Файл: Чеботаревский, В. В. Лаки и краски - что это такое.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 15.10.2024
Просмотров: 48
Скачиваний: 0
Глава |
ЛАКОКРАСОЧНЫЕ |
ПОКРЫТИЯ |
|
|
И АГРЕССИВНЫЕ |
|
СРЕДЫ |
Различная аппаратура, приборы, целые сооружения из стали, бетона, кирпича часто разрушаются от действия агрессивных веществ: кислот, щелочей, газов, растворов
•ролей и даже воды. На производстве, в быту, на транспорте и" в других, местах, мы-постоянно встречаемся с результа тами воздействия этих веществ.
Если бы консервные банки изнутри не предохранялись от воздействия различных рассолов, томатного соуса и г. д. они проржавела бы через несколько месяцев. При изготовлении банок для консервов сначала тонкую жесть покрывают слоем олова или хрома, а сверху на него на кладывают тонкий слой эпоксифенолъного лака, который обладает хорошей адгезией и высокой эластичностью. Эти свойства очень важны при последующем процессе штам повки банок, фляг и других емкостей, которая сопровож дается глубокой деформацией металла.
Когда утром к завтраку Вы берете плавленный сырок и разворачиваете обертку, обратите внимание на внутрен нюю сторону алюминиевой фольги — она покрыти слоем лака, изготовленного па основе винилового сополимера. Толщина лака всего 1,5—2 мкм, но он надежно защищает алюминиевую фольгу от коррозии, которую вызывает
92 сыр.
Агрессивные среды действуют и на лакокрасочные покрытия, причем природа их действия может быть фи
зической или химической.
Если на поверхность, окрашенную нитроцеллюлозной эмалью, капнуть ацетоном, пленка набухнет, но когда рас творитель улетучится, твердость и прочность пленки вос становятся. Если же капнуть серной кислотой, пленка эма ли тоже разрушится, но характер разрушения будет необ ратимый, т. е. ее свойства не восстановятся. Возможен и такой случай: лакокрасочное покрытие от действия агрес сивного вещества не разрушается, а металл под пленкой корродирует.
Из сказанного следует, что механизм действия агрес сивных веществ различен. Для того, чтобы понять почему одни лакокрасочные покрытия стойки в агрессивной среде, а другие нет, необходимо ознакомиться, хотя бы кратко, с процессами, протекающими при взаимодействии агрес сивных веществ с различными покрытиями.
Физически агрессивные среды вызывают обратимые процессы, как видно из примера действия ацетона на плен ку нитроэмали, не сопровождающиеся разрушением хими ческих связей в полимере или изменениями его химиче
ского состава.
Химически агрессивные вещества, в отличие от физи чески агрессивных, вызывают необратимые изменения, сопровождающиеся изменением структуры и химического
состава полимера.
Химически активными по отношению к лакокрасоч ным покрытиям являются: озон, перекись водорода, гало гены, минеральные и органические кислоты, щелочи и
водные растворы солей.
При взаимодействии с полимерной -пленкой вода в большинстве случаев является физически агрессивной сре дой. Например, при набухании поливинилхлорида в воде
изменяются только его физические свойства, молекуляр ная масса полимера и его состав не изменяются.
Если в макромолекуле имеются эфирные связи, воз можен гидролиз, причем эти изменения уже необратимы, так как нарушается строение макромолекулы.
Стойкость лакокрасочных покрытий к агрессивным средам зависит от ряда факторов, главными из которых являются природа и структура полимера, т. е. наличие в его составе гидроксильных, карбоксильных, аминных,
эфирных и других |
групп, атомов хлора и серы, двойных |
|
и тройных связей, |
способных к |
различным изменениям |
под действием этих сред. |
|
|
Возьмем льняную олифу и покроем ею две пластинки. |
||
Одну просушим при комнатной |
температуре (холодная |
|
сушка), а другую при 300—350°С (горячая сушка) в тече ние 1 ч. Погрузим пластинку в воду. Через сутки пленка олифы холодной сушки набухнет и побелеет, а пленка горячей сушки останется неизмененной. При более жест ком испытании в 10%-ном растворе щелочи пленка холод ной сушки через двое суток полностью разрушится, а пленка горячей сушки не изменится.
Посмотрим, что же происходит с молекулами льняного масла, подвергнутого холодной и горячей сушке? При ком натной температуре образование пленки происходит глав ным образом за счет окисления двойных связей жирных кислот в молекулах льняного масла. При высоких темпе ратурах жирные кислоты льняного масла полимеризуются с образованием макромолекул трехмерного строения, в ре зультате чего стойкость к действию влаги, кислот, щелочей и других агрессивных сред резко возрастает.
Этим |
п р и е м о м и зд а в н а п о л ь з о в а л и с ь |
м аст ера |
п р и и з |
го т о влен и и д е р е в я н н ы х ло ж ек и д р у г и х |
и з д е л и й . |
Р а с к р а |
|
ш е н н ы е |
м а с л я н о й к р а с к о й и з д е л и я п о к р ы в а л и |
сл о ем |
|
страняется не только на поверхность покрытия, но и на весь его объем.
В результате проникновения агрессивных веществ под покрытие образуются продукты коррозии, например окис лы железа, объем которых значителен; они начинают раз рушать покрытие уже механическим путем.
Труба из углеродистой стали, по которой подавали 2%-ный холодный раствор серной кислоты, была защище на шестислойным перхлорвиниловым покрытием. Когда температуру раствора повысили до 40° С, лакокрасочное покрытие уже через полгода вышло из строя. Проверили скорость коррозии стали в этих условиях и убедились, что коррозионное разрушение достигает 1 мм/год. При шлось увеличить толщину покрытия до 15 слоев, что составляет примерно 300—320 мкм, после чего срок служ бы покрытия повысился до 3 лет.
Необходимо учитывать еще один фактор, который существенно влияет на скорость разрушения покрытия. С увеличением концентрации щелочи, кислоты и других агрессивных веществ, степень разрушения любого лако красочного покрытия возрастает. Интересно, что для физи чески агрессивных веществ, например воды, повышение концентрации минеральных солей, наоборот, приводит к замедлению диффузии влаги в полимерную пленку, по этому набухаемость пленок в нейтральных растворах солей меньше, чем в дистиллированной воде.
До сих пор мы говорили в основном о пленках из чистых полимеров, теперь рассмотрим роль пигментов, наполнителей и пластификаторов в защитных свойствах покрытий. Представьте себе, что будет с полимерной плен кой, если в ее состав ввести компонент, неустойчивый к
98 действию агрессивной среды. Она тут же. разрушится.
Если это будет пластификатор, например дпбутилфталат, то при действии щелочи произойдет его омыление и плен ка, лишившись компонента, придающего ей мягкость, ста нет хрупкой и проницаемой для агрессивной среды. Так, нельзя получить стойкое к серной кислоте покрытие, если в его состав входят цинковые белила. Но стоит заме нить их титановыми, как стойкость покрытия сразу воз растает.
Даже агрессивные газы, попавшие в воздух, могут изменить свойства и цвет лакокрасочного покрытия.
Помещение больницы, в которой были установлены
сероводородные ванны, окрасили |
эмалыо |
белого |
цвета, |
|||
а металлическую мебель — эмалью |
желтого цвета. |
Через |
||||
полгода обе |
эмали |
стали |
грязно-коричневого |
цвета. |
||
И только тогда выяснилось, что в состав эмалей входили |
||||||
свинцовые белила и |
желтый |
свинцовый |
крон, которые |
|||
под влиянием сероводорода частично перешли в сернис |
||||||
тый свинец, |
имеющий темно-коричневую окраску. |
|
||||
При подборе лакокрасочных материалов необходимо учитывать действие агрессивных сред, не только на каж дый компонент материала, но и на всю систему в целом.
Зная, что эпоксидные материалы стойки к действию |
|
кислот, а цинксодержащие грунтовки обладают высокими |
|
антикоррозионными свойствами, мастер окрасил стальную |
|
аппаратуру, соприкасающуюся с серной кислотой, эпо |
|
ксидной грунтовкой, содержащей цинковую пыль. Через |
|
неделю эксплуатации защитное покрытие вспучилось и |
|
разрушилось. Нетрудно догадаться, что серная кислота |
|
прореагировала с цинком, выделился водород, который и |
99 |
разрушил покрытие. |
7*
Древесина очень гигроскопична, при увлажнении она набухает, увеличиваясь в объеме на 5 —1 0 %, а также коробится, что приводит к изменению форм и размеров деталей.
Если положить мокрую вату на деревянную пластинку, покрытую одним-двумя слоями нитроцеллюлозного лака, и прикрыть ее блюдцем, то через сутки на этом месте появится небольшой бугорок и рельефно выявится струк тура древесины. Это результат действия влаги, которая проникла через лаковое покрытие. Структура древесины выявляется вследствие неравномерности набухания ее летних и весенних слоев. Весенняя древесина более порис та и набухает сильнее, чем летняя, поэтому лакокрасоч ное покрытие испытывает неравномерные напряжения — местами растяжение, местами сжатие. Отсюда сделаем вывод: пленка лакокрасочного покрытия должна практи чески не пропускать влаги, т. е. обладать большой жестко стью, или, если она пропускает влагу, должна быть элас тичной.
В первом случае с успехом применяют полиуретановые или полиэфирные лаки, во втором — обычные масляные краски на натуральной олифе, покрытия на основе кото рых хотя и пропускают влагу, но длительное время сохра няют необходимую эластичность.
Покрытия, применяемые для защиты древесины, арми руют, используя ткань из стеклянных, полимерных или хлопчатобумажных нитей. Вследствие наличия прочных волокон повышается прочность и эластичность лакокрасоч ного покрытия, локализуются внутренние напряжения, возникающие в пленке в результате ее старения или деформации подложки. Система покрытия состоит из тка ни, слоев шпатлевки ц, наконец, слоя эмали.
Для приклеивания ткани к древесине применяются 102 фенольнобаритовая смола, отверждаемая кислотным от-
вердителем, эпоксидные низкомолекулярные смолы, от верждаемые полизтиленполиамином, перхлорвиниловые клеи и др.
Бумага — гигроскопичный материал и иногда ее при ходится защищать от воздействия влага. С этой целью на
нее наносят покрытия, например |
1 — 2 слоя |
прозрачного |
лака на основе ацетилбутирата |
целлюлозы, |
акрилового |
сополимера или других прозрачных бесцветных пленко образующих. При этом срок службы бумаги возрастает в несколько раз, она не промокает, на нее можно наносить рисунок и стирать его ластиком.
Иногда возникает необходимость и в защите ткани от действия влаги. Если ткань натянута на крыло самолета или планера, то без лакокрасочного покрытия не обойтись. Обычно применяют лак, представляющий собой раствор ацетилбутирата целлюлозы или нитрата целлюлозы. Лак наносится в 5— 6 слоев, пропитывает ткань, обволакивая все ее нити, и придает ей влагостойкость.
Можно было бы привести еще много примеров того, как лакокрасочное покрытие решающим образом влияет на сохранение различных материалов от разрушающего действия влаги.