Materiały
W badaniach stosowano powłokę modelową, wytworzoną z chemoodpornej farby epoksydowej (czerwonej, tlenkowej). Główne składniki farby: żywica epoksydowa Epidian 5, pigmenty (czerwień żelazowa), napełniacze (siarczan baru, mikrotalk) oraz rozcieńczalnik (etyloglikol). Do sieciowania wyrobu użyto utwardzacz poliaminoamidowy, którego udział masowy w kompozycji wynosił 29,86%. Obiektami badań były trójwarstwowe powłoki uzyskane metodą natrysku na podłożu pozornym, którym była folia poliestrowa. Powłoki utwardzono w dwóch etapach: w temperaturze 20°C w ciągu 24 godzin, a następnie 0,5 godziny w temperaturze 120°C. Próbki kondycjonowano w ciągu 10 dni, w otoczeniu o temperaturze (23±2°C) i wilgotności względnej (50±5)%, zgodnie z wymaganiami normy PN EN 23270:1993.
Badano kinetykę zużywania powłoki w wyniku starzenia pod wpływem 5-procentowych wodnych roztworów kwasu siarkowego, wodorotlenku potasu i chlorku sodu, a także promieniowania ultrafioletowego, szoków termicznych oraz naturalnych warunków klimatycznych w ciągu 1008 h. Warunki starzenia przedstawiono w tabeli 1. Próbki po przeprowadzonym starzeniu myto w wodzie destylowanej i suszono w temperaturze 20°C w ciągu 24 godzin.
Ocena kinetyki starzenia powłok epoksydowych na podstawie badań DMA
Oceny kinetyki starzenia powłok epoksydowych dokonano na podstawie charakterystyk DMA, otrzymanych za pomocą urządzenia PL-DMTA MkII (Dynamic Mechanical Thermal Analyser) firmy Polymer Laboratories. W badaniach tych, próbki powłoki epoksydowej w postaci folii poddano wstępnemu statycznemu rozciąganiu przy naprężeniu 2,5±3,0 MPa, a następnie sinusoidalnym cyklom rozciągania o częstotliwości 1 Hz. Amplituda odkształceń wynosiła 16 µm. Powłokę badano w zakresie temperatury 0?200oC, przy szybkości ogrzewania 3°C/min.
Moduł zachowawczy E’ (dynamiczny moduł sprężystości) – przedstawiony na rysunkach 1 i 2 – odzwierciedla energię potencjalną, zgromadzoną podczas cyklu odkształcania przez materiały idealnie sprężyste. Natomiast tangens kąta przesunięcia fazowego – tan d, którego charakterystyki zawarto na rysunkach 3 i 4, odpowiada wartości stosunku modułu stratności E’’ do modułu zachowawczego E’, gdzie E’’ dynamiczny moduł lepkości, wyraża energię rozproszoną w postaci ciepła przez materiały idealnie lepkie podczas ich deformacji. Na podstawie przebiegu charakterystyki modułu zachowawczego E’ można wnioskować o zmianie gęstości usieciowania powłoki. W obszarze własności wysokoelastycznych tworzywa epoksydowego moduł sprężystości E’ ma bowiem wyższą wartość w układach o większej gęstości usieciowania [5,10,11,14,15]. Dla powłok starzonych wodnym roztworem kwasu siarkowego (rys.1) stwierdzono podwyższenie temperatury zeszklenia Tg oraz wartości modułu E’ (powyżej temperatury zeszklenia). Świadczyć to może o wzroście usieciowania tak starzonej powłoki [14]. Starzenie wodnym roztworem kwasu siarkowego w ciągu 1008 godzin powoduje podwyższenie Tg o 29°C. Natomiast pozostałe rodzaje starzenia powodują obniżenie temperatury zeszklenia, najmniejsze (o 7°C) dla powłoki starzonej pod wpływem 5-proc. wodnego roztworu wodorotlenku potasu, zaś największe (o 12°C) dla powłoki starzonej promieniowaniem ultrafioletowym (rys. 3). Pogorszenie właściwości sprężystych oraz obniżenie temperatury zeszklenia w wyniku starzenia promieniowaniem ultrafioletowym, szokami termicznymi oraz pięcioprocentowym wodnym roztworem wodorotlenku potasu lub chlorku sodu, a także pod wpływem naturalnych warunków klimatycznych (rys.1 i 2), dokumentuje degradację powłoki [5,14-17]. Zaobserwowane obniżanie piku krzywej tangensa kąta przesunięcia fazowego (tan d) (rys. 3 i 4) – w miarę wzrostu czasu starzenia – również dokumentuje postępujące starzenie tworzywa epoksydowego [9,10,12,14-17]. Stwierdzono, że rodzaj starzenia miał istotny wpływ na wartość wydłużenia próbki w chwili zerwania. Należy podkreślić, że w przypadku powłok epoksydowych starzonych pięcioprocentowym wodnym roztworem kwasu siarkowego, w badaniach dla czasu starzenia 240 godzin i 360 godzin nie osiągnięto zerwania próbki. Badania przerwano w temperaturze 200°C, z uwagi na płynięcie materiału próbek, uniemożliwiające ich mocowanie w uchwycie aparatu DMTA. Począwszy od temperatury wynoszącej 70°C, wydłużenie tak starzonej powłoki było większe niż powłoki nie starzonej, co dla starzenia w ciągu 1008 godzin obserwowano dla temperatury powyżej 95°C. Po starzeniu w ciągu 744 godzin i 1008 godzin żadna z badanych powłok nie uległa zerwaniu w przedziale temperatury 0-200°C (rys. 5 i 6). Wraz ze wzrostem czasu starzenia powłoki epoksydowej w naturalnych warunkach klimatycznych, pod wpływem szoków termicznych oraz w wyniku oddziaływania pięcioprocentowych wodnych roztworów wodorotlenku potasu i chlorku sodu obserwowano zmniejszanie bezwzględnego wydłużenia powłoki w zakresie temperatury 0-160°C, co było związane ze wzrostem jej kruchości [4].Danuta Kotnarowska
Małgorzata Kurcok
Referat wygłoszony podczas konferencji
pt. Advances in Coatings Technology/
Postępy w Technologii Farb i Lakierów,
która odbyła się w 28-30 listopada 2006 w Warszawie
