День: 17.01.2023

17Янв

Что такое адгезия краски: что это и как ее увеличить?

17 Янв 2023 alexxlab Комментировать

Адгезия покрытия, водоразбавимые краски, высокая адгезия полимеров

Поиск Вход

8 800 222 45 47

Пн-Пт 9:00-18:00

… почему краска PaliPlast RP, ложась на ПВХ, имеет высокую адгезию, становиться одним целым с полимером? Интересует сама природа процесса адгезии, ведь в составе краски нет растворителей.

Ответ на вопрос о причине высокой адгезии водоразбавимых покрытий можно дать только через понимание природы и механизма возникновения сил взаимодействия лакокрасочного покрытия с окрашиваемой поверхностью, природы адгезии между полимерами лакокрасочного покрытия и профиля.

Сцепление декоративного покрытия с окрашиваемым полимером в первую очередь характеризуется адгезией.

Адгезия – это сила сопротивления против механического отделения полимера лакокрасочного покрытия от поверхности, которая последним окрашена.

Не смотря на, казалось бы, примитивное определение адгезии лакокрасочного покрытия, явление адгезии имеет довольно сложную природу и складывается из нескольких составляющих.

Основные модели, описывающие адгезию – механическая и специфическая, последнюю также часто называют химической.

Ни одна из моделей не даёт полного представления о явлении адгезии, и на практике (например, окраска ПВХ профиля или покраска стекла) мы сталкиваемся с сочетание сил, которые имеют и механическую и химическую природу.

Механическая составляющая адгезии

Основная концепция механической модели состоит в том, что при окраске лакокрасочный материал (ЛКМ) механически заполняет (затекает в) неровности и поры окрашиваемого полимера (ПВХ).

В процессе высыхания лакокрасочное покрытие, опять же механически, цепляется за неровности полимера.

Таким образом, чем более пористой будет поверхность полимера, или другими словами, чем больше эффективная (истинная, а не геометрическая) поверхность окрашиваемого материала, тем более высокой будет механическая адгезия.

Количественная оценка сил механической адгезии (силы механической адгезии – ориентационные, индукционные, дисперсионные и т. д.) – 2-20 kJ/mol.

Растворители, которые находятся в органоразбавимых ЛКМ, проникая вглубь пластика, может способствовать повышению значения эффективной поверхности. Но для повышения эффективной поверхности не нужно пропитывать «весь профиль», деформирование поверхности пластика происходит на толщине менее одного микрона.

Более того, избыточное пропитывание профиля органическим растворителем будет приводить к ухудшению адгезии, поскольку при испарении растворитель будет «выталкивать» ЛКМ из пор пластика. Наличие органических растворителей в краске не приводит к повышению адгезии.

Специальные промышленные водоразбавимые краски по пластикам, в том числе и краска для ПВХ, в своём составе содержат высоко эффективные химические материалы, основной задачей которых, является повышение значения эффективной поверхности пластика – повышение пористости поверхности полимера.

Притом эффективность (или, если угодно, агрессивность) таких добавок, как минимум не ниже, а то и существенно выше органических растворителей.

Механическая адгезия на ПВХ у специализированных водоразбавимых и органоразбавимых красок имеет одинаковую природу возникновения и их силы взаимодействия с поверхностью, как минимум, одинаковы.

Химическая составляющая адгезии красок

Вторая группа сил, составляющих адгезию, имеют химическую природу. Это межмолекулярное взаимодействие окрашиваемого полимера (подложки) и лакокрасочного полимера (покрытия).

Это прямое химическое взаимодействие (химическая реакция) функциональных групп лакокрасочного полимера с реакционно-активными группами полимера подложки.

Таким образом, на разделе фаз подложки и лакокрасочного покрытия формируется промежуточный молекулярный слой, который одновременно принадлежит и подложке и ЛКМ. Другими словами, – «краска и ПВХ профиль становятся единым целым», формируется промышленное покрытие.

Количественная оценка сил химического взаимодействия (химическая адгезия – ионные и ковалентные химические связи) – 600­6000 kJ/mol.

Таким образом, химическая адгезия в десятки и сотни раз прочнее механической адгезии.

Из школьных учебников известно, что вероятность возникновения и скорость протекания химических реакций в полярных средах на несколько порядков выше, чем в неполярных.

Водоразбавимые и органоразбавимые краски являются полярной и неполярной средами соответственно.

И если в случае с физической адгезией органоразбавимые и водоразбавимые краски сравнимы, то по силе химической адгезии водоразбавимые лакокрасочные материалы в несколько раз превышают органоразбавимые ЛКМ.

вопросы

© Palina Coatings 2000‐2022

Адгезия покрытий

Киевский научно-исследовательский институт независимых экспертиз  проводит комплекс работ по контролю адгезии на всех стадиях выполнения ремонтно-строительных работ:

  • определение адгезия лакокрасочного покрытия, измерение адгезии краски, клеящего вещества на этапе закупки материалов;
  • проверка адгезии, испытания на адгезию в процессе выполнения отделочных работ, контроль качества укладки плитки, технадзор за проведением ремонтных работ;
  • использования метода адгезии при проведении экспертизы отделочных работ (в том числе судебной)

Адгезией при проведении отделочных работ называют способность краски или другого отделочного материала «прилипать» к поверхности.  Адгезия покрытий – одно из свойств клеящих веществ, лаков, красок. При низкой адгезии краска шелушится и отслаивается от стены, потолка; не держится на стене керамическая плитка, если использован плиточный клей, адгезия которого не высока.

Безусловно, прочность склеивания различных материалов зависит не только от качества клея или краски. Также необходимо соблюдение технологии при окрашивании (просушить, обеспылить, обезжирить поверхность), при укладки плитки и т.д.

При выполнении ремонтно-строительных работ собственник не всегда может объективно оценить качество отделочных работ до тех пор, пока не столкнется с видимыми и явными дефектам. Если через некоторое время в краске обнаруживаются трещины, краска или лак начинает отслаиваться, то это означает, что при выполнении работ не была соблюдена технология или качество краски, клея, лака не соответствует заявленному. То же самое можно сказать про качество укладки плитки. Если плитка не держится на стене, это означает что сила адгезии клеящего вещества очень мала и не соответствует ГОСТ по адгезии. 
Особого внимания заслуживает также адгезия к бетону, так как при нанесении штукатурки и других отделочных материалов непосредственно на бетонное основание нужно учитывать влажность, температурный режим и множество других факторов. Только при соблюдении всех необходимых условий можно достигнуть высокой адгезии.

В ходе испытаний определяются прочность сцепления покрытий из керамической плитки, штукатурки, защитных, фактурных, лакокрасочных покрытий с основанием.
Строительные лаборатории в рамках выполнения исследований оснащены всем необходимым оборудованием для проведения контроля качества отделочных работ, в том числе проведения испытаний на адгезию различных материалов. Одним из основных приборов определения адгезии является Адгезиметр, который учитывает множество различных показателей. Его используют при проведении следующих видов контроля качества работ:

  • контроль качества отделочных работ;
  • контроль качества защитных покрытий;
  • контроль качества укладки плитки, сцепления с поверхностью;
  • контроль качества штукатурных работ.

Адгезиметр  ОНИКС-АП NEW (0…10кН)
Предназначен для измерения прочности сцепления керамической плитки, штукатурки, защитных фактурных лакокрасочных покрытий с основанием, методом нормального отрыва стальных дисков или пластин,
Прибор применяется при оценке качества защитных покрытий и отделочных работ на объектах строительства, предприятиях стройиндустрии, в лабораториях, мебельном, деревообрабатывающем и лакокрасочном производстве, при обследовании, реконструкции сооружений.

Сущность метода
Метод состоит в измерении силы необходимой для отрыва покрытия  от поверхности конструкции в направлении перпендикулярном плоскости покрытия, с помощью металлического диска или пластины и динамометра (измерителя).

Экспертиза отделочных работ оформляется в виде технического отчета по результатам проведенных испытаний. Все виды контроля качества работ и испытания проводятся опытными специалистами, имеющими высшее профессиональное образование, постоянно повышающими свою квалификацию. При проведении испытаний используются точные методы определения адгезии и высококлассное оборудование, прошедшее все необходимые поверки и калибровки и аттестованное в соответствии с (ГОСТ) (ДСТУ). 
Испытание проводятся лабораториями в соответствии с (ДСТУ)ГОСТ «Методы испытаний адгезии защитных покрытий»

Теории, типы и методы испытаний

  1. Что такое адгезия покрытий?
  2. Теории адгезии
  3. Нарушение адгезии
  4. Факторы, влияющие на адгезию
  5. Методы достижения хорошей адгезии
  6. Методы испытаний для оценки адгезии

Что такое адгезия покрытий?

Адгезия покрытия относится к прочной связи между покрытием и подложкой вещества.

Адгезия является одним из важнейших свойств лакокрасочной промышленности, которое обеспечивает длительное сцепление покрытия (или пленки краски) с поверхностью, особенно в агрессивных условиях. Характер адгезии имеет прямое отношение к долговечности и качеству покрытия.

 Важным требованием для большинства покрытий и красок является то, что они образуют прочную связь и прочно прилипают к подложке в течение длительного времени после завершения отверждения и формирования пленки*. Прочность сцепления между покрытием и подложкой зависит от двух свойств материала, которые включают:

  • Адгезия – прочность сцепления клея с поверхностью подложки
  • Когезия – прочность связи между частицами клея

* Образование пленки играет ключевую роль в адгезии. При отверждении несколько факторов, таких как усадка и образование пленки под давлением.

Адгезия покрытия к подложке

Ключевые элементы, определяющие адгезию покрытий и красок к подложке, включают:

  • Интерфейс подложка-покрытие
  • Состав покрытий и красок
  • Пленкообразование (должно быть таким, чтобы граница раздела становилась максимально прочной)

Факты, которые нужно знать!


Связующее вещество или смола  в составе краски является нелетучим пленкообразующим компонентом. Обеспечивает адгезию к основанию и сцепление с пленкой краски. Тип связующего влияет на образование пленки, прочность пленки и другие свойства (физические или химические).

Теории адгезии

Многие теории объясняют механизм адгезии. Основными теориями, на основании которых происходит адгезия, являются:

  • Теория адсорбции – сила притяжения между поверхностными молекулами и сцепленными на их границах раздела, т. е. межмолекулярные силы.
  • Теория хемосорбции – Расширение теории адсорбции, согласно которой адгезия возникает при образовании химических связей на поверхности раздела.
  • Механическая блокировка – молекулярная блокировка вокруг неровностей на поверхности/подложке.
  • Электростатика (электронная) Теория. Электроны переносятся с одной поверхности на другую, создавая разнородные заряды, создавая силу притяжения.
  • Теория диффузии – Адгезия полимерных материалов к взаимопроникновению цепей на границе раздела.

ПРИМЕЧАНИЕ: Ни одна теория не объясняет адгезию в общем и всеобъемлющем виде. Некоторые теории применимы для определенных субстратов и приложений, в то время как другие теории различаются в зависимости от различных обстоятельств.

Теория адсорбции

Согласно теории адсорбции, два материала прилипают друг к другу из-за сил притяжения между молекулами материалов. Развиваемые поверхностные силы обозначаются как вторичные или силы Ван-дер-Ваальса. Чтобы эти силы развивались, молекулы краски должны установить тесный молекулярный контакт с поверхностью подложки. Кроме того, кислотно-щелочные взаимодействия и водородные связи также могут вносить вклад в внутренние силы адгезии.

Теория поглощения

Для получения хорошей адсорбции важно, чтобы установил непрерывный контакт между пленкой краски и клеем , чтобы имели место сила Ван-дер-Ваальса или кислотно-щелочное взаимодействие, или и то, и другое. Это может быть достигнуто с помощью явления, известного как «смачивание».

Полное самопроизвольное смачивание происходит, когда контактный угол = 0° или когда материал равномерно распределяется по подложке, образуя тонкий слой. Смачивание предпочтительно, когда:

  • Поверхностное натяжение подложки, более известное как критическая поверхностная энергия C, высокое
  • Поверхностное натяжение смачивающей жидкости низкое

Теория хемосорбции

Теория хемосорбции основана на механизме химической связи, объясняющем, что первичные химические связи могут образовываться на поверхности раздела. Химические связи вносят значительный вклад в внутреннюю адгезию.

Усилители адгезии действуют в соответствии с теорией хемосорбции. Активаторы адгезии функционализированы на одном конце для взаимодействия с подложкой, а на другом конце для взаимодействия с покрытием.

Теория хемосорбции

Механическая блокировка

В соответствии с механической теорией адгезии для обеспечения оптимальной адгезии пленка краски должна:

  • Проникать в полости на поверхности
  • Удалите захваченный воздух на границе раздела
  • Механическая фиксация к основанию

Механическая блокировка

Один из способов, которым шероховатости поверхности помогает в адгезии за счет увеличения общей площади контакта между краской и адгезивом. Таким образом, механическая теория обычно учит, что придание шероховатости поверхностям полезно, поскольку оно:

  • придает «зубья» подложке (механическое зацепление) и
  • Увеличивает общую эффективную площадь, на которой могут развиваться силы сцепления.

Придание шероховатости эффективно только в том случае, если покрытие хорошо смачивает поверхность.

Получите подсказок, чтобы улучшить сцепление ваших красок, лаков и других материалов на металлических подложках за счет более точного определения характеристик поверхностей с помощью умного сочетания AES, SIMS и XPS.

Электростатика (электронная) Теория

Электростатическая теория утверждает, что электростатические силы формируются на границе раздела покрытие-адгезия. Электростатические силы объясняют сопротивление разделению. Теория показала, что электрические разряды возникают, когда покрытие отрывается от подложки.

Электростатическая адгезия считается доминирующим фактором адгезии биологических клеток и частиц.

Электростатическая теория

Диффузионная теория

Фундаментальная концепция теории диффузии предполагает, что адгезия происходит за счет взаимной диффузии молекул покрытия и адгезии. Теория диффузии в первую очередь применима, когда и покрытие, и адгезив являются полимерными, имеющими совместимые длинноцепочечные молекулы, способные к движению. Склеивание растворителем или термосварка термопластов происходит в результате диффузии молекул.

Теория диффузии

Примечание: Электростатическая и диффузионная теории адгезии, как правило, не так высоко оцениваются, как другие теории в общей практике склеивания. Однако есть определенные приложения, где они очень важны и помогают объяснить, почему образуются связи.

Нарушение адгезии в покрытиях

Обладая сильной адгезией, покрытие может предотвратить повреждение поверхности. Одним из ярких примеров является использование покрытий для защиты от коррозии 9.0027 .

Однако после длительного воздействия внешних факторов, таких как вода, влажность и УФ-излучение, адгезия покрытия может ухудшиться. Также неправильный подбор покрытий для поверхности, несовместимость покрытия с поверхностью и неправильная подготовка поверхности могут привести к нарушению адгезии покрытий.

Основные типы нарушения адгезионных связей между покрытиями и подложкой:

Разрушение адгезии Когезионный отказ

Клей (отказ на интерфейсе)

 Когезионный (отказ внутри клея)

Пограничный (отказ из-за чего-то определенного (например, гидролиза) на границе раздела)
Подложка (обрыв внутри подложки)

Ближний интерфейс (предполагает, что адгезив и клей локально воздействуют друг на друга)
Диссипативный (отказ после (большого) поглощения энергии в адгезивной системе)

Наука о адгезии: принципы и практика Стивен Эбботт


Хотя возможна потеря адгезии между покрытием и подложкой, когезионное повреждение в слабом пограничном слое также является обычным явлением.

Теория слабого пограничного слоя

Согласно теории слабого пограничного слоя, когезионный разрыв слабого пограничного слоя является основной причиной разрушения связи на границе раздела.

В большинстве случаев дефекты покрытия возникают в результате когезионного разрушения слабого пограничного слоя. Слабые пограничные слои могут возникать из-за краски, адгезии, окружающей среды или комбинации любого из трех факторов.

Слабые граничные слои могут образовываться на пленке краски или прилипать, если примесь концентрируется вблизи поверхности склеивания и образует слабое сцепление с подложкой.

Помимо внешнего загрязнения, другими основными факторами, ответственными за слабые пограничные слои, являются:

  • Коррозия или оксидные слои на металлических поверхностях
  • Низкомолекулярные компоненты, такие как антиадгезивы и пластификаторы на полимерных поверхностях

Как удалить слабые граничные слои

Слабые граничные слои должны быть удалены физическими или химическими средствами, чтобы не было слабых звеньев в пленкообразовании, которые могли бы способствовать преждевременному нарушению адгезии покрытия.

Полное самопроизвольное смачивание происходит, когда контактный угол = 0° или когда материал равномерно распределяется по подложке, образуя тонкий слой. Смачивание предпочтительно, когда поверхностное натяжение подложки, более известное как критическая поверхностная энергия C, высокое, а поверхностное натяжение смачивающей жидкости низкое.


Решение проблем с адгезией покрытий и красок

Пройдите курс нашего отраслевого эксперта Йохума Битсма (Jochum Beetsma) по решению реальных проблем адгезии покрытий (слабые граничные слои, плохое смачивание, недостаточная шероховатость, отсутствие сильных взаимодействий и стресса…) и устраните их с помощью экспертных решений.


Факторы, влияющие на адгезию

Существует несколько факторов, которые приводят к нарушению адгезии между пленкой краски/покрытием и основанием, как указано ниже.

  • Плохая очистка подложки, когда загрязнения, которые не полностью удалены с подложки, препятствуют сцеплению покрытия с поверхностью подложки.
  • Профиль поверхности, такой как гладкие поверхности, которые плохо держат покрытия.
  • Несоответствующее смачивание покрытия на подложке, влияющее на сцепление с поверхностью и правильную адгезию.
  • Недостаточное сшивание или неотвержденное покрытие/переотверждение покрытий, приводящее к плохой адгезии покрытия к поверхности подложки.
  • Внешние факторы окружающей среды, такие как вода, влажность, УФ-облучение и т. д.

Эти факторы могут привести к нескольким поверхностным дефектам и, следовательно, к нарушению адгезии. Некоторые распространенные дефекты поверхности:

  • Вздутие — возникает при погружении предмета с покрытием в воду. Пузыри представляют собой куполообразные дефекты, появляющиеся на поверхности. Образование пузырей вызывается водорастворимыми материалами внутри или под покрытием, быстрым высыханием покрытия или химическим воздействием.
  • Отслаивание – Снижение прочности сцепления пленки краски из-за загрязнения или несовместимости покрытий.
  • Отслаивание – Приводит к отделению краски от основы.
  • Подрезка – Включает накопление коррозии под покрытием.

Методы достижения хорошей адгезии

Для улучшения адгезии преобладающее значение имеют следующие факторы:

  • Смачивание поверхности
  • Обработка поверхности
  • Структура склеиваемых материалов

Кроме того, различные добавки влияют на физические/механические свойства, которые, в свою очередь, могут улучшить или ухудшить адгезию покрытия, как указано здесь.

Добавка Функция
Активаторы адгезии
  • Способствует улучшению адгезии
  • Имеют сродство к подложке и нанесенному покрытию для формирования постоянного и прочного сцепления
Пластификаторы
  • Смягчают связующие, используемые в красках и покрытиях, и улучшают их эластичность
  • Повышенная гибкость повышает устойчивость покрытия к механическому удару в процессе нанесения покрытия, тем самым сводя к минимуму любой потенциальный отказ
Растворители
  • Летучий компонент, снижающий вязкость связующего
  • Увеличьте время высыхания покрытия, чтобы свести к минимуму образование пузырей и избежать нарушения адгезии
Пигменты и наполнители
  • Придание физических свойств, таких как твердость и водостойкость
Смачивающие агенты
  • Поверхностно-активные вещества на основе полисилоксанов, поверхностно-активные вещества на основе фтора и специальные смачивающие агенты преодолевают локальные различия в поверхностном натяжении или смачивают поверхность подложки для улучшения адгезии

Повышение адгезии покрытий

Пройдите курс нашего отраслевого эксперта Эдварда М. Петри, чтобы узнать, как способствовать и поддерживать хорошую адгезию и долговечность клеев, покрытий и красок , лучше понимая науку о адгезии и то, как она проявляется в выборе рецептуры и процессов.


Методы испытаний для оценки адгезии

Можно использовать несколько методов, чтобы определить, насколько хорошо покрытие приклеивается к подложке, что позволяет покрытию работать хорошо. При реализации любого метода испытаний важно учитывать, является ли нарушение связи адгезивным (разрыв на границе раздела покрытие/подложка) или когезионным (разрыв в пленке покрытия или подложке).

Основные методы, используемые для проверки адгезии краски, включают:

  • Испытание на поперечное надрезание
  • Испытание на царапание
  • Испытание на отрыв

№1. Испытание на поперечное надрезание


ASTM D3359 — Стандартные методы испытаний для оценки адгезии с помощью клейкой ленты

Эти методы испытаний охватывают процедуры для оценки адгезии пленок покрытий к металлическим подложкам путем наложения и удаления чувствительной к давлению ленты поверх надрезов, сделанных в пленке.

Этот метод испытаний аналогичен по содержанию (но не эквивалентен технически) стандарту ISO 2409..

Испытание поперечным надрезом
(Источник: BYK)

#2. Испытание на царапание


ASTM D2197 — Стандартный метод испытаний на адгезию органических покрытий методом царапанья

Этот метод испытаний определяет адгезию органических покрытий, таких как краска, лак и лак, при нанесении на гладкие и плоские (плоские) поверхности панели.

Испытываемые материалы наносятся на гладкую подложку одинаковой толщины. После высыхания адгезия определяется путем проталкивания панелей под закругленный стержень или петлю, которые нагружаются в возрастающих количествах до тех пор, пока покрытие не будет удалено с поверхности подложки.

№3. Испытание на отрыв


ASTM D4541 — Стандартный метод испытания прочности покрытий на отрыв с использованием портативных тестеров адгезии

Этот метод испытаний охватывает процедуру оценки прочности на отрыв (обычно называемой адгезией) покрытия на жестких подложках, таких как металл, бетон или дерево.

Метод оценивает адгезию одного или нескольких покрытий к гладкой поверхности путем приложения растягивающего напряжения (а не напряжения сдвига, измеренного в предыдущих двух испытаниях) от тележки к поверхности. Нагрузку медленно увеличивают до тех пор, пока тележка вместе со слоями клея не будет удалена. Он эквивалентен стандарту ISO 4624.

Тест на отрыв

Выберите правильный усилитель адгезии

Вы ищете подходящий усилитель адгезии для своего состава? Получите глубокие знания об усилителях адгезии, их типах, методах испытаний и критериях выбора, чтобы выбрать лучшие добавки для достижения идеальной адгезии.

Имеющиеся в продаже усилители адгезии, подходящие для покрытий


ASTM Испытания на адгезию красок – Прикладные технические услуги

Перейти к содержимому

Насколько хорошо краска прилипает к основанию, зависит от взаимодействия между двумя материалами во время нанесения. Прочность связи между подложкой и краской определяет, насколько хорошо она будет противостоять характеристикам своего непосредственного окружения. Последствия адгезионной прочности трудно заметить невооруженным глазом. Следовательно, испытание ASTM на адгезию краски необходимо, чтобы определить, будет ли краска работать в соответствии с отраслевыми стандартами в течение срока ее службы.

Испытание на адгезию краски определяет минимальное усилие, необходимое для нарушения адгезии. В ATS мы также предлагаем анализ разрушения покрытия, работая с различными отраслями, включая, помимо прочего, автомобильную, военную, ядерную, текстильную, потребительскую и государственную инфраструктуру.

При оценке стойкости красок мы проводим три основных испытания на адгезию краски: