Резюме анализа различных типов формирования пленки покрытия
Общие покрытия состоят из трех компонентов: пленкообразующих материалов, пигментов и растворителей. Иногда необходимо добавлять функциональные добавки, чтобы улучшить его специальное назначение.
Покрытие образует пленку на поверхности подложки. Эта пленка обладает определенными механическими свойствами, а также некоторыми декоративными свойствами и другими особыми свойствами, которые становятся все более востребованными. Например, свечение в темноте, изменение цвета, сохранение тепла, особые тактильные ощущения и так далее.
В целом, краска начинается как текучая жидкость и образует затвердевшую пленку только после завершения нанесения покрытия, и методы ее пленкообразования в основном следующие:
01 Методы испарения растворителя и горячего пленкообразования
Как правило, полимеры проявляют лучшие физические свойства только при более высоких молекулярных массах, но с высокими молекулярными массами приходят высокие температуры стеклования, и для того, чтобы сделать их пригодными для нанесения покрытия, температура стеклования системы должна быть понижена с помощью достаточного количества растворителя, чтобы значение T-Tg стало достаточно большим, чтобы раствор мог течь и наносить покрытие.
Когда раствор имеет давление около 0,1 Па-с при комнатной температуре, его можно использовать для распыления. После нанесения растворитель испаряется, и образуется твердая пленка, которая является обычной формой образования пленки для податливых красок. Для того чтобы пленка была ровной и гладкой, необходимо правильно выбрать растворитель.
Если растворитель испаряется слишком быстро, концентрация быстро повышается, поверхность краски может быть слишком высокой из-за вязкости, потери подвижности, в результате чего пленка не будет плоской; кроме того, испарение происходит слишком быстро, из-за испарения растворителя потери тепла слишком велики, температура поверхности может упасть до нуля, что приведет к конденсации воды в пленке, в результате чего пленка потеряет прозрачность и побелеет или прочность пленки снизится; различные растворители будут влиять на морфологию полимерных молекул в пленке краски.
Как уже говорилось, молекулы полимеров в плохих растворителях свернуты и сцеплены, в то время как молекулы полимеров в хороших растворителях расправлены и расслаблены. Микроструктура конечной пленки также значительно отличается в зависимости от растворителя: в первом меньше сплетений между молекулами, а во втором они плотно свернуты, и первый часто обладает гораздо большей прочностью.
Этот тип образования пленки можно проиллюстрировать на примере винилхлоридной краски для внутренней поверхности банок, где поливинилхлорид растворяется в смеси растворителей бутанона и толуола, что придает полученному раствору поливинилхлорида вязкость около 0,1 Па-с при 25°C. После нанесения покрытия растворитель постепенно испаряется, и Tg непрерывно повышается. Через три дня Tg достигает комнатной температуры, то есть T-Tg = 0, что означает, что свободный объем достиг минимума, не может полностью обеспечить молекулярное движение пор, растворителю нелегко выйти из мембраны, но в это время остается около 3-4% растворителя, связанного в мембране, эти растворители необходимо нагревать при 180 °С (то есть увеличить значение T -Tg) в течение более чем 2 мин, чтобы удалить их.
Для того чтобы изготовить полимерную пленку, помимо добавления растворителей для снижения Tg системы, можно также использовать метод повышения температуры для увеличения T-Tg (т.е. увеличения свободного объема), чтобы полимер достиг степени текучести, то есть нагревания расплава полимера. Подвижную полимерную пленку на поверхности подложки нужно охладить, можно получить твердую пленку, которая также является другой формой термопластичного покрытия пленки, то есть пленкой горячего расплава, например, покрытые в молочной бумаге бутылки из полиэтилена используются таким образом в пленку.
Порошковые покрытия также являются пленкой горячего расплава: полиэтилен, поливинилхлорид, полиакрилат и другие пластиковые полимеры могут быть измельчены в порошок, а затем электростатическими или термическими средствами прикреплены к поверхности подложки, и нагреты до температуры плавления выше температуры выравнивания расплавленного полимера вязкой жидкостью, охлаждения, то есть твердой пленки краски. Порошковые краски в основном термореактивные дробленые концевые покрытия, это также сопровождается сшивкой реакции в процессе нагрева и плавления в пленку, содержание порошковых красок будет обсуждаться позже.
02 Химическое пленкообразование
После нанесения молекулярно-весового полимера на поверхность подложки при нагревании или других условиях происходит межмолекулярная реакция, в результате которой молекулярный вес увеличивается или происходит сшивка с образованием прочной пленки. Этот тип формирования пленки характерен для термореактивных покрытий, включая фоточувствительные покрытия, порошковые покрытия, электрофорезные краски и т.д.
Среди них такие, как сухое масло и алкидные смолы через и роль кислорода в пленку, аминоэфиры и гидроксилсодержащие алкидные смолы, полиэфиры и акриловые смолы через реакцию эфирного обмена в пленку, эпоксидные эфиры и полиамины, сшитые в пленку, полиизоцианат и гидроксилсодержащие олигомеры для получения полиуретана в пленку, а также фоточувствительные покрытия через свободнорадикальную полимеризацию или катионную полимеризацию в пленку и так далее, которые будут рассмотрены далее по порядку. Следует отметить, что химической реакции обычно предшествует или сопровождается процесс испарения растворителя.
02 Образование пленки из латекса
Прежде чем обсуждать образование латексной пленки, важно провести четкое различие между латексами и эмульсиями: латексы – это твердые частицы, диспергированные в непрерывной фазе воды, в то время как эмульсии – это жидкости, диспергированные в воде. Как правило, латексы получают с помощью агентов эмульсионной полимеризации. Латексы характеризуются вязкостью, которая не зависит от молекулярной массы полимера, так что даже высокомолекулярные полимеры имеют низкую вязкость при содержании твердых веществ до 50% или более. После нанесения покрытия, по мере испарения воды, частицы латекса сближаются друг с другом и в конечном итоге образуют прозрачную, прочную, непрерывную пленку, но существуют также латексы, которые при высыхании дают только порошок, а не прочную пленку.
Способность латекса образовывать пленку зависит от природы самого латекса, особенно от его температуры стеклования, а также от условий сушки. Поскольку латекс используется в широком спектре покрытий и других применений, и большинство из них требует образования латексной пленки, очень важно понять механизм образования латексной пленки. Процесс образования латексной пленки более сложен, текущий взгляд на него не совсем одинаков, здесь лишь краткое введение.
После нанесения латекса частицы латекса могут свободно перемещаться в форме броуновского движения, а когда вода испаряется, их движение постепенно ограничивается, и в итоге частицы латекса сближаются друг с другом, образуя плотный ворс. Благодаря защите двойного слоя на поверхности латексных частиц, полимер в латексе не может находиться в прямом контакте друг с другом, но в это время латексные частицы могут образовывать между собой радиус кривизны зазора очень мал, что эквивалентно очень маленькому “капилляру”, капилляру для воды, заполненному водой. Капиллярная сила, вызванная поверхностным натяжением воды, может оказывать большое давление на частицы латекса, величина давления (P) может быть оценена по формуле Лапласа: P = τ (1/r1 + 1/r2), где τ – поверхностное натяжение (или межфазное натяжение), r1 и r2 – основные радиусы кривизны поверхности.
Дальнейшее испарение воды и последующее увеличение поверхностного давления в конечном итоге приводит к преодолению сопротивления бислоя и прямому контакту между полимерами внутри латекса. Контакт между полимерами, в свою очередь, создает границу раздела полимер-вода, а межфазное натяжение вызывает новое давление, величина которого также связана с соответствующими радиусами кривизны и которое также можно рассчитать по формуле Лапласа. Капиллярные силы и межфазное натяжение полимера и воды дополняют друг друга, и эта совокупность сил деформирует частицы полимера и приводит к образованию пленки. Величина давления зависит от размера частиц: чем меньше частица, тем больше давление.
Вышеприведенное обсуждение лишь иллюстрирует источник сил, которые заставляют латекс образовывать пленку; то, смогут ли частицы латекса образовать пленку под действием таких сил, также определяется природой самих частиц латекса. Если частицы латекса жесткие и имеют высокую температуру стеклования, они не будут деформироваться, а тем более сплавляться друг с другом даже под высоким давлением. Для межчастичного слияния необходима диффузия полимерных молекул, а для этого требуется низкая температура стеклования латексных частиц, чтобы обеспечить им большой свободный объем для молекулярного движения.
Диффузионное слияние, также известное как самоадгезия, – это действие, благодаря которому частицы в конечном итоге сливаются в однородную пленку, а несовместимые эмульгаторы исключаются с поверхности. Поэтому, с одной стороны, образует ли эмульсия пленку, зависит от давления, вызванного поверхностным (или межфазным) натяжением, и эта сила связана с размером частиц; с другой стороны, сами частицы должны иметь большой свободный объем, и если температура в момент образования пленки равна T, а температура стеклования частиц эмульсии равна Tg, то T-Tg должна быть достаточно большой, иначе она не сможет образовать пленку.
Например, поливинилхлоридный латекс не является пленкообразующим при комнатной температуре. Для того чтобы он стал пленкообразующим, его необходимо нагреть до определенной температуры, эта температура называется минимальной температурой пленкообразования; также в латекс может быть добавлен пластификатор, чтобы Tg латекса понизилась, таким образом, “минимальная температура пленкообразования” снизится до комнатной температуры. В краску часто добавляют некоторые летучие пластификаторы (растворители) для снижения минимальной температуры пленки, эти летучие пластификаторы также известны как вспомогательные пленкообразователи, они могут улетучиваться после латексной пленки, так что пленка возвращается к более высокой Tg.
* Отказ от ответственности: Содержимое этой статьи взято из Интернета, публичного номера WeChat и других публичных каналов, мы сохраняем нейтральное отношение к взглядам, выраженным в статье. Эта статья предназначена только для ознакомления и общения. Авторские права на воспроизведенную рукопись принадлежат автору и организации, в случае их нарушенияДля удаления свяжитесь с компанией Jetson Chemical