Начиная с середины прошлого века, учеными-химиками, как западными, так и российскими, было написано большое количество статей о процессе использования (окраски) эпоксидных ЛКМ в условиях повышенной влажности, а также при отрицательных показателях термометра.
Исследователи так и не пришли к единому мнению, и до начала 80-х годов было даже установлено температурное ограничение в +4°С, которое требовалось соблюдать при нанесении эпоксидных покрытий. Это было связано с тем, что при большем занижении температуры процесс отверждения материалов останавливался. В связи с тем, что в северных регионах при таких условиях окрасочный сезон продолжается не более трех месяцев, актуальность вопроса о работе с эпоксидными материалами остается по-прежнему высокой для российских и западных проектов.
Длительные научные исследования, модернизация оборудования и инновационные методы производства ЛКМ позволили найти оптимальное решение данного вопроса. Разработка уникальной композиции эпоксидных смол и внедрением в состав отвердителей оснований позволяет работать при отрицательных температурах до -18°С. Если говорить о химических процессах, то отверждение стало возможно в условиях пониженных температур и повышенной влажности. Проблема полностью не решена, но продление сезона окрашивания даже на 1-2 месяца уже является ощутимым фактором, экономическое влияние которого исчисляется миллионами рублей.
При этом следует строго соблюдать рекомендации производителя и контролировать технологию нанесения покрытий. Использование эпоксидных ЛКМ ниже указанного порога нецелесообразно, поскольку в данном случае будет происходить замерзание краски и испарение растворителя.
Стадии отверждения эпоксидных покрытий
Рассмотрим подробнее, как благодаря внедрению оснований Манниха, удалось добиться таких показателей. В качестве примера приведем эпоксидные красители с аминными отвердителями. Для более удобного восприятия разобьем технологический процесс на отдельные стадии (Рисунок 1):
1. Стадия А
На данном этапе эпоксидные смолы смешиваются с отвердителями до однородного состояния. При этом процесс сшивки еще не начинается. Молекулы обладают высокой подвижностью, а сама смесь имеет низкую вязкость.
2. Стадия Б
· На стадии Б происходит образование последовательно линейной и разветвленной структур за счет реакции между эпокси-группами полимерных материалов и аминными группами отвердителей.
· Образование вторичных аминных аддуктов –NHСН2СН(OH)– и линейной полимерной структуры происходи в результате вступления в реакцию эпоксидных групп полимеров с первичными аминами –NH2.
· После того, как в системе произойдет скопление аминных аддуктов, запускается процесс образования третичных аминов–N(СН2СН(ОН))2–. Происходит это путем их взаимодействия с еще одной группой эпоксидных полимеров.
· Третичные амины необходимы для запуска реакции сшивки, что значительно ускоряет весь процесс. Благодаря их наличию происходит испарение растворителей, молекулярная подвижность начинает снижаться, а вязкость постепенно увеличивается.
На протяжении всего процесса отверждения происходит образование гидроксильных групп. Взаимодействуя с активными полярными центрами, расположенными на поверхности, они образуют новые химические связи, наличием которых и определяется сцепление наносимого покрытия и самой поверхности (адгезия).
3. Стадия В
Данный этап можно охарактеризовать, как стадию гелеобразования. Здесь за счет сегментарной подвижности расположенные рядом полимерные структуры сшиваются. Во время сравнительно медленно протекающего процесса происходит формирование разветвленного полимера.
4. Стадия Г
На заключительной стадии происходит отверждение и образование неподвижной трехмерной структуры.
Рис. 1 Схема процесса отверждения эпоксидных покрытий с использованием типовых аминных отвердителей
Особенности окрашивания при отрицательных температурах
Несмотря на визуальную простоту процесса отверждения, приведенного на рисунке 1, обязательно требуется учитывать чувствительность вторичных аминов к температурному режиму. При понижении температуры до отметки +4°С, происходит значительное увеличение вязкости и остановка реакции отверждения. При добавлении такого фактора, как повышенная влажность, увеличивается риск «выпотевания» не вступивших в реакцию первичных аминов.
Поэтому если процесс окрашивания происходит в условиях минусовых температур и повышенной влажности, необходим строгий контроль определенных моментов:
· для высокой адгезии требуется хорошее смачивание поверхности эпоксидными ЛКМ;
· лакокрасочные материалы должны обладать достаточной вязкостью и достаточной скоростью протекания процесса сшивки (отверждения);
· требуется использование отвердителей, стойких при работе в условиях повышенной влажности.
Стоит обратить внимание, что минимальный интервал повторного окрашивания должен составлять не менее 2-х часов при +27°С и не менее 24 часов при температуре -7°С.