Пленкообразователи

Пленкообразователи — это вещества или композиции, способные при нанесении на поверхность (подложку) образовывать сплошную тонкую пленку, обладающую определенными защитными, декоративными или функциональными свойствами. Пленкообразователи являются основным компонентом лакокрасочных материалов, клеев, герметиков, а также ряда покрытий в электронной, пищевой и фармацевтической промышленности. Ключевая характеристика пленкообразователя — способность к пленкообразованию, то есть к формированию из жидкой или пастообразной фазы твердой, эластичной или хрупкой пленки, прочно сцепленной с подложкой.

Классификация пленкообразователей

Пленкообразователи классифицируют по нескольким признакам: происхождению, химическому составу, способу пленкообразования и области применения.

По происхождению

• Природные (натуральные): вещества, получаемые из растительного или животного сырья. К ним относятся растительные масла (льняное, тунговое, соевое), природные смолы (канифоль, шеллак, янтарь), битумы, асфальты, а также белки (казеин, желатин) и полисахариды (крахмал, целлюлоза). Природные пленкообразователи исторически использовались первыми, но в настоящее время часто вытесняются синтетическими аналогами из-за ограниченности сырьевой базы и нестабильности свойств.
• Синтетические: продукты химического синтеза, получаемые из мономеров или олигомеров. Это наиболее распространенная группа. К ней относятся полиакрилаты, полиуретаны, полиэфиры, эпоксидные смолы, фенолоформальдегидные смолы, поливинилхлорид, полиэтилен и другие полимеры. Синтетические пленкообразователи позволяют получать покрытия с заданными, часто превосходящими природные, характеристиками (прочность, стойкость к химическим реагентам, атмосферостойкость).
• Искусственные: получаемые путем химической модификации природных полимеров. Примеры: нитроцеллюлоза (эфир целлюлозы и азотной кислоты), ацетилцеллюлоза, этилцеллюлоза. Они занимают промежуточное положение между природными и синтетическими.

По химическому составу

• Олигомерные (низкомолекулярные): содержат реакционноспособные группы, способные к дальнейшей полимеризации или поликонденсации. К ним относятся эпоксидные смолы, ненасыщенные полиэфиры, олигоуретаны. Пленкообразование происходит в результате химической реакции (отверждения).
• Полимерные (высокомолекулярные): готовые полимеры, которые уже имеют высокую молекулярную массу. Пленкообразование происходит за счет испарения растворителя или охлаждения расплава. Примеры: полиакрилаты, поливинилхлорид, полистирол.

По способу пленкообразования

• Физический способ: пленка образуется за счет удаления растворителя или дисперсионной среды (воды) из раствора или дисперсии полимера. При этом полимер не претерпевает химических изменений. Примеры: нитроцеллюлозные лаки, водно-дисперсионные акриловые краски.
• Химический способ (отверждение): пленка образуется в результате химической реакции между компонентами пленкообразователя (например, эпоксидная смола + отвердитель) или под действием внешних факторов (кислород воздуха, тепло, УФ-излучение). В результате образуется трехмерная сшитая структура, нерастворимая и неплавкая. Примеры: эпоксидные, полиуретановые, алкидные (масляные) покрытия.

Основные свойства и характеристики

Для оценки пригодности пленкообразователя для конкретного применения используют ряд ключевых свойств:

• Адгезия: способность пленки прочно удерживаться на поверхности подложки. Высокая адгезия необходима для долговечности покрытия.
• Когезия: прочность самой пленки на разрыв, сдвиг и сжатие. Определяет механическую прочность покрытия.
• Эластичность: способность пленки деформироваться без разрушения при изгибе или растяжении подложки. Важна для покрытий на гибких материалах (ткани, кожа).
• Твердость: сопротивление пленки вдавливанию или царапанию. Определяет износостойкость.
• Химическая стойкость: устойчивость к воздействию воды, кислот, щелочей, органических растворителей, масел.
• Атмосферостойкость: способность сохранять свойства под воздействием солнечного света, кислорода, влаги, перепадов температур. Критична для наружных покрытий.
• Время высыхания (отверждения): период, за который пленка достигает заданной степени твердости и эксплуатационных свойств.

Применение

Пленкообразователи используются в различных отраслях промышленности и быту:

• Лакокрасочная промышленность: основа для производства красок, лаков, эмалей, грунтовок, шпатлевок. Обеспечивают декоративную отделку и защиту от коррозии, гниения, УФ-излучения.
• Клеи и герметики: образуют клеевой шов или герметизирующий слой. Примеры: полиуретановые клеи, силиконовые герметики, эпоксидные компаунды.
• Полиграфия: печатные краски, лаки для офсетной, флексографской и трафаретной печати.
• Электроника: защитные лаки для печатных плат (конформные покрытия), диэлектрические слои, фоторезисты.
• Пищевая промышленность: покрытия для сыров, колбас, фруктов (например, на основе воска или шеллака) для увеличения срока хранения.
• Фармацевтика: оболочки для таблеток и драже (на основе целлюлозы, поливинилового спирта), защищающие от влаги и маскирующие вкус.
• Строительство: пропитки для бетона и дерева, гидроизоляционные мастики, фасадные краски.

Примеры распространенных пленкообразователей

История развития

Первые пленкообразователи были природными: растительные масла (льняное, конопляное) использовались для защиты деревянных кораблей и построек, а казеин — в качестве связующего для красок. В XIX веке с развитием химии появились нитроцеллюлоза и искусственные смолы (фенолоформальдегидные). Настоящий прорыв произошел в XX веке с развитием нефтехимии, что позволило синтезировать широкий спектр синтетических полимеров: алкидные, акриловые, полиуретановые, эпоксидные смолы. В настоящее время активно развиваются пленкообразователи с низким содержанием летучих органических соединений (ЛОС) — водно-дисперсионные, порошковые краски, а также покрытия, отверждаемые УФ-излучением, что связано с ужесточением экологических требований.

Источники

1. Лакокрасочные материалы и покрытия. Теория и практика. Под ред. Р. Ламбурна. — М.: Химия, 1991.
2. Карякина М.И. Лабораторный практикум по испытанию лакокрасочных материалов и покрытий. — М.: Химия, 1977.
3. Энциклопедия полимеров. Том 2. — М.: Советская энциклопедия, 1974.
4. ГОСТ 28246-2017. Материалы лакокрасочные. Термины и определения.
5. Сорокин М.Ф., Кочнова З.А., Шодэ Л.Г. Химия и технология пленкообразующих веществ. — М.: Химия, 1989.