Яковлев АД 2020

Гидрофобизация поверхности достигается также введением в краски некоторых органических и полимерных наполнителей ­ техническо­ го углерода (сажи), слюды, фторопластов, полиэтилена и др. ­ и пиг­ ментов. Особенно эффективными гидрофобизаторами являются фтор­ содержащие амиды (разработки ИОХ РАН), а также олигомерные акрилаты и полиакрилаты, содержащие перфторалкильные группы. Их введение в лакокрасочные материалы приводит к образованию покрытий, краевой угол смачивания которых превышает 90°.

Гидрофобные покрытия целесообразно применять всюду, где имеется контакт с водными средами и гидрофильными веществами. Наибольший эффект обеспечивается при защите ими фасадов зда­ ний, металлической кровли, деталей сельскохозяйственных машин, кузовов самосвалов, ковшей экскаваторов, гусениц тракторов, моро­ зильного оборудования.

Прилипание веществ к покрытиям снижается с уменьшением их шероховатости (увеличением глянца). Нередко для достижения нуж­ ного эффекта поверх пигментированных покрытий наносят 1­2 слоя лака.

4.2.5. ПО КРЫТИЯ ЦЕЛЕВО ГО НАЗНАЧЕНИЯ

Противообледенительные покрытия. К ним относятся покры­ тия с низкой адгезией ко льду или низкой температурой льдообразо­ вания. Последний вариант покрытий возможен при применении кра­ сок с наполнителями ­ антифризами. Краски подбирают таким об­ разом, чтобы пленкообразователь, будучи нерастворимым в воде, не препятствовал диффузионному обмену антифризов (в основном, хло­ риды одно­ и двухвалентных металлов) и воды. Концентрация анти­ фризов берется предельно высокой. В зависимости от типа антифри­ за и степени его капсуляции пленкообразователем температура обра­ зования льда понижается на десятки градусов.

Покрытия с низкой адгезией ко льду получают с применением пленкообразователей, обладающих низкой поверхностной энергией. Они не препятствуют льдообразованию, однако, вследствие низких значений критического поверхностного натяжения, не смачиваются или плохо смачиваются водой и поэтому слабо адгезируют со льдом.

Имеется два варианта получения таких покрытий, основанных на едином принципе: 1) применение лакокрасочных материалов на пленкообразователях, обладающих низкой поверхностной энергией, и 2) гидрофобизация обычных (не водоотталкивающих) покрытий.

Прочность сцепления льда с покрытием является функцией поверхностной энергии и соответственно критического поверх­ ностного натяжения материала пленки (рис. 4.16). Наиболее низкие

113

с наполнителем порошком фторопластов, наносимые способом элек­ троосаждения. Гидрофобизацию покрытий могут вызвать и другие специально подобранные компоненты лакокрасочных составов ­ от­ вердители, пигменты (в первую очередь, органические), пластифика­ торы.

Другой эффективный способ получения несмачиваемых водой по­ крытий ­ их поверхностная гидрофобизация. Наибольшее распростра­ нение из гидрофобизаторов получили кремнийорганические жидкости (ГКЖ­94, АМГ­9, ВМС­1000), мыла поливалентных металлов, перфто­ рированные жидкости. Ими обрабатывают поверхности покрытия, применяя гидрофобизаторы в жидком или парообразном состоянии.

При поверхностной обработке полиалкилсиланами покрытий, со­ держащих гидроксильные группы, протекает следующая реакция, приводящая к понижению их гидрофильности:

Возможно взаимодействие и по другим группам. Краевой угол смачивания покрытий водой резко возрастает: при использовании кремнийорганических гидрофобизаторов он достигает 88­106°, пер­ фторированных ­ 150­155°.

Разработана технология получения гидрофобных покрытий с низ­ кой (10­30 кПа) адгезией ко льду на основе эпоксидных и виниловых пленкообразователей (эмали ЭП­439П, ЭП­437, ХС­527, ХС­1168) ор­ ганосиликатных покрытий ­ ОС­56­22 и др. Адгезия льда к покры­ тию из ОС­56­22 составляет 40­70 кПа, тогда как адгезия к металли­ ческой поверхности достигает 1,0­1,2 МПа.

Противообледенительные покрытия находят применение при за­ щите судов, самолетов, строительных конструкций (фундаменты, сваи), при эксплуатации морозильного оборудования. Вследствие малой адгезии и пониженной прочности эффективность скалывания льда на обледеневших судах с такими покрытиями возрастает в 1,5­2,5 раза. Уменьшение смерзания строительных конструкций с грунтом (удельное сопротивление на сдвиг бетона и стали при использовании таких покрытий снижается в 1,5­2 раза) приводит к устранению их вспучивания под действием возникающих касательных напряжений.

Антиадгезионные покрытия повышенной термостойкости, из­ вестные под названием "антипригарные", получили особенно широ­

115

кое применение в пищевой промышленности и кондитерском про¬ изводстве, при выпечке хлеба, хлебобулочных изделий, при разделке теста, а также при изготовлении предметов домашнего обихода (ско­ вороды, кастрюли, формы для выпечки хлеба и др.).

Главные требования к таким покрытиям:

1) высокая и стабильная адгезия к субстратам (в основном, к ме­ таллам);

2)низкое сцепление с изготовляемыми пищевыми продуктами;

3)термическая устойчивость (в пределах температур до 260 °С и нередко выше).

Кроме того, они должны удовлетворять санитарным нормам по токсикологии и безопасности.

Для получения таких покрытий нашли применение в основном составы на основе фторсодержащих и кремнийорганических мате­ риалов и силоксановых каучуков. Используют как жидкие материа­ лы растворного и дисперсионного типа, так и порошковые, непиг­ ментированные и пигментированные с применением термостойких пигментов и наполнителей.

Высокая и стабильная адгезия к металлам достигается тщатель­ ной подготовкой поверхности ­ дробеструйной очисткой и после­ дующей гидрофобизацией силанами, аминосиланами, фторирован­ ными или титанорганическими соединениями. После нанесения ла­ кокрасочных материалов покрытия формируют или отверждают при нагревании, в основном в присутствии соответствующих отвердите­ лей и катализаторов.

В зависимости от вида изготовляемой пищевой продукции при­ меняют разные антипригарные составы. При защите металлических форм, предназначенных для выпечки хлеба, зарекомендовали себя составы на основе силоксановых каучуков (СКТН­1, СКТН­А), крем­ нийорганические лаки (КО­919, КО­08), компаунд КЛТ. Металличе­ ские листы и противни для выпечки хлебобулочных и других изде­ лий, не требующих очень высоких температур нагрева, покрывают порошковыми составами на основе фторопластов (Ф­32Л, Ф­42Л), а также эпоксидно­фторлоновыми лаками. Изготовление покрытий на внутренней стороне сковородок для прожаривания пищевых про­ дуктов требует применения специальных фторсополимеров ­ более термостойких и химически устойчивых. Новыми материалами для получения антипригарных покрытий являются кремнийорганиче­ ские составы "Пента­133" и "Силапен".

Длительность эксплуатации покрытий во многом зависит от ка­ чества подготовки поверхности металла, степени гидрофобности и термостабильности материала пленки. Нередко она достигает по­

116

лугода непрерывного использования формы, после чего требуется восполнение покрытия. Применение антипригарных покрытий по­ зволяет экономить пищевые масла (смазку), делает производство хлебобулочных изделий более производительным, удобным и эко­ номичным.

Съемные покрытия. Съемные, или низкоадгезионные, покрытия применяют для временной защиты от загрязнения, механических и других повреждений металлических и пластмассовых изделий на период консервации, хранения, транспортировки и монтажа. Важная область применения таких покрытий ­ защита мест, не подлежащих химической обработке (травлению, химическому фрезерованию), а также нанесению гальванических и лакокрасочных покрытий. Съем­ ные покрытия наносят как непосредственно на подложку, так и по­ верх готовых лакокрасочных покрытий. Главное требование к таким покрытиям ­ способность независимо от срока хранения легко уда­ ляться (сдираться) с поверхности изделия, не оставляя на ней каких­ либо дефектов. Наиболее жесткие требования предъявляются к съем­ ным покрытиям, предназначенным для предохранения лакокрасочных покрытий на лицевых поверхностях приборов и машин. После их удаления поверхность должна выглядеть как только что окрашенная.

Съемные покрытия получают из растворов, дисперсий и распла­ вов пленкообразователей. Для их изготовления применяют полимер­ ные пленкообразователи, плохо адгезирующие к различным субстра­ там: растворимые и плавкие фторопласты, перхлорвинил, сополиме­ ры винилхлорида, полистирол, этицеллюлозу, сополимеры этилена с пропиленом, атактический полипропилен, синтетические каучуки (полихлоропреновый, полиакрилонитрильный, бутадиенстирольный) и др. Одновременно в состав композиций вводят антиадгезивы ­ пластификаторы, воски, парафин, минеральные и силиконовые мас­ ла, амиды жирных кислот и др. Компонентами покрытий, наноси­ мых на поверхность металлов, также служат ингибиторы коррозии, например Акор­1 (нитрованное минеральное масло), МСДА­11 (соль дициклогексил­амина и жирных кислот), хромат гуанидина. Съем­ ные покрытия наносят толстыми слоями от 100 до 800 мкм. Их уда­ ляют с поверхности механическим путем. Большинство покрытий (кроме латексных) обратимо и может повторно перерабатываться после снятия с поверхности в исходные лакокрасочные материалы.

Разработана и выпускается серия лакокрасочных материалов, об­ разующих съемные покрытия: на виниловых полимерах и сополиме­ рах (лаки ХС­567 и ХС­596, эмаль ХВ­114, состав ХВ­036), на фторсо­ полимерах и эфирах целлюлозы (составы ФП­5, ФП­6, ЗИПУ, АБЦУ, АЦЗК), воднодисперсионные составы "Карболатс", "Нитролатс" и др.

117

Их применяют избирательно по черным и цветным металлам, пла­ стмассе (гетинакс), резине или наносят поверх лакокрасочных по­ крытий. Составы ИС­КЧ­51 и ИС­ВА зарекомендовали себя при за­ щите мест, не подлежащих окрашиванию.

При комнатной температуре низкая адгезионная прочность по­ крытий сохраняется в течение нескольких лет.

Применяя разнородные некоалесцирующие материалы, можно получать многослойные послойно разделяемые покрытия. Это дос­ тигается, например, путем чередования слоев эпоксидного (эмаль ЭП­574) или перхлорвинилового (эмаль ХВ­124) лакокрасочного материала и фторопластового лака (Ф­32л, Ф­42л). Один из приемов получения съемных покрытий заключается в их нанесении на про­ межуточный слой низкоплавких не совмещающихся с полимером веществ. При нагревании покрытия вещество плавится, образуя на межфазной границе слой жидкости, при этом покрытие легко отде­ ляется от подложки. Роль промежуточного слоя могут выполнять, например, парафин, а также органические и неорганические кри­ сталлические вещества.

Применение съемных и послойно разделяемых покрытий ­ про­ стой способ обновления окраски и дезактивации поверхности от ра­ диоактивных и химических загрязнений.

4.2.6. МЕТО Д Ы О ПРЕДЕЛЕНИЯ А Д ГЕЗИО ННО Й ПРО ЧНО С ТИ

Существуют прямые и косвенные методы определения адгези­ онной прочности. В первом случае об адгезионной прочности судят по усилию, под действием которого в адгезионном слое возникают нормальные или касательные напряжения, вызывающие разрушение соединения, во втором ­ по косвенным характеристикам: скорости и интенсивности эмиссии электронов, значению разрядного потенциа­ ла, характеру и активности поверхности, образующейся в результате расслоения адгезива и субстрата, и др.

Наиболее распространены прямые методы, при которых отде­ ление пленки от подложки производят при воздействии статиче­ ской или динамической нагрузки. В зависимости от способа на­ рушения адгезионных связей различают неравномерный отрыв, равномерный отрыв и сдвиг. Сопротивление, которое приходится преодолевать при равномерном отрыве или сдвиге (усилие рас­ пределяется равномерно по всей поверхности образца), выражает­ ся в Па. В случае неравномерного отрыва, когда нагрузка прилага­ ется лишь к части образца и распространяется последовательно по его поверхности, единицей адгезионной прочности служат Н/м (или кН/м).

118