Badanie Powłok

W poprzednim tekście przedstawiono charakterystykę powłoki cynkowej jako podłoża do malowania. Omówiony został wpływ poszczególnych czynników na adhezję powłoki lakierowej do cynku: problematyka składu chemicznego i właściwości stali, parametrów procesu cynkowania ogniowego oraz zmian właściwości powierzchni powłoki cynkowej wynikające z jej sezonowania w warunkach eksploatacyjnych [1].
W celu uzupełnienia tematu dziś zajmiemy się mechanizmami adhezji wyrobów lakierowych do ocynkowanego podłoża oraz omówieniem praktycznych aspektów badań przyczepności poszczególnych rodzajów farb stosowanych do malowania konstrukcji ocynkowanych.

Z czego wynika przyczepność powłoki lakierowej do podłoża?

Opracowania naukowe dotyczące przyczepności wyrobów lakierowych do podłoża prezentują kilka jednocześnie działających mechanizmów adhezji.

Jednym z nich jest mechanizm adsorpcyjny. Polega on na oddziaływaniu polarnych sił międzycząsteczkowych van der Waalsa, występujących pomiędzy powierzchnią podłoża, którym w przypadku systemów duplex jest powłoka cynkowa, a powłoką organiczną. Odległość oddziaływania sił jest bardzo ograniczona (rzędu 0,5 nm) [2], dlatego dla mechanizmu adsorpcyjnego bardzo istotne są zjawiska zwilżania powierzchni podłoża przez wyroby lakierowe oraz napięcie powierzchniowe pomiędzy różnymi fazami. Aby umożliwić dobre zwilżanie, podłoże musi mieć większą energię powierzchniową od ciekłej farby. Nie stanowi to problemu dla oczyszczonego podłoża metalicznego, jednak zanieczyszczenia organiczne bardzo utrudniają lub nawet uniemożliwiają odpowiednie zwilżanie. Dlatego przed malowaniem tak istotne jest dokładne przygotowanie powierzchni oraz zachowanie czystości podczas aplikacji farb.
Inny proponowany mechanizm adhezji ma charakter wiązań chemicznych. Niektóre wyroby lakierowe mają w swoim składzie polimery zawierające grupy funkcyjne (hydroksylowe lub karboksylowe) tworzące z cząsteczkami podłoża wiązania o charakterze kowalencyjnym. Posiadają one wyższą energię wiązania niż oddziaływania van der Waalsa. Tego typu zjawiska są charakterystyczne dla farb epoksydowych oraz poliuretanowych i decydują o ich bardzo dobrej przyczepności do metalicznego podłoża stali surowej oraz stali ocynkowanej ogniowo [3].
Można również zaproponować mechanizm adhezji oparty na połączeniu mechanicznym. Przyczepność warstwy lakierowej do podłoża cynkowego następuje w wyniku zakotwiczeń materiału polimerowego w mikronierównościach powierzchni. Proponowany jest również „efekt przyssawki”, powstającej w wyniku zamykania powietrza w mikronierównościach profilu geometrycznego powierzchni podłoża przez materiał polimerowy, która w wyniku reakcji fizykochemicznych (polimeryzacji i odparowywania rozpuszczalników) zmniejsza swoją objętość, wytwarzając podciśnienie w mikroszczelinach [4]. Dlatego często przed malowaniem przygotowanie powierzchni prowadzone jest metodami mechanicznymi poprzez omiatanie. Oprócz większego rozwinięcia powierzchni pod wpływem obróbki strumieniowo-ściernej, następuje aktywacja w warstwie wierzchniej metalu podłoża i wytwarzane są ładunki elektrostatyczne sprzyjające polaryzacji sąsiednich łańcuchów polimerów, zwłaszcza ich grup funkcyjnych, stając się dodatkową przyczyną ich przyciągania do podłoża [2, 3].