2. Взаимодействие лкм с поверхностью подложки

Свойства ЛКП во многом зависят от характера адгезионного взаимодействия материала пленки с подложкой, типа возникающих между ними связей.

Адгезия – это явление, в процессе которого устанавливаются связи между пленкой и подложкой. Об адгезии обычно судят по адгезионной прочности, т.е. по работе, которую требуется затратить на разрушение адгезионных связей.

Когезия – характеризует связь между молекулами однородного вещества.

Адгезия – важнейшее свойство ЛКП. От величины и стабильности адгезии существенно зависят многие свойства покрытий, в том числе долговечность и защитная способность в различных условиях эксплуатации.

При формировании ЛКП древесины принято говорить о двух видах адгезии:

1. специфическая, собственно адгезия, характеризующая прочность сцепления ЛКП с подложкой;

2. механическая, обусловленная проникновением ЛКМ в поры древесины.

Работу адгезии можно представить, как произведение средней энергии адгезионной связи (W_a) на число связей (N), приходящееся на единицу площади поверхности адгезионного контакта.

W = W_a N

Следовательно, характер и плотность адгезионных связей оказывают доминирующее влияние на величину работы адгезии.

При формировании ЛКП адсорбционное взаимодействие устанавливается уже в момент нанесения жидкого ЛКМ на твердую поверхность.

Степень этого взаимодействия, связанного с природой ЛКМ и характером поверхности подложки, определяет полноту ее смачивания, сплошность покрытия, адгезию и долговечность покрытий. Однако значение работы адгезии жидкого ЛКМ и отвержденного покрытия не всегда совпадают. Это связано с изменением химического состава, структуры и свойств материала в процессе пленкообразования. Таким образом, при формировании покрытий, как в процессе эксплуатации, первоначально установившиеся связи с поверхностью подложки могут сохраняться, разрушаться и дополняться новыми.

3. Формирование адгезионного взаимодействия (контакта)

Для обеспечения взаимодействия разнородных материалов необходим между ними контакт. Поскольку действие сил – ориентационных, индукционных, дисперсных – проявляется на расстоянии, не превышающем 0,5 нм, адгезионный контакт может произойти, если зазор между адгезивом и субстратом не более 0,5 нм. Скорость достижения контакта зависит от свойств контактирующих материалов – лакокрасочного и древесной подложки.

В этой связи практически во всех случаях адгезионный контакт лакокрасочных покрытий формируется, когда лакокрасочный материал находится в жидком состоянии.

Поэтому смачивание является необходимым условием формирования защитно-декоративных покрытий.

Смачивание можно рассматривать как проявление взаимодействия на границе разнородных фаз: твердое тело-жидкость-газ – контактное смачивание. Смачивание зависит от характера сил, действующих между молекулами поверхностных слоев соприкасающихся сред.

В кинетическом режиме смачивание представляется как растекание жидкостей по твердой поверхности.

Смачивание – явление, происходящее в результате взаимодействия молекул жидкости с молекулами твердых тел и приводящее к искривлению поверхности жидкости у поверхности твердого тела.

Условия смачивания и растекания жидкости по поверхности твердого тела определяются действующими в них когезионными и адгезионными силами и свободной энергией поверхностей твердофазной системы: Т-Ж-Г

Смачивание и растекание – самопроизвольные процессы, происходящие за счет уменьшения свободной поверхностной энергии Гиббса системы.

Численно смачивание характеризуется краевым углом смачивания θ₀

При нанесении небольшого количества жидкости, например, капли, на поверхность другой жидкости, имеющей большую плотность, или на твердую поверхность, можно наблюдать два процесса, если приводимые в контакт вещества взаимнонерастворимы. В одном случае нанесенная жидкость остается на поверхности другой фазы в виде капли, принявшей при установившемся равновесии определенную форму. В другом случае капля растекается.

На слайде № показана капля жидкости ан поверхности твердого тела.

Поверхностная энергия твердого тела, стремясь уменьшиться, вызывает растекание капли по поверхности. Эта энергия равна поверхностному натяжению твердого тела на границе с воздухом (σт.г.). Межфазная энергия на границе твердого тела с жидкостью (σт.ж.) стремится наоборот сжать каплю, т.е. поверхностная энергия снижается за счет снижения площади поверхности. Растеканию капли препятствуют когезионные силы, действующие внутри капли. Действие когезионных сил направленно от границы раздела фаз по касательной к межфазным поверхностям, ограничивающим смачивающую жидкость, которое имеет вершину на линии раздела трех фаз, называется краевым углом смачивания.

Условием равновесия системы является равенство нулю суммы проекции сил поверхностного натяжения на направление касательной к поверхности твердого тела (слайд ), т.е.

-σт.г. + σт.ж. + σж.г. cos θ₀ = 0

σт.г. = σт.ж. + σж.г. cos θ₀ (1)

Растекание жидкости по поверхности твердого тела (Условие растекания жидкости по поверхности твердого тела) может быть тогда, когда

σт.г. > σт.ж. + σж.г. cos θ₀ , (2)

т.е. растекание улучшается с повышением σт.г. и понижением σт.ж. и σж.г.. (слайд )

:

cos θ₀= (σт.г. - σт.ж. ) / σж.г. (3)

180о > θ₀ > 90о – плохое смачивание (несмачивание) – вода на парафине

90о > θ₀ > 0о – ограниченное смачивание –- вода на стекле

Значение θ₀ является необходимым, но еще не достаточным показателем, характеризующим смачивание и адгезию жидкости с подложкой

Хорошее смачивание и растекание ЛКМ требуется во многих отделочных работах, т.к. оно необходимо для успешного заполнения пор. Смачивание можно изменять химическими и физическими средствами, чего обычно добиваются снижением поверхностного натяжения ЛКМ за счет повышения Т-ры или введения растворителей, ПАВ, смачивателей.

Поверхностное натяжение многокомпонентных систем является поверхностной активностью входящих в их состав жидких компонентов. Краски, изготовленные с применением растительных масел имеют невысокое поверхностное натяжение на границе с воздухом (25-35 мДж/м²). Поэтому они хорошо смачивают самые различные поверхности.

Среди олигомерных пленкообразователей поверхностная активность уменьшается в ряду:

Алкидные< Полиэфирные< Эпоксидные< Фенолформальдегидные< Мочевиноформальдегидные.

Поверхностное натяжение лаков и красок, представляющих собой растворы полимеров, во многом определяется природой растворителей. Для большинства наиболее употребительных растворителей (ароматических и алифатических углеводородов, сложных эфиров, спиртов, кетонов) σ=22-36 мДж/м2.

С увеличением содержания растворителей поверхностное натяжение лаков и красок, как правило, уменьшается, причем тем значительнее, чем меньше поверхностное натяжение взятых растворителей. Соотношение значения поверхностного натяжения пленкообразователя и растворителя играет важную роль в процессах формирования покрытий их растворами.

Наиболее высокие значения поверхностного натяжения имеют краски, в которых растворителем или дисперсной средой служит вода, т.к. для воды σ = 72,7 мДж/м². Такие краски неудовлетворительно смачивают гидрофобные и плохо обезжиренные поверхности. Для уменьшения поверхностного натяжения в состав водоразбавляемых красок вводят спирты, а в вододисперсионных – ПАВ. Присутствие неионогенных ПАВ благоприятно сказывается и на поверхностной активности неводных красок. Пав позволяют одновременно регулировать и другие свойства красок: реологические, электрические (способность заряжаться в электрополе), стабильность (отсутствие расслоения) при хранении.