Контрольная работа по "Строительным материалам"

 

 

Содержание:

19	Пленкообразование, осуществляемое в результате химических превращений.	2стр.
27	Проницаемость покрытий. Факторы  влияющие на проницаемость покрытий.	5стр.
58	Получение покрытий способом хемоосаждения.	11стр.
84	Технология изготовления декоративных и имитационных покрытий .Рельефная  разделка.Фактурная отделка.	13стр.
	Литература.	17стр.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

19. Пленкообразование, осуществляемое в результате химических превращений.

Образование тонкого лакокрасочного покрытия из жидкого лакокрасочного материала, как правило, происходит за счет:

физического процесса испарения  растворителей (хлоркаучуковые, виниловые, сополимерно-винилхлоридные материалы);

химической реакции отверждения  с использованием сшивающих низкомолекулярных  агентов (эпоксидные, полиуретановые);

химической реакции окисления  сопряженных двойных связей связующего кислородом воздуха (алкидные, масляные материалы).

Химические реакции обычно протекают одновременно с физическим процессом испарения растворителей.

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 вязотекучим и, наконец, приобретает свойства твердого стеклообразного  тела.

Пленкообразование, при котором  отсутствуют химические превращения (пленка формируется лишь за счет физических процессов), предопределяет получение  обратимых (термопластичных и растворимых) покрытий. При этом свойства материала  пленки во многом соответствуют свойствам  исходных пленкообразователей, которыми служат преимущественно полимеры аморфного  или кристаллического строения: виниловые, акриловые, полиолефины, полиамиды, полифторолефины, центапласт, эфиры целлюлозы и  др.

В зависимости от химической природы пленкообразующего вещества, его растворимости. Термопластичности  получают покрытия из растворов, расплавов, водных и органических дисперсий, аэродисперсий (порошковых систем).

Более 90% промышленных лаков  и красок содержат растворители. Поэтому  пленкообразование из растворов, связанное  с удалением из них растворителей, крайне распространено в технологии лакокрасочных покрытий. Растворители удаляются обычно испарением.

 

С кинетической точки зрения процесс испарения растворителей  можно разделить на две стадии:

испарение из жидкой пленки,  скорость которого пропорциональна  разности парциальных давлений насыщенного  пара над раствором и в окружающей среде;

испарение из сформировавшейся пленки, скорость которого контролируется диффузией растворителя внутри пленки.

Скорость первой стадии возрастает с увеличением температуры и  уменьшением относительной влажности  воздуха; второй стадии – с увеличением  скорости движения воздуха вблизи окрашенной поверхности и повышением температуры.

При формировании покрытий из растворов, как и из любых жидких лакокрасочных материалов, различают  два состояния пленок: высыхание  “от пыли”, когда пленка утрачивает липкость, и практическое высыхание, когда покрытие приобретает твердость, необходимую для последующей  эксплуатации изделий. Время высыхания  “от пыли” обычно коррелируется  с продолжительностью испарения  из пленки примерно 60% растворителей, в  то время как растворение лакокрасочного материала по поверхности прекращается уже при испарении 25-30% растворителя. О завершении процесса формирования покрытия обычно судят по их твердости, липкости, электрическим параметрам.

Сформированные в естественных условиях покрытия всегда содержат некоторое  количество (0,1-2%) остаточных растворителей, которые нередко сохраняются  длительное время, отрицательно сказываясь на свойствах покрытий и ухудшая  условия эксплуатации окрашенных помещений. Эти дефекты возникают в случае применения очень летучих растворителей  и их можно избежать, применяя менее  летучий растворитель.

Пленкообразование, осуществляемое в результате химических превращений, предусматривает химические реакции  с мономерами или олигомерами  в тонком слое на подложке, в результате которых образуются линейные разветвленные  или пространственно-сшитые полимеры. Получаемые покрытия, кА правило, необратимы.

Продолжительность формирования покрытий определяется скоростью протекания химических реакций. А их свойства –  степенью завершенности процесса.

Покрытия формируются  при положительных температурах, скорость отверждения возрастает с  увеличением температуры.

Физико-механические характеристики и химстойкость таких покрытий, как  правило, высокая, особенно в случае получения покрытия с трехмерной пространственной структурой.

Химически отверждающиеся лакокрасочные  материалы готовят из двух или  более компонентов непосредственно  перед применением. Также лакокрасочные  материалы обычно содержат минимальное  количество растворителей, их можно  наносить в широком интервале  толщин. Из материалов химического  отверждения чаще всего применяют  эпоксидные и полиуретановые.

В алкидных и масляных лакокрасочных  материалах инициатором полимеризации  выступает кислород воздуха. Это  объясняется особым строением цепи таких мономеров и олигомеров  и соответственно высокой активностью  сопряженных двойных связей в  реакциях радикального присоединения  и замещения. Происходит сшивка молекул  друг с другом кислородными мостиками, причем верхняя часть пленок всегда более обогащена кислородом, чем  нижняя. К моменту завершения формирования покрытия степень использования  двойных связей никогда не достигает 100%, поэтому пленка остается реакционноспособной  и процесс окислительной полимеризации  продолжается и во время эксплуатации покрытия. Именно этим объясняется  постепенное увеличение жесткости  алкидных и масляных покрытий в процессе эксплуатации. При воздействии солнечных  лучей процесс ускоряется за счет инициирования образования свободных  радикалов ультрафиолетовым излучением.

Для ускорения процессов  отверждения и лакокрасочный  материал вводят ускорители генерирования  свободных радикалов – сиккативы, а также применяют методы энергетического  инициирования, фотохимического,  радиационного. Для обеспечения равномерного отверждения  покрытия по всей толщине следует  избегать нанесения толстых слоев  покрытия.

Алкидные и масляные материалы  содержат большое количество растворителей. Поэтому при формировании пленки процесс окислительной полимеризации  протекает одновременно с процессом  физического испарения растворителя.

 

 

 

 

 

 

 

 

27. Проницаемость покрытий. Факторы влияющие на проницаемость покрытий.

 Проницаемость покрытий  характеризует комплекс их изолирующих  свойств: способность препятствовать  проникновению жидкостей, паров  и газов к поверхности подложки  из окружающей среды, обеспечивая  защитные свойства материала  пленки от внешней, контактирующей  с ней среды.

 На практике чаще  всего приходится сталкиваться  с проницаемостью водяных паров,  воды, водных растворов электролитов, газов, чаще всего воздуха.  По водопроницаемости полимерные  пленки занимают промежуточное  положение между неорганическими  солями и жидкостями.

1. Перенос жидкостей и  газов через пленки

 Жидкости и газы  проникают через лакокрасочные  покрытия к подложке в результате:

-капиллярного течения;

-диффузии.

 Для покрытий с механической  пористостью, т. е. имеющих капилляры,  поры, микротрещины и т. д., характерно  капиллярное течение. Степень  капиллярной пористости зависит  от метода нанесения лакокрасочного  материала, его способности смачивать  поверхность, характера подложки (ее рельефа). На ровной поверхности  стекла получить беспористое  (сплошное) покрытие значительно  легче, чем на поверхности древесины.  При нанесении красок электроосаждением,  обычно получаются более сплошные  покрытия, чем при пневмораспылении.

 Пористость покрытий  может быть явной, связанной  с наличием открытых пор, ее  легко обнаружить обычными методами  оценки сплошности, и скрытой  (или неявной), обусловленной замкнутыми  порами, быстро проявляющимися при  эксплуатации покрытия (слабые дефектные  места).

В зависимости от материала, типа подложки, способа нанесения  и других факторов существует минимальная  толщина беспористых покрытий . Она минимальна (соответствует доли или единице микрометров) при формировании покрытий из газовой фазы и гораздо больше (десятки и сотни микрометров) при их получении из жидких сред. В соответствии с пористостью изменяется и проницаемость покрытий.

 На практике используют  разные приемы получения беспористых  покрытий при минимальной толщине.  Чаще получают многослойные покрытия: каждый последующий слой более  чем на 50% перекрывает дефекты  предыдущего. Например, число наносимых  слоев, в зависимости от условий  эксплуатации в случае перхлорвиниловых  покрытий составляет от 3 до 12.

Рис. 1. Типовая зависимость пористости и проницаемости покрытий

 от толщины:

 I - покрытия с явной пористостью; II - покрытия со скрытой пористостью;

 III - беспористые покрытия

 Если механическая  пористость отсутствует, то степень  изоляции покрытий определяют  их молекулярной или структурной  проницаемостью.

 Механизм проникновения  вещества через пленку (газов,  паров и низкомолекулярных жидкостей)  состоит из:

сорбции;

диффузии;

десорбции с другой стороны  пленки.

 Сорбционное равновесие (при отсутствии сильного взаимодействия  между сорбентом и сорбатом) устанавливается  быстро и скорость суммарного  процесса в основном определяется  скоростью диффузии и описывается  уравнением Фика:

•        

 

В случае контакта полярных полимеров с полярными веществами процессы сорбции усложняются: концентрация сорбированного вещества растет не пропорционально  давлению, как это вытекает из закона Генри.

В результате взаимодействия полярных групп поглощение может  достигать больших значений, а  соответственно растет диффузия и проницаемость  покрытий.

 

Наибольшей проницаемостью обладают поливинилацетатные пленки. Водопоглощение же покрытий на основе неполярного полиэтилена минимально.

 Водопоглощение покрытий  с полярными группами существенно  возрастает с повышением влажности  окружающего воздуха, не изменяясь  у покрытий на основе неполярных  полимеров и олигомеров (рис. 2).

Рис. 2. Зависимость сорбции  воды покрытиями от влажности окружающего  воздуха при 20С:

 

1-- масляное; 2 --алкидное; 3 --хлоркаучуковое;

 

4 --битумное

 Характер диффузионного  процесса изменяет присутствие  электролитов в воде, в зависимости  от природы пленкообразователя  диффузия и проницаемость могут  увеличиваться или уменьшаться.  Так, согласно результатам исследований  С. А. Рейтлингера, диффузия  электролитов в эпоксидные пленки  уменьшается в следующей последовательности:

 

 H2SO4 → HNO3 → HCl →KOH.

 

 Причем скорость диффузии  щелочей почти на порядок меньше, чем кислот. Проницаемость полимерных  покрытий по отношению к инертным  газам мала и для многих  пленок падает в ряду:

 

 H2  →CO2→  O2→N2.

 

 Низкомолекулярные вещества  могут проникать в пленки как  с одной, так и с двух сторон  в зависимости от материала  подложки. Если подложка твердая  и неактивная в сорбционном  отношении, то доступ жидкостей  и газов к ней открыт только  с одной стороны, в случае  пористых подложек (древесина, бумага, штукатурка) сорбция пленкой вещества  происходит как снаружи, так  и от подложки, т. е. покрытие  не выполняет функцию диффузионного  барьера, если не предусмотрена  полная изоляция изделия. 

2. Факторы, влияющие на  проницаемость

 Перенос вещества Р  и его сорбционная способность  в определяющей степени зависят от природы полимера F, природы сорбата G и степени их химического сродства Н:

 Наиболее низкими значениями  коэффициентов диффузии и проницаемости  обладают покрытия, находящиеся  в застеклованном или кристаллическом  состоянии. Но различие в проницаемости  аморфицированного и высококристаллического  образцов может достигать порядка.  Покрытия, полученные из эластомеров,  имеют более высокие значения  D и Р.

 Покрытия, полученные  из пленкообразователей трехмерного  строения, обладают лучшими изолирующими  свойствами, чем - из линейного.

 Большое влияние на  проницаемость покрытий оказывают  природа, объемное содержание, размер  и форма частиц, степень взаимодействия  с пленкообразователем, пигменты  и наполнители. Ю. С. Липатовым  показано, что отношение проницаемости  наполненной Рн и ненаполненной  Рn полимерных пленок находится в следующей зависимости от объемного содержания в них наполнителя Ф и полимера Vn

 Рн/Рn = Vn(1 + КФ), где К - коэффициент, учитывающий форму частиц.

 Например, коэффициент  диффузии воды у масляных покрытий  при 30%-м наполнении ТiO2 снижается почти вдвое, эпоксидных - примерно на 5%. Эффект торможения переноса веществ через пленки при пигментировании по-видимому связан с повышением жесткости молекулярных цепей и уменьшением скорости релаксационных процессов.