Пленкообразование с участием растворителей

Формирование покрытий из порошковых красок может происходить не только за счет слияния расплавленных частиц, но и в результате их коалесценции в набухшем состоянии. В последнем случае снижение вязкости пленкообразователя достигается воздействием растворителей (пара или аэрозоля), на порошок, нанесенный на подложку.

По физико-химической сущности процессы, происходящие при воздействии растворителя на порошковый полимер, подобны процессам, протекающим при сплавлении частиц. Первоначальной стадией является набухание полимера в растворителе, при этом его вязкость уменьшается согласно следующей зависимости:

В процессе набухания изменяются свойства порошков: увеличивается размер частиц, возрастает масса порошкового материала, однако его объем при этом уменьшается. На определенной стадии контакта полимера с растворителем, соответствующей переходу системы в вязкотекучее состояние, происходит слияние частиц с образованием гомогенной прозрачной пленки. Процесс слияния частиц подчиняется уравнению которое приводится к уравнению Френкеля. Как и в случае расплавов, аутогезия набухших частиц происходит при достаточно высокой вязкости (102 103 Па-с). При этом объемное поглощение растворителей пленкообразователями (поливинилбутираль, полистирол, поливинилхлорид, полиэтилен, эпоксиолигомеры) составляет 18-70%, что в несколько раз меньше, чем в случае формирования аналогичных пленок из растворов.

Поскольку время слияния набухших частиц лимитируется их вязкостью, все факторы, обеспечивающие ее снижение-использование пленкообразователей с пониженной молекулярной массой, повышение температуры и концентрации растворителей и т. д., позволяют увеличить скорость формирования покрытий. Общее время образования покрытия т представляет собой сумму трех слагаемых: времени набухания частиц, времени их слияния и времени испарения растворителя из пленки.

Процесс испарения подчиняется общим закономерностям улетучивания растворителей из лакокрасочных материалов растворного типа. В случае кристаллических полимеров во избежание преждевременной кристаллизации из раствора (полимер выпадает в виде порошка) растворитель следует удалять при температурах выше температуры кристаллизации.

Стадия испарения растворителя отсутствует, если в качестве посредника пленкообразования используют летучие отвердители или мономеры. Необходимым ингредиентом порошковых красок в последнем случае является инициатор полимеризации. При контакте порошковой краски, нанесенной на подложку, с парами или аэрозолем мономера одновременно с процессом его сорбции происходит полимеризация. При этом сорбционное равновесие между мономером, находящимся внутри пленки и вне ее, не устанавливается: масса образца непрерывно увеличивается, достигая сотен и более процентов по отношению к исходному полимеру . В отличие от растворителей процесс сорбции мономеров прекращается только после исключения их контакта с пленкой или полного израсходования инициатора полимеризации. Конверсия мономеров сначала быстро растет, а после достижения 90-92% несколько уменьшается.

В зависимости от типа и характера распределения инициатора в порошковом материале образование новой фазы (полимера) может происходить или равномерно во всей массе пленки, или локально от поверхности подложки. Соответственно образуются биполимерные покрытия с равномерным или послойным распределением полимеров в пленке. Покрытия могут быть однородными и микронеоднородными, обратимыми и необратимыми.

Получены непигментированные и пигментированные покрытия из порошковых красок на основе разных пленкообразователей и мономеров.

Их свойства определяются природой полимерно-мономерной пары, соотношением компонентов, их взаимным распределением и структурой пленки.

Способ формирования покрытий с участием растворителей и мономеров относится к числу низкотемпературных. Он удобен для получения покрытий на изделиях из нетермостойких материалов, в том числе дерева, картона, бумаги, пластмасс и т.д. Отпадает необходимость в термостабилизации полимеров; из-за отсутствия деструкции повышается качество покрытий.

Недостатком способа является необходимость использования органических растворителей и мономеров, нередко токсичных и огнеопасных. Длительность цикла изготовления таких покрытий обычно больше, чем аналогичных покрытий из расплава.