Главными составляющими лакокрасочных материалов (красок) являются пленкообразующие вещества, растворители и различные добавки.

Пленкообразующие вещества представляют собой соединения, способные при нанесении на поверхность тонким слоем высыхать и образовывать пленку. Ими являются растительные масла, природные и синтетические смолы.

Синтетические смолы изготовляются на основе полимеров. Молекулы полимеров построены из многократно повторяющихся элементарных звеньев. Эти звенья образуются из простых химических соединений со сравнительно небольшим молекулярным весом (мономеров) Процесс соединения мономеров в длинные цепи называется полимеризацией.

Характерной особенностью полимеризации является то, что укрупнение молекулы происходит, как правило, за счет ненасыщенности (т. е. по месту двойных связей) исходных мономеров без выделения каких-либо побочных продуктов реакции. Вследствие этого молекулярный вес полимера всегда равен сумме молекулярных весов молекул мономера.

Другой процесс образования полимеров, называемый поликонденсацией, связан не только с наличием двойных связей, но и с присутствием в молекулах реакционноспособных групп. Он протекает обязательно с выделением побочных продуктов реакции, например воды, хлористого водорода и т. д. Поэтому молекулярный вес полимера, полученного процессом поликонденсации, всегда меньше суммы молекулярных весов Исходных продуктов реакции.

Основными реакционноспособными (функциональными) группами являются:

гидроксильная; карбоксильная; амино; галлоидная; эпоксидная.

Молекулы ряда веществ могут содержать по две, три или более функциональные группы, например:

R—СН—СН — R

I        I                            — (двухатомный спирт или гликоль);

НО   ОН

НООС — R – СООН             — (двухосновная кислота);

NH2— R — СООН               — (аминокислота);

СН2ОН

I

СНОН                                     — (глицерин);

I

СН2ОН

СН2ОН

I

НОН2С—С—СН2ОН          — (пентаэритрит).

I

СН2ОН

При наличии в системе только двухфункциональных реагирующих веществ образуются линейные полимеры. Если функциональность реагирующих веществ больше двух, то могут образовываться боковые ответвления и поперечные связи. Это приводит к созданию трехмерной сетки (разветвленной или сетчатой структуры), которая может иметь довольно большие размеры. В результате полимер становится неподвижным, неплавким и нерастворимым.

При совместной полимеризации двух или более различных по химическому составу мономеров получаются продукты совместной полимеризации — сополимеры с новыми и весьма ценными свойствами, например сополимер хлорвинилла с винилиденхлоридом, сополимер бутадиена со стиролом, сополимер растительного масла со стиролом и др.

В зависимости от длины молекулярной цепи полимера меняются его физические и отчасти химические свойства. Чем больше длина молекулы, тем выше прочностная характеристика вещества — его твердость, эластичность.

Растворители представляют собой легколетучие органические жидкости, в которых растворяются пленкообразующие вещества. После нанесения лакокрасочного материала на поверхность растворители улетучиваются.

Под процессом пленкообразования понимается переход растворов пленкообразующих веществ в растворителях, наносимых на поверхность защищаемого материала тонким слоем, в аморфное твердое (стеклообразное) состояние, хорошо сцепленное с поверхностью. Пленкообразователи можно разделить на превращаемые, затвердевание которых связано с их полимеризацией или поликонденсацией; непревращаемые, дающие твердую пленку в основном за счет испарения растворителя, и смешанные.

К превращенным пленкообразователям относятся высыхающие растительные масла, высокомолекулярные цепные полимеры (каучуки, мочевииные, меламиновые, алкидные, фенольные и др.).

К непревращаемым пленкообразователям относятся некоторые природные смолы, канифоль, шеллак, битумы, новолачные смолы, полистирольные, перхлорвиниловые, полибутилметакрилатные, нитроцеллюлозные и т. д.

К смешанным пленкообразователям относятся смеси первых двух групп.

Покрытия на основе непревращаемых пленкообразующих веществ быстро высыхают, но при действии растворителей размягчаются или растворяются, поэтому их называют также обратимыми.

Превращаемые пленкообразующие вещества после нанесения на поверхность образуют неплавкие и нерастворимые покрытия в результате физических и химических процессов, происходящих в самом пленкообразующем. Поэтому их называют необратимыми.

Механизм пленкообразования непревращаемых покрытий протекает по следующим стадиям: а) испарение основной массы растворителя и переход вещества в стеклообразное состояние; б) дальнейшее испарение растворителя с возникновением в пленке напряжений; в) формирование пленки и ее сокращение с переходом макромолекул в устойчивое состояние; зачастую со значительными процессами усадки.

После практического завершения пленкообразования в пленке остается еще значительное количество (до 5—12%) растворителей и добавок, которые участвуют уже в процессе последующего старения покрытия.

Механизм пленкообразования у превращаемых покрытий является более сложным и проходит, как указывалось выше, с образованием полимеров с разветвленной или сетчатой структурой. Процесс этот называется сшиванием молекул.

Образование разветвленных или сетчатых структур (сшивок) является основой процесса отверждения превращаемых покрытий и термоотверждения смол вообще.

Для фенолальдегидных, мочевино- или меламиноформальдегидных и полиэфирных пленкообразующих материалов образование трехмерного полимера идет путем поликонденсации. У всех этих смол превращение происходит только в том случае, если для конденсации взяты компоненты в эквивалентном соотношении.

Трехмерная конденсация пленкообразователя протекает последовательно через две или три стадии:

а)           получения растворимой смолы, температура плавления которой невысока;

б)           постепенного разветвления цепи (растворимость смолы резко уменьшается, температура плавления повышается);

в)           перехода значительной части смолы в трехмерный нерастворимый и неплавкий полимер.

Полного превращения смолы в трехмерный полимер добиться практически невозможно; часть пленкообразователя в пленке остается в стадиях а) и б); оставшиеся в трехмерном полимере (пленке) неконденсированные молекулы лишены подвижности, необходимой для дальнейшего течения реакции.

Пленкообразующие вещества другой группы (виниловые, дивинил-ацетилен, метилметакрилат, каучуки) дают трехмерный полимер путем полимеризации. Этот процесс происходит, если исходные молекулы имеют более одной непредельной связи.

Образование трехмерных полимеров может происходить по некоторым другим реакциям, как, например, полиуретановый синтез, т. е.реакция присоединения полигидроксильных алкидов к диизоциаиатам и др.

В практических условиях превращение в трехмерные полимеры происходит в присутствии кислорода воздуха, который участвует в реакциях. Высохшая пленка при этом увеличивает свой вес за счет поглощения до 20%, а во влажной атмосфере 40—60% кислорода. Для придания лакокрасочным материалам требуемых свойств, повышения их качества, ускорения пленкообразования и т. д. применяют различные добавки (пластификаторы, сиккативы, пигменты и др.).

Похожие записи: