4.1. Общие сведения о пленкообразовании

Способность к пленкообразованию - одно из основных требований к лакокрасочным материалам. Под пленкообразованием понимают процесс перехода материала из жидкого или вязкотекучего состояния в твердое на поверхности подложки с образованием адгезированной пленки.

Пленкообразование лакокрасочных материалов осуществляется как в результате физических процессов: испарения растворителей, астабилизации и обезвоживания латексов, охлаждения расплавов, формирования покрытий коагуляцией пленкообразователей из растворов, так и в результате химических процессов полимеризации или поликонденсации либо протекания физических и химических процессов.

Так как эксплуатационноспособными считаются покрытия, в которых пленкообразователь (полимер) находится в кристаллическом, стеклообразном или высокоэластическом состоянии, пленкообразование связано с фазовыми или физическими переходами, т. е. с изменением взаимного расположения молекул и термодинамических свойств вещества.

Независимо от того, какие процессы лежат в основе пленкообразования, внешним их проявлением служит постепенное или скачкообразное увеличение вязкости материала. Если исходный материал был жидким, то на определенной стадии процесса он становится вязкотекучим, потом высокоэластическим и наконец приобретает свойства твердого стеклообразного тела.

Согласно представлениям С. Н. Журкова, стеклование полимеров, как и низкомолекулярных пленкообразователей, определяется соотношением энергий взаимодействия и теплового движения звеньев цепей. Последнее резко уменьшается по мере увеличения длины молекулярных цепей и понижения температуры и при определенных значениях молекулярной массы или температуры пленки становится недостаточным для преодоления внутри - и межмолекулярных взаимодействий. Это приводит к уменьшению интенсивности теплового движения макромолекулярных звеньев, повышению жесткости цепей и соответственно росту вязкости, твердости и прочности материала.

Причиной отверждения олигомерных пленкообразователей могут быть и полимераналогичные реакции в их цепях, например окисление, сульфирование и другие, приводящие к накоплению полярных функциональных групп и в результате к снижению подвижности макромолекул и повышению температуры стеклования полимера.

Стеклование сопровождается скачкообразным изменением удельного объема (приближением к минимуму свободного объема) и резким замедлением релаксационных процессов в полимерах. Одновременно происходит и формирование структуры (в основном неравновесной), свойственной твердому состоянию вещества.

В случае кристаллических полимеров образование твердой пленки связано с фазовым переходом I рода, которому свойственны резкое изменение энтропии, энтальпии и удельного объема материала. Термодинамический потенциал системы G при этом изменяется непрерывно, а его первые производные по температуре и давлению

и

-
скачкообразно.

Кристаллизация предопределяет многообразие форм надмолекулярной организации в полимерах, которая зависит не только от состояния исходного материала -
расплава или раствора, но и в большой мере от условий формирования покрытия. Существенное влияние на структурные характеристики покрытий, а также на их строение и состав оказывают растворители, разбавители и другие компоненты лакокрасочного материала. Несмотря на одинаковую направленность процессов, а именно установление и упрочнение внутри - и межмолекулярных связей в исходном материале, пленкообразование из различных лакокрасочных систем - олигомеров, растворов, дисперсий и расплавов полимеров - имеет свои характерные особенности.