подготовки поверхности и условий формирования.

Роль полярных групп в адгезионном взаимодействии тем существенней, чем выше электронодонорные свойства этих групп.

На адгезию пленкообразователей влияет не только полярность, но и гибкость макромолекул: от полярности зависит уровень межфазного взаимодействия, а от гибкости - диффузионная способность сегментов цепей и характер их расположения на поверхности подложки. Однако для каждой полимерной системы существует оптимум концентрации полярных групп, выше которого диполь-дипольное взаимодействие между этими группами ограничивает сегментальную подвижность и уменьшает вероятность контакта функциональных групп полимера и металла.

Примером влияния полярных карбоксильных групп на свойства покрытий могут служить ненаполненные системы на основе сополимера винилацетата (ВА) с винилхлоридом (ВХ).Адгезионная прочность по стали оценивалась по ГОСТ 15140 - 78 методом решетчатых надрезов с ’’обратным” ударом (о_уд), а также повеличине вытяжки стальной подложки на прессе Эриксен до начала отслаивания крестообразно надрезанного покрытия. Покрытия отверждались при 60 °С в течение 6 ч.

Можно полагать, что указанное повышение адгезионной прочности обусловлено главным образом увеличением полярности, поскольку гибкость молекул при этом несколько снижается, о чем свидетельствует рост температуры стеклования на 2-3 °С.

При термодинамическом подходе к трактовке адгезионной способности полимеров характер их связи с подложкой зависит от соотношения поверхностного натяжения полимера и подложки и качества смачивания последней. Более полярные пленкообразователи, такие как амино- и эпоксидные олигомеры, а также некоторые акрилаты, характеризуются высоким поверхностным натяжением (40 - 60 мДж/мг). В то же время \ большинства органических растворителей значительно ниже.Вследствие этого в процессе испарения растворителей поверхностное натяжение лакокрасочных композиций повышается.Критическое поверхностное натяжение металлических подложек также влияет на смачивание их поверхности лакокрасочными композициями. Так, например, при - использовании белой жести с = =30 мДж/м² лакокрасочный материал не смачивал подложку, тогда как в случае использования белой жести с С = 40 мДж/м² тот же материал хорошо смачивал и равномерно растекался по подложке.

Поверхностное натяжение жидкостей зависит от их полярности. Так, для широкого круга неполярных и слабополярных органических жидкостей, в частности используемых в качестве растворителей, с помощью ЭВМ установлена следующая зависимость I от диэлектрической проницаемости [150]: I = aF{ б') + Ъ, где а и Ь - константы. Уменьшение е', свидетельствующее о снижении полярности системы, сопровождается ростом величины 9,т.е. уменьшением cos0. Наряду с этим отмечено, что близость значений указанных параметров для композиций соответственно с инициатором и ускорителем отверждения, наносимых в первом и втором слое, влечет за собой повышение декоративных и эксплуатационных характеристик покрытий. По-видимому, это обусловлено повышением меж слойной адгезии.

Согласно существующим представлениям, поверхностное натяжение жидкостей слагается из неполярной (дисперсионной) и полярной компонент. При этом полагают, что знание полярной компоненты может бьпь использовено для оценки качества смачивания лакокрасочными материалами подложек, уточнения причин возникновения дефектов покрытий и их адгезионной способности.

Исследуя гистерезис смачивания И = cos 0 - cos 0' (0 - угол натекания, 0- угол оттекания поверхности ряда полимеров полярной и неполярной жидкостями, авторы работы [151] предложили методику нахождения полярной компоненты поверхностного натяжения, приняв, что Н является функцией полярности полимера и подвижности полярных трупп. Ниже сопоставлены величины £', Я и j_n. Эти данные показывают, что величина Н несомненно зависит от полярности полимера и увеличивается с ростом полярности и полярной составляющей поверхностного натяжения.

Как отмечалось выше, во многих случаях наблюдается корреляция между поверхностным натяжением (или косинусом краевого угла) и адгезцей полимерных систем. Так, установлено, что изменение поверхностного натяжения на 0,6-3,0 мДж/м² влечет за собой изменение адгезии частиц к различным подложкам в 2,5-4 раза.

При модификации эпоксидной порошковой краски разным количеством поверхностно-активной добавки было установлено, что наибольшая адгезионная прочность покрытий по алюминию достигается для композиции, расплав которой характеризуется максимальной величиной cos 0. Полярность лакокрасочного материала может оказывать заметное влияние на его смачивающую способность и адгезионную прочность покрытий. Контроль диэлектрических показателей при изменении состава композиций дает возможность направленно изменять адгезионную прочность.