4.2.2. Формирование покрытий из водных дисперсий полимеров

Воднодисперсионные краски на основе синтетических (поливинилацетатные, бутадиенстирольные, полиакрилатные) и искусственных (алкидные, эпоксидные, эфироцеллюлозные и др.) латексов представляют собой большую группу лакокрасочных материалов широкого назначения. В связи с тенденцией сокращения использования органических растворителей в лакокрасочных материалах производство и применение воднодисперсионных красок неуклонно возрастают, расширяется их ассортимент.

Лакокрасочные материалы воднодисперсионного типа  двухфазные системы: дисперсной фазой служат полимер, олигомер, пигменты и другие добавки, дисперсионной средой  вода. Водные дисперсии относятся к лиофобным коллоидным системам; размер частиц (глобул) в латексах 0,010,25мкм. Дисперсии имеют поверхностное натяжение порядка 3555мДж/м², что выше критического поверхностного натяжения на межфазной границе полимерсреда (210мДж/м² при степени адсорбционной насыщенности эмульгаторов 6090%), и характеризуются избытком поверхностной энергии: G_пов>0.

Характеристика процесса

Пленкообразование из водных дисперсий (латексов) полимеров рассматривается многими авторами (С.С.Воюцкий, В.И.Елисеева, В.В.Верхоланцев) как процесс ликвидации межфазной границы полимерсреда на поверхности подложки при одновременном удалении дисперсионной среды. Оно сопровождается уменьшением G (G0). Внешними признаками процесса являются уменьшение объема и оптической плотности пленок (для непигментированных образцов) и увеличение их объемного электрического сопротивления.

Пленкообразование связано с зольгель-переходом (астабилизацией латекса) и последующим самопроизвольным сжатием (контракцией) образованного промежуточного геля до состояния монолитной пленки. Астабилизация в реальных условиях обычно достигается за счет концентрирования дисперсий (испарения воды). Однако известны и другие варианты ее осуществления: введение электролитов, нагревание, воздействие электрическим полем (переход частиц в электронейтральное состояние). На этих принципах разработаны и нашли практическое применение такие технологические процессы получения покрытий, как ионное осаждение, термоосаждение, электроосаждение.

Рис. 24. Потеря воды G, изменение объема V поверхностной энергии G латексной системы при пленкообразовании

При формировании покрытий посредством испарения воды различают три стадии (рис. 24). Первая стадия  образование промежуточного геля  характеризуется сближением частиц и усилением взаимодействия между ними. Вязкость материала резко повышается, он становится пастообразным; содержание жидкой фазы в нем не превышает 30%. Этот процесс носит обратимый характер. Скорость испарения воды на этой стадии примерно постоянна и близка к скорости испарения ее со свободной поверхности.

Вторая стадия  синерезис (сжатие) промежуточного геля. При этом происходит дальнейшее удаление воды из пленки и разрушение имеющихся на поверхности глобул адсорбционно-гидратных оболочек. Коагуляционные контакты между частицами заменяются на конденсационные. Частицы деформируются: теряют шарообразную форму и принимают вид плотно уложенных многогранников (рис. 25). Образуется так называемая псевдопленка.

Рис. 25. Схема структурных превращений в латексной системе при образовании пленки (по данным В. И. Елисеевой)

Третью стадию составляют аутогезионные процессы, заключающиеся в ликвидации межфазной границы, т. е. слиянии глобул. При этом содержащиеся на их поверхности ПАВ либо растворяются в полимере, либо вытесняются из межглобулярного пространства, образуя самостоятельную фазу.