Свойства наполненных композиций и покрытий

Пигменты и наполнители оказывают влияние на свойства полимерных порошков, температурные режимы формирования, структуру и показатели покрытий. В наибольшей степени это влияние проявляется в композициях, приготовленных сухим смешением порошков. Закономерным является повышение сыпучести (уменьшение угла естественного откоса) и насыпной плотности составов с ростом содержания пигментов.

С помощью пигментов и наполнителей нередко удается уменьшить слеживание и комкование порошков, улучшить их «кипение» и нанесение на поверхность. Массовые и объемные характеристики порошков и усредненный радиус частиц изменяются неаддитивно при изменении состава смесей; отклонения от аддитивности тем больше, чем выше дисперсность порошков, входящих в состав смеси. Все это является результатом проявления адсорбционного и другого взаимодействия между частицами разнородных материалов при смешении.

Введением пигментов и наполнителей можно в определенной степени регулировать электрические свойства порошков и получаемых из них покрытий. Особенно сильно снижают электрическое сопротивление металлические и углеродные пигменты и наполнители алюминиевая пудра, бронза, цинковая пыль, железная слюдка технический углерод, графит. Наибольшая электрическая проводимость порошковых красок достигается при сухом смешении порошков. При большом содержании этих пигментов и наполнителей могут возникнуть трудности в зарядке частиц порошковых красок и их нанесении на поверхность в электрополе высокого напряжения. Диэлектрическая проницаемость пигментов (она равна для цинковых белил, для железного сурика, для крона красного свинцовомолибдатного, для рутильного диоксида титана) влияет на величину диэлектрических потерь покрытий.

Введение пигментов и наполнителей изменяет характер термомеханического и реологического поведения пленкообразователей и вязкость расплавов увеличиваются с ростом удельной поверхности пигментов и наполнителей, а также их содержания в композиции. Пигментированные составы в состоянии расплава представляют типичные структурированные системы. Особенно сильно структурируют расплавы технический углерод, диоксид титана, некоторые органические пигменты; напротив, инертные наполнители – барит, тальк – значительно меньше повышают и вязкость расплавов; при их использовании удается заметно увеличить предельную степень наполнения составов.

Отмеченный характер реологического поведения наполненных составов проявляется и при пленкообразовании. Как правило, присутствие пигментов и наполнителей в системе тормозит образование покрытий, причем особенно сильно повышается у составов, приготовленных сухим смешением порошков. Наполнитель в этом случае, выступая в роли изолирующей прослойки, мешает аутогезии (слиянию) расплавленных частиц.

Предварительное смачивание наполнителя полимером или пластификатором в процессе получения композиции более благоприятно сказывается на пленкообразовании. Местом контакта частиц в таких порошках оказываются в первую очередь слои полимера или пластификатора, адсорбированного на наполнителе. Кроме того, при образовании таких покрытий исключается время на смачивание наполнителя.

Заинтересованность в создании прочных, долговечных покрытий обусловливает необходимость дифференцированного подхода к выбору пигментов и наполнителей с учетом их усиливающего действия на полимер. Усиление полимерных пленок при наполнении подчиняется общим закономерностям для полимерных систем. Такие показатели, как прочность при растяжении, твердость, стойкость к истиранию и другие, обычно возрастают с ростом степени наполнения, однако это увеличение идет до определенного предела, затем эти показатели снова падают. В то же время блеск, гибкость, относительное и остаточное удлинение непрерывно снижаются с ростом объемной концентрации пигментов.

Введение пигментов и наполнителей в большинстве случаев положительно сказывается на адгезионной прочности покрытий, однако проявляется избирательно в зависимости от природы полимера и наполнителя. Так, многие металлы, оксиды металлов, тальк, аэросил, введенные в допустимых пределах, увеличивают адгезионную прочность эпоксидных, пентапластовых и фторопластовых покрытий. Отмечается рост адгезионной прочности покрытий на основе полиэтилена, полипропилена, сэвилена при введении в них 5-10% (масс.) оксида хрома, талька, каолина, аэросила, оксида алюминия, фосфата цинка; в случае поливинилбутиральных покрытий нальтаты в отношении адгезии показал оксид хрома

Пигменты в порошковых красках, так же как и в жидких, могут выполнять специальные функции: уменьшать горючесть и биологическую повреждаемость покрытий, повышать их термо- и износостойкость, теплопроводность, электрическую проводимость, придавать магнитные свойства и т. д. Так, введение чешуйчатого графита в пентапластовый порошок приводит к повышению демпфирующих свойств покрытий, феррит бария и феррит кобальта сообщают полимерным порошкам магнитные свойства, оксид меди устраняет обрастание покрытий, а добавление металлических порошков (алюминиевая пудра, бронза) в эпоксидные, полиакрилатные и другие краски в количестве 0,1-3,0% (масс.) вызывает имитацию металлической поверхности. Большой интерес приобрели протекторные порошковые краски (эпоксидные, полиэфирные) с использованием в качестве пигмента цинковой пыли. Их можно наносить способом электрораспыления на изделия, служащие катодом.

Для получения цветных покрытий можно применять не только пигменты, но и низкомолекулярные и полимерные красители, а также предварительно окрашенные порошки полимеров. Последние могут быть получены как при синтезе самого полимера, так и при обработке готовых порошков растворами красителей. Такое глубокое или сплошное крашение полимера гарантирует получение однородных по насыщенности и цвету покрытий.

Несмотря на достигнутые успехи в разработке порошковых красок, пигментирование остается слабым местом в их технологии. Наибольшие трудности представляют колеровка цвета и изготовление красок в соответствии с предписанным эталоном цветов.

По материалам tikkurila powder coatings