Адгезия

Адгезия - явление сцепления (склеивания) поверхностей разнородных твёрдых или жидких тел, количественно характеризуемое работой, необходимой для разделения поверхностей. В ряде случаев адгезия может оказаться сильнее, чем когезия, т.е. сцепление внутри однородного материала, в таких случаях при приложении разрывающего усилия происходит когезионный разрыв, т.е. разрыв в объеме менее прочного из соприкасающихся материалов.

Адгезия представляет собой достаточно сложное по своей природе явление, а для его объяснения разработан ряд теорий. Согласно диффузионной теории, процесс слипания разнородных тел сводится к взаимной или односторонней диффузии молекул вещества и субстрата, адсорбционная теория рассматривает адгезию как процесс адсорбции вещества на трещинах и порах субстрата. В рамках механической теории адгезия понимается как результат проявления сил межмолекулярного взаимодействия между контактирующими молекулами, а электрическая теория отождествляет систему вещество-субстрат с конденсатором, а двойной электрический слой, возникающий при контакте двух разнородных поверхностей, - с обкладкой конденсатора. Химический же механизм адгезии предполагает химическое, а не механическое взаимодействие вещества и субстрата.

Для большинства лакокрасочных и антикоррозионных материалов высокая адгезия покрытия к обрабатываемой поверхности является необходимым требованием. Также при разработке лакокрасочных, герметизирующих и антикоррозионных составов адгезионные показатели оптимизируются таким образом, чтобы сцепление материала с подложкой сохранялось в условиях эксплуатации, например, при дневных и сезонных перепадах температур, деформациях, в условиях присутствия агрессивных сред.

Акриловые полимеры

Акриловыми смолами (полиакрилатами, полиакрилатными смолами) называют растворы полимеров или твердые смолы, полученные полимеризацией акриловых мономеров, которые представляют собой реакционноспособные эфиры акриловой или метакриловой кислот. Широкий спектр материалов на основе акриловых смол получают путем сополимеризации с неакриловыми мономерами, такими как стирол или малеиновый ангидрид.

Реакционноспособная акриловая смола, содержащая гидроксильные и карбоксильные группы.

Сшиваемые внешними агентами акриловые смолы обычно содержат некоторое количество гидроксильных групп, а также определенное количество карбоксильных, чтобы ускорить реакцию отверждения, увеличить адгезию и водорастворимость. Если акриловые сополимеры содержат достаточное количество свободных карбоксильных групп, введенных путем сополимеризации, они становятся водорастворимыми, а стойкость к гидролизу акриловых смол обуславливает отсутствие проблем, связанных со стабильностью при хранении таких водных материалов.

Достоинства акриловых материалов:

• отличная водо- и атмосферостойкость;
• возможность использования в быстросохнущих водорастворимых составах;
• простота применения.

Алкидные полимеры

Алкидными смолами называются сложные полиэфиры, модифицированные жирными кислотами масел, или самими маслами, или высшими синтетическими карбоновыми кислотами. Молекулы состоят из сложноэфирной главной цепи с боковыми ответвлениями в видеостатков жирных кислот; тажке присутствуют свободные гидроксильные и карбоксильные группы.

Обычно алкидные смолы классифицируют в зависимости от относительного ожердания в них масла или остатков жирных кислот и различают следующие типы: тощие (менее 40% масла), средние (40-60% масла), жирные (60-70% масли) и очень жирные (70-85% масла). Алкидные смолы высыхают за счет окислительной полимеризации под действием входящего в состав материала сиккатива.

Громадный успех алкидных смол объясняется идеальным сочетанием свойств сложных полиэфиров и масел:

• самоотверждение при комнатной температуре в виде однокомпонентных систем;
• широкий спектр совместимости и применимости;
• хорошее смачивание пигментов;
• отличное распределение материала по поверхности;
• сравнительно низкая стоимость.

Битумы

Битумами называют твердые или смолоподобные продукты, представляющие собой смесь углеводородов и их азотистых, кислородистых, сернистых и металлосодержащих производных. Битумы не растворимы в воде, полностью или частично растворимы в бензоле, хлороформе, и других органических растворителях. Плотность этих материалов обычно колеблется в диапазоне 0,95-1,50 г/см³. Природные битумы - это составная часть горючих ископаемых. К ним относятся естественные производные нефти, образующиеся при нарушении консервации ее залежей в результате химического и биохимического окисления, например асфальты, кериты, мальты, озокериты и другие. Добычу производят карьерным или шахтным способом. Искусственные или технические битумы - это остаточные продукты переработки нефти, каменного угля и сланцев. По составу сходны с природными битумами.

По физическим свойствам битумы представляют собой темные твердые или полутвердые материалы с различными температурными интервалами пластичности.

Водно-дисперсионные материалы

Водно-дисперсионные (водоэмульсионные, латексные, эмульсионные) материалы представляют собой наполненные водные дисперсии (латексы) пленкообразующих веществ. Водные эмульсии последних получают эмульсионной полимеризацией соответствующих мономеров (синтетические латексы), а также диспергированием пленкообразователей в воде (искусственные латексы). В состав воднодисперсионных материалов обычно входит до 10-15 компонентов, в том числе: водная дисперсия пленкообразователя, пигменты и наполнители, пластификаторы, функциональные добавки и консерванты.

Ингибиторы коррозии

Ингибиторами коррозии называют химические соединения, которые, присутствуя в системе в достаточной концентрации, уменьшают скорость коррозии без значительного изменения концентрации любого коррозионного агента. Ингибиторами коррозии могут быть и композиции химических соединений. Содержание ингибиторов в материале обычно является небольшим.

Эффективность ингибиторов коррозии оценивается степенью защиты Z и коэффициентом торможения γ (ингибиторный эффект) и определяется по формулам:

Здесь К₁ и K₂ [г/(м²⋅ч)] - скорость растворения металла в среде без ингибитора и с ингибитором соответственно; i₁ и i₂ [А/см²] - плотность тока коррозии металла в среде без ингибитора и с ингибитором коррозии соответственно. При полной защите коэффициент Z равен 1 или 100%.

Ингибиторы коррозии подразделяются по механизму своего действия на катодные, анодные и смешанные, по химической природе - на неорганические и органические, по сфере своего влияния - на кислотные, щелочные и нейтральные.

Действие ингибиторов коррозии обусловлено изменением состояния поверхности защищаемого материала вследствие связывания ингибитора с поверхностью или образования с катионами металла труднорастворимых соединений. Защитные слои, создаваемые ингибиторами коррозии, значительно тоньше наносимых покрытий. Ингибирующее действие обычно реализуется двумя путями: уменьшением площади активной поверхности или изменением энергии активации коррозионного процесса.

Когезия

Коррозия

Коррозией (в общем случае) называют разрушение материала, находящегося в контакте с окружающей средой, однако, на практике под коррозией обычно принято понимать только коррозию металлов. Разрушение материала происходит за счет химического или электрохимического взаимодействия с агрессивными компонентами внешней среды, в том числе с водяными парами и кислородом. Самый известный пример коррозии - кислородная коррозия железа в воде, назвыаемая также ржавлением:

По типу среды, в которой протекает процесс разрушения, коррозия может быть следующих видов:

• атмосферная (наиболее распространенный вид коррозии, фактически - это коррозия в условиях влажного газа);
• газовая (происходит в газовых средах в отсутствие конденсации влаги на поверхности);
• жидкостная (происходит под слоем жидкости без доступа воздуха);
• почвенная (разрушение материалов в грунтах).

По типу процессов разрушения металлов коррозия может быть разделена на два основных типа:

Поливинилацетат

Полимер винилацетата. Твердое бесцветное прозрачное нетоксичное вещество; не имеет запаха. Молекулярная масса: 100-1500 тыс., плотность — 1,1-1,2 г/см³; Растворяется в уксусной кислоте и многих органических растворителях: ацетоне, метаноле, этилацетате, бензоле, метиленхлориде и др.

Применяется для склеивания пористых материалов, таких как бумага, дерево, ткани.

Стирол-бутадиеновые сополимеры

Стирол-бутадиеновые (бутадиен-стирольные, дивинил-стирольные) каучуки являются сополимерами общей формулы

Макромолекулы бутадиен-стирольных каучуков имеют разветвленное строение. Каучуки содержат значительное количество несвязанного микрогеля, а их ненасыщенность составляет, как правило, до 90% от теоретической. Бутадиен-стирольные каучуки растворяются в ароматических, алициклических и алифатических углеводородах. Многие физические свойства каучуков зависят от содержания в них стирольных звеньев.

Бутадиен-стирольные каучуки - типичные каучуки общего назначения, используемые главным образом в производстве шин (обычно в комбинации с синтетическим изопреновым или стереорегулярным бутадиеновым каучуками). На основе бутадиен-стирольных каучуков изготавливают также многочисленные резинотехнические изделия (конвейерные ленты, рукава, профили, формовые детали), а также изоляцию кабелей, обувь и спортивные изделия. Мировое производство бутадиен-стирольных каучуков превышает 4 млн. т/год и по объему выпуска они занимают первое место среди всех синтетических каучуков.

Достоинства стирол-бутадиеновых полимеров:

• высокие прочностные свойства, износостойкость, эластичность;
• достаточно стойки к действию концентрированных щелочей и кислот, а также спиртов, кетонов и эфиров.

Тиксотропия

Вязкость - свойство текучих тел оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой. Жидкости, вязкость которых не зависит от скорости этого перемещения (сдвига) называются ньютоновскими, остальные - неньютоновскими. Тиксотропия - это такое поведение неньютоновсих материалов, при котором их вязкость уменьшается при увеличении скорости и времени сдвига. Для жидких сред тиксотропия проявляется в понижении вязкости при перемешивании и ее постепенном повышении после прекращения течения; для пластичных сред - в уменьшении предела текучести при деформировании и восстановлении его исходного значения при отдыхе. Тиксотропия обусловлена обратимыми изменениями структуры материала, например, разрушением надмолекулярной структуры полимеров или коагуляцией контактов в дисперсных системах.

Ударопрочность

Ударопрочность - физико-механический показатель материала, характеризующий его способность поглощать механическую энергию в процессе деформации и противостоять разрушению под действием ударной нагрузки. Основным отличием ударных нагрузок от испытаний на растяжение или изгиб является гораздо более высокая скорость выделения энергии. Таким образом, ударная прочность характеризует возможности материала по быстрому поглощению энергии. Данный метод наиболее уместен для материалов, эксплуатирующихся в условиях наличия быстрых небольших ударов, например, летящими камнями.

Наиболее важными характеристиками покрытия, обеспечивающими высокую ударную прочность, являются:

• хорошая адгезия материала к подложке;
• хорошая когезия в пленке;
• эластичность всех слоев покрытия;
• короткое время восстановления после деформации;
• хорошее распределение энергии удара вокруг точки контакта.

Согласно ГОСТ 4765 "Материалы лакокрасочные. Метод определения прочности при ударе" методика испытаний на ударопрочность состоит в определении максимальной высоты, при падении с которой груз определенной массы (1 кг, диаметр бойка - 8 мм) не вызывает видимых повреждений лакокрасочного покрытия, нанесенного на металлическую пластину.

Укрывистость

Укрывистость — способность пигмента или пигментированного лакокрасочного материала при равномерном нанесении на поверхность делать невидимым цвет последней или в случае нанесения на черно-белую поверхность уменьшать контрастность между черными и белыми участками поверхности вплоть до полного исчезновения разницы по светлоте между ними. Согласно российским стандартам укрывистость выражается в граммах пигментированного материала, необходимого для укрытия 1 м² поверхности. В Европе, как правило, укрывистость выражают в кг/м².

Укрывистость определяют как визуально, так и инструментальным методом — определяя коэффициент отражения, либо координату цвета Y с помощью прибора для измерения цвета (спектрофотометр). При визуальном определении укрывистости лакокрасочные материалы наносят равномерным слоем на тонкие прозрачные бесцветные стеклянные пластинки, накладываемые на непрозрачные подложки. Как правило подложка имеет вид шахматной доски. Нанесение материала осуществляют до исчезновения границ между черными и белыми участками подложки. Поверхность считается укрытой, если коэффициент контрастности, то есть отношение коэффициента отражения покрытия над черной подложкой к коэффициенту отражения над белой подложкой, превышает 0,98.

Химическая коррозия

Химическая коррозия - взаимодействие поверхности металла с коррозионно-активной средой, не сопровождающееся возникновением электрохимических процессов на границе фаз. Протекает в неэлектролитах - жидкостях, не проводящих электрический ток, в сухих газах при высокой температуре. В этом случае окисление металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекает одновременно. Примером химической коррозии является образование окалины при взаимодействии материалов на основе железа при высокой температуре с кислородом:

Электрохимическая коррозия

Наиболее распространенным примером коррозии является коррозия электрохимическая, которая протекает в электролитах и влажных газах и характеризуется наличием параллельно идущих процессов окислительного растворения металла и восстановительного осаждения металла из раствора. При электрохимической коррозии необходимо наличие электролита (конденсат, дождевая вода и т. д.) как, например, при ржавлении железа во влажной атмосфере:

Электродами, образующими гальванические элементы, могут служить различные элементы структуры материала, либо два различных соприкасающихся материала. Если в воде растворены ионы солей, электропроводность ее повышается, и скорость процесса увеличивается. Особо сильно действуют хлорид-ионы (содержащиеся, например в морской воде или в воде, образовавшейся при таянии снега зимой, когда дороги посыпают солью), так как они катализируют процесс коррозии. С получающимися в процессе коррозии Fe³⁺ — ионами ионы хлора образуют растворимые комплексы, что способствует ускорению окисления металла.

При соприкосновении двух металлов с различными окислительно-восстановительными потенциалами и погружении их в раствор электролита, например, дождевой воды с растворенным углекислым газом CO₂, образуется гальванический элемент, так называемый, коррозионный элемент. Он представляет собой ни что иное, как замкнутую гальваническую ячейку. В ней происходит медленное растворение металлического материала с отрицательным окислительно-восстановительным потенциалом. Этот вид коррозии особо присущ металлам с высокими отрицательными потенциалами. Так, совсем небольшого количества примеси на поверхности металла с большим редокспотенциалом уже достаточно для возникновения коррозионного элемента. Особо подвержены риску места соприкосновения металлов с различными потенциалами, например сварочные швы или заклепки.