Badania powłok lakierowych o podwyższonej odporności na oddziaływania promieniowania UV i wody oraz podwyższonej odporności korozyjnej
Powłoki lakierowe stosowane do antykorozy nego zabezpieczania konstrukcji metalowych eksploatowanych w warunkach atmosferycznych, obok innych czynników środowiskowych, w głównej mierze, narażone są na destrukcyjne oddziaływanie promieniowania słonecznego, a zwłaszcza jego wysokoenergetycznej składowej, tj. promieniowania ultrafioletowego.
Odporność powłok lakierowych na destrukcyjne oddziaływanie promieniowania UV zależy w głównej mierze od rodzaju stosowanych substancji błonotwórczych, pigmentów barierowych (ekranujących), odbijających, promieniowanie UV,oraz od dodatków specjalnych, w tym fotostabilizatorów neutralizujących działanie promieniowania słonecznego. Docierające do powierzchni ziemi światło słoneczne składa się z promieniowania podczerwonego (IR), widzialnego (VIS) i promieniowania ultrafioletowego, głównie UV-A (315 ÷ 400 nm.) oraz małej ilości UV-B (280 ÷ 315 nm.). Promieniowanie o podobnej charakterystyce stosowane jest obecnie w komorach klimatycznych z lampą ksenonową. Z całego zakresu promieniowania słonecznego jedynie promieniowanie UV posiada energię dostatecznie wysoką, aby powodować zmiany destrukcyjne w powłokach lakierowych. Malejące ochronne działanie warstwy ozonowej powoduje stały wzrost zawartości promieniowania UV-B w świetle słonecznym. Wykonane badania własne wykazały, że nowej generacji powłoki lakierowe, a zwłaszcza powłoki poliuretanowe, charakteryzujące się wysoką odpornością na oddziaływanie promieniowania UV, nie wykazują znaczących zmian destrukcyjnych po badaniach w komorach klimatycznych wyposażonych w lampy ksenonowe. Ponadto w powłokach lakierowych o podwyższonej odporności na działanie promieniowania UV powszechnie stosowane są różnego rodzaju pigmenty barierowe i wypełniacze oraz fotostabilizatory, które znacząco zwiększają ich odporność na działanie światła słonecznego. W celu dokonywania właściwej oceny i selekcji powłok lakierowych o wysokiej odporności na oddziaływanie promieniowania UV, w Pracowni Badań Korozyjnych Instytutu Elektrotechniki we Wrocławiu opracowano własną metodę przyspieszonych badań laboratoryjnych o znacznie podwyższonej energii napromienienia. W metodzie tej zastosowano komorę klimatyczną wyposażoną w dwie lampy rtęciowo-kwarcowe, emitujące wysokoenergetyczne promieniowanie UV z udziałem promieniowania UV-C (180 ÷ 280 nm.). Zastosowana metodyka badań pozwala na właściwą ocenę trwałości badanych różnych typów powłok lakierowych po względnie krótkim czasie ich narażania. Jednocześnie metoda ta umożliwia właściwą ocenę skuteczności działania zastosowanych w powłokach lakierowych fotostabilizatorów i pigmentów ekranujących.
Absorbery i fotostabilizatory
W celu zwiększenia odporności powłok lakierowych na oddziaływanie promieniowania słonecznego, opracowano szereg preparatów organicznych, które dodawane do spoiw w ilościach 0,1÷0,5 % mas. powodują transformację wysokoenergetycznego promieniowania UV w nieszkodliwe dla cząsteczek polimeru promieniowanie cieplne (absorbery). Należą do nich między innymi benzotriazole, pochodne benzofenonu itp. Jednocześnie z absorberami promieniowania UV w powłokach lakierowych stosuje się w ilości ok. 0,5% mas. dezaktywatory wolnych rodników, które zakłócają mechanizm fotodestrukcji łańcuchów polimerowych substancji błonotwórczych. Absorberami promieniowania UV mogą być związki chemiczne zawierające grupy chromoforowe o dużym współczynniku absorpcji. Energia wzbudzenia tych związków zostaje rozproszona lub zużyta w nieszkodliwych dla polimeru procesach izomeryzacji lub przeniesienia atomu wodoru. Przykładem takiego związku jest podstawiony ohydroksybenzofenon, zawierający wewnątrzcząsteczkowe wiązania wodorowe. Substancjami zapobiegającymi lub opóźniającymi utlenianie polimerów podczas procesów ich fotodegradacji są związki chemiczne dezaktywujące wolne rodniki lub reagujące z powstającymi jako produkty pośrednie wodoronadtlenkami. Szczególne znaczenie w przemyśle farb i lakierów mają aminy heterocykliczne posiadające duże podstawniki stanowiące przeszkody przestrzenne. Tę grupę związków zwyczajowo nazywa się HALS, od skrótu angielskiej nazwy Hindered Amine Light Stabilisers. Fotodegradacja stabilizowanych odpowiednimi dodatkami spoiw polimerowych, charakteryzuje się określonym czasem indukcji. Im dłuższy okres indukcji, tym proces intensywnej fotodegradacji polimeru jest bardziej przesunięty w czasie. W okresie indukcji stosowany fotostabilizator ulega stopniowemu zużyciu. Po całkowitym wyczerpaniu fotostabilizatora następuje gwałtowny wzrost intensywności procesu degradacji łańcuchów polimerowych substancji błonotwórczej (rys 1).
Rys. 1. Zmiana wybranej właściwości polimeru pod wpływem promieniowania UV,: I-niestabilizowanego, II i III- z dodatkiem dwóch różnych fotostabilizatorów.
Mechanizm utwardzania powłok lakierowych
Farby nałożone na powierzchnię metalu tworzą powłokę ochronną w wyniku zachodzących następujących procesów fizyko-chemicznych:
