4.2.З. Формирование покрытий из органодисперсий полимеров

Применяемые для получения покрытий органодисперсионные материалы изготовляют на основе как аморфных, так и кристаллических полимеров. Это двухфазные системы, занимающие промежуточное положение между коллоидными системами и грубыми дисперсиями. Размер частиц дисперсной фазы колеблется от долей микрометра до десятков микрометров. Дисперсионной средой служит органический растворитель или смесь растворителей: активного (диспергатора) и неактивного (разбавителя). Наибольшее применение в технологии покрытий получили органодисперсии фторопластов, пентапласта, поливинилхлорида, полиэтилена. Органодисперсии полимеров в зависимости от их состава относятся либо к лиофобному, либо к переходному типу.

В лиофобных дисперсиях (дисперсии фторопластов) отсутствует заметный переход жидких компонентов в полимерную фазу; частицы полимера практически не набухают в дисперсионной среде. Такие дисперсии обладают большим избытком поверхностной энергии DGпов, которая зависит от удельной поверхности Sуд (дисперсности порошка) и межфазного натяжения s на границе полимер - среда:

DGпов = sSуд.                                                                     (23)

Дисперсии переходного типа (поливинилхлоридные, полиакрилонитрильные и др.) вследствие более высокой степени взаимодействия полимерной фазы со средой (они состоят из частиц, ограниченно набухших в растворителях) имеют меньшие значения межфазного натяжения и соответственно более низкое значение DGпов. Они более стабильны кинетически, но не устойчивы термодинамически.

Формирование покрытий из органодисперсий связано с удалением дисперсионной среды и коалесценцией полимерных частиц, т. е. золь-гель-переходом, который носит необратимый характер. В зависимости от типа дисперсии пленкообразование протекает по-разному:

Представленные варианты типичны, но не единственны для разных типов органодисперсий. Нетрудно заметить, что формирование покрытий из дисперсий переходного типа осуществляется через стадию образования раствора, а из лиофобных дисперсий (в предельном варианте, когда отсутствует лиофилизация) - через плавление пленкообразователя. Таким образом, и в том, и в другом случае предусматривается перевод полимера на подложке в вязкотекучее состояние.

Регулирование пленкообразующих свойств обычно достигается соответствующим подбором дисперсионной среды. Высокая степень набухания частиц облегчает пленкообразование и позволяет получать покрытия при пониженных температурах. При этом важное значение имеет последовательность испарения компонентов дисперсионной среды: испарение разбавителя должно опережать испарение растворителя (рис. 27).

Рис. 27. Изменение состава фаз трехкомпонентной дисперсии в процессе пленкообразования:

А - дисперсия переходного типа; Б - раствор (студень)

В большинстве случаев, однако, покрытия из органодисперсий полимеров получают при нагревании (табл. 1). Это особенно относится к дисперсиям, изготовленным на основе кристаллических полимеров. Коалесценция их частиц (формирование однофазной системы) возможна только после разрушения кристаллических образований, т. е. выше Тпл. Между тем степень коалесценции частиц является фактором, определяющим все основные свойства покрытий. Наиболее трудно удовлетворяется это условие в случае лиофобных дисперсий. Например, для обеспечения гарантированной сплошности покрытий дисперсии фторопластов и пентапласта наносят большим числом слоев (3-12).

Таблица 1. Температура формирования покрытий из органодисперсий полимеров