Традиционные лакокрасочные материалы (ЛКМ), такие как глинфталивые (ГФ), пентафталивые (ПФ), а то и вообще «древние» масляные образуют твердый, нерастворимый в обычном состоянии слой от 2 до 20 суток. Процесс застывания таких лаков и красок на плоских поверхностях происходит благодаря испарению летучих веществ, содержащихся в растворителях пигментов этих красок. Попутно с этим процессом идет и активная усадка этих ЛКМ.
Получается, чтобы материалы на таких основах перешли в твердое состояние, необходимо, чтобы они:
- Существенно уменьшились в объеме, потеряв летучую составляющую, благодаря которой они существовали в жидком состоянии.
- Для окончательного отверждения необходимо очень длительное время.
Ведь те же материалы на основе ПФ и ГФ, схватившись и даже застыв в верхнем, граничащем с воздухом, слое, внутри, под верхней окисленной пленкой, долгое время остаются в гелеобразном виде.
Но такая ситуация не может устроить ни ремонтников, ни строителей, которых торопят заказчики. Поэтому за последние десятилетия все большее распространение получили лаки и краски на основе полиэфирных смол. Которые высыхают в считанные часы. Для этого в основную массу полиэфирной смолы вводятся отвердители, которые, вступая в реакцию с уже содержащимся в полиэфирке другими веществами, запускают процессы полимеризации материала.
Физические и химические аспекты процесса отверждения
С полиэфирными смолами отлично соединяются многие окрашивающие пигменты, как искусственного, так и естественного происхождения. К первым можно отнести анилиновые красители, ко вторым металлы и их соли: кадмий, кобальт, хром. Сама полиэфирная смола – субстанция довольно густая и вялотекущая, поэтому, чтобы привести ее в пригодное к использование состояние, чаще всего в нее вводят стирол, вещество агрессивное и даже довольно ядовитое. Ну, или, по крайней мере, очень вредное для вдыхания.
В стирол перед смешиванием его с полиэфирной смолой добавляется также кобальтовое соединение, эо октоат (ОК) или нафтенат (УНК) кобальта. Их действие очень интересно: они выступают инициатором процесса ускорения полимеризации полиэфирных смол, поэтому смесь полиэфирки с ОК или УНК называется предускоренной полиэфирной смолой.
Введены ли в такую смолу пигменты-красители, здесь неважно. Никакого влияния на скорость отверждения или застывания смолы они не оказывают, это застывание будет идти своим чередом, медленно, но верно. Уже после 6-10 месяцев стояния на полке в магазине при температуре 18-24°C градуса, смола, скорее всего, уже критически загустеет и не будет годной для какого бы то ни было использования. Так как же тогда ею пользоваться?
Инициация отверждения
И вот тут на авансцену выходит третья сила, вещество-отвердитель, которое ускоряет процесс сначала желатинизации (приведения полиэфирной смолы в не текучее, гелеподобное состояние), а потом и застывания, отвердения смолы, превращения ее в твердую монолитную массу.
Самыми часто используемыми для этого компонентами являются:
- диамины карбоновых кислот H2N(CH2)8NH2;
- их ангидриды (CH3CO)2O;
- сами карбоновые кислоты, например C5H9COOH – циклопентанкарболовая.
Разные группы добавок смешивать между собой категорически запрещено.
Имеются в виду кобальтовые предускорители и карбоновая составляющая, потому что соединение этих веществ вызывает бурную экзотермическую реакцию. Настолько бурную, что речь может идти не только о самопроизвольном их возгорании, но и инициированном ими взрыве. Поэтому кобальтовые соединения в смеси со стиролам вводятся в полиэфирку заранее, а отвердитель в виде поликарбонатных соединений, в уже эту смесь.
Повышенная температура
Но даже и так реакция между этим веществами не заставляет себя ждать. Изотермичность этой реакции, то есть активное выделение тепла во время ее протекания, является важнейшим условием дальнейших превращений смолы, перехода ее агрегатного состояния из жидкого сначала в желеобразное, а затем и твердое.
Температура при активном взаимодействии этих веществ может иногда подниматься до 100°C и более градусов. Особенно это проявляется в больших массах разводимой отверждаемой полиэфирной композиции, будь то объемная отливка или слой напольного покрытия. В объемных отливках температура понимается выше всего, в площадных, напольных и им подобных не так высоко из-за большой площади охлаждения при контакте с воздухом.
Если же температура после смешивания предускоренной полиэфирной смолы с отвердителем становится выше критической, то в случае с объемной отливкой тару или форму с ней можно поместить в холодную воду. Но тогда пониженная температура снизит и скорость протекания реакции отверждения.
Температура нагрева выше комнатной наоборот, ускоряет реакции сначала желатинизации, а потом и отверждения. Отверждение проходит сначала резиноподобную фазу, когда застывающая масса прогибается при надавливании на нее, но потом сразу возвращается в исходное положение. Такая фаза наступает обычно через полтора-два часа после того, как в полиэфирку с предускорителем ввели отвердитель.
Для горячих процессов в качестве такого вещества лучше использовать 50% перекись бензоила на дибутилфталате. При вымешивании массы ее температура может повыситься до 100-130°C градусов, что гораздо выше температуры кипятка, поэтому производить такие действия нужно, максимально защитившись от возможных последствий. Если отвердителем работает раствор перекиси дикумила (C6H5C)CH3)2O2, (или кумила пироксида), температура может повысится и до 160°C градусов.
Комнатная температура
Рекомендованная температура для работы с полиэфирной смолой бытового назначения должна быть, как правило, не ниже 23°C градусов. Отдельные виды смол, особенно продукция, выпускаемая в виде лакокрасочных материалов, допускают их эксплуатацию и от 15°C, но тогда данные об этом указываются на банке, флаконе, канистре или той таре, в которой такая полиэфирная краска продается в рознице.
По логике вещей, эти ЛКМ или другая продукция в виде смолы должны застывать очень долго, до месяца. Но для подгонки к потребительским запросам завод-изготовитель продукции на основе полиэфирки в таких случаях подбирает компоненты для ускорения и отверждения таким образом, чтобы, смешивая их даже при низкой температуре, запускаемая ими экзотермическая реакция вызывала саморазогрев смеси, и, таким образом, процесс шел с ускорением.
Для холодных процессов без подогрева смесей в качестве отвердителей в подавляющем большинстве случаев применяют раствор перекиси метилэтилкетона CH3-C(O)-CH2-CH3 (торговое название «Бутанокс») или раствор перекиси циклогексанона C6-H11-OH (ПГЦ).
Время высыхания можно варьировать путем изменения пропорций внесения ускорителя в виде октоата кобальта или его нафената, но только не увеличением навески отвердителя. Нужно внимательно читать инструкции, строго следовать им. Выбирая предускоренную производными кобальта смолу, иметь в виду, что чем больше этого вещества введено в полиэфирный компонент уже на стадии производства, тем быстрее и при более низкой температуре окружающей среды возможно застывание ЛКМ или объемных отливок.
Порядок смешивания компонентов полиэфирной смолы:
- Отмеряется необходимое количество полиэфирки и ускорителя, если его нет в составе смолы, информацию об этом смотрите на этикетке, она есть там обязательно.
- Соединить два этих вещества и хорошо вымешать в течение 3-5 минут, не прилагая энергичных усилий, чтобы избежать образования пузырьков воздуха в массе смолы.
- Добавить инициатор-отвердитель, снова перемешать, не выходя за временные пределы в 3 минуты, но чем выше температура окружающей среды, тем это время короче.
- Залить полиэфирку в формы или разлить ее по площади, и успеть сделать это за 10-12 минут, до наступления стадии желатинизации.
- Если наступление этой стадии требуется побыстрее, увеличьте температуру окружающей среды. Если нужно медленнее, можно попытаться ее понизить.
- Первичное отвердевание наступает через 14-24 часов, именно столько сохнет полиэфирная смола.
Сроки
Практически независимо от того, «холодный» или «горячий» процесс используется для отверждения полиэфирной смолы, основные стадии выглядят примерно так:
- Желатинизация. Наступает через 40-120 минут после окончательного смешивания всех компонентов полиэфирного материала.
- Резиноподобная стадия. Может наступить через промежуток времени после смешивания всех компонентов от 2 до 12 часов.
- Твердая стадия-1. Материал застыл, при воздействии твердым предметами следов не остается или они еле заметны. Но летучие фракции в материале присутствуют и медленно диффундируют из монолита наружу.
- Твердая стадия-2. Наступает от 15 до 25 дней после смешивания первичных компонентов. Все свободные радикалы полимерных цепочек отвердителя зафиксировались в новом окончательном и неизменном положении.
Окончательный процесс Твердой стадии-2 можно укоротить, если материал будет подвергаться воздействию высокой температуры в термокамере или специальным отопительными приборами в помещении, позволяющим обеспечить температурный режим порядка 80-100°C градусов в течение полутора-двух часов.
Если же имеете дело со стеклотканью, пропитанной полиэфирным смолами, то при 100°C градусов нужно выдерживать изделие уже 6 часов. В этих случаях Твердую стадию-2 можно обеспечить за 6-7 дней.
В случае применения форм для объемных отливок нужно помнить, что после начала процесса желатинизации никаких манипуляций со смолой делать уже нельзя. Этим вы нарушите начавшийся процесс образования под действием свободных радикалов отвердителя длинных сополимерных цепочек, а восстановлению они уже не поддадутся.
«Индикатором» наступления той или иной стадии процесса отверждения обычно служит изменение цвета полиэфирного компаунда. Какой именно цвет меняется на какой, об этом всегда подскажет инструкция, размещаемая на упаковке полиэфирного материала. Но чтобы не ошибиться и не испортить большой объем разведенной со всем компонентами смолы, делайте замесы небольшого количества материала, не более литра. Так вы успеете исполнить все задуманное и избавьте себя от лишних финансовых трат в случае порчи материала.
Хорошим признаком правильности начавшихся после смешивания всех компонентов в смоле процессов будет также значительное повышение температуры рабочего раствора.
Загрузка...
