Почему топ пузырится при нанесении: Почему пузырится гель-лак и как это исправить, статья

Часто в лакокрасочной промышленности термины «вздутие» и «пузырькообразование» используются как синонимы. Технически это не правильно. Когда волдыри образуются по осмотическому механизму, термин «образование пузырей» является более распространенным и правильным. Однако, когда они вызваны неосмотическими методами, термин «образование пузырей» несколько вводит в заблуждение, а термин «образование пузырей» является более точным. Образование пузырей обычно является результатом повышенного давления из-за накопления влаги в определенных точках покрывающей пленки, в то время как пузыри обычно образуются в результате давления газа и пара внутри покрывающей пленки или подложки. Несмотря на это, эти термины, вероятно, по-прежнему будут использоваться взаимозаменяемо.

В этой статье рассматриваются как осмотические, так и другие неосмотические методы образования пузырей и пузырей, а также определяется роль, которую условия окружающей среды, тип подложки, общий тип покрытия и поверхностное загрязнение могут играть в их образовании. Поскольку углеродистая сталь и формованный бетон являются наиболее распространенными подложками, на которые наносятся промышленные покрытия, эти подложки также будут в центре внимания этой статьи.

Осмотическое образование пузырей

Осмос – это процесс, при котором молекулы влаги переносятся через полупроницаемую мембрану. В этом случае покрывающая пленка представляет собой полупроницаемую мембрану.

Осмотические пузыри (рис. 1 и 2), вероятно, являются наиболее известным типом пузырей, возникающих в покрытиях, нанесенных на углеродистую сталь, которая подвергается погружению или длительному воздействию среды с высокой влажностью.

Существуют некоторые хорошо известные механизмы или движущие силы, способствующие образованию осмотических пузырей. Проще говоря, действие этих сил (более подробно обсуждаемых далее в этой колонке) приводит к накоплению или концентрации влаги в определенных точках пленки покрытия. Этими движущими силами являются:

• загрязнение стальной подложки водорастворимыми солями;
• водорастворимых растворителей, захваченных пленкой нанесенного покрытия; и
• температурных градиентов (перепадов температур) на поверхности с покрытием.

Осмотические пузыри из-за водорастворимых солей и захваченных растворителей

Осмотические пузыри могут образовываться в результате загрязнения водорастворимой солью поверхности стали, на которую наносится покрытие, или водорастворимых растворителей, которые задерживаются или «захваченные» внутри нанесенного слоя покрытия. Поскольку водорастворимые соли (такие как хлориды, сульфаты и нитраты), как правило, невидимы, для обнаружения этих загрязнителей в блистерных жидкостях требуются специальные аналитические методы испытаний, такие как ионная хроматография (ИК), чтобы подтвердить их присутствие. В то время как оставшиеся или захваченные растворители часто можно обнаружить по отчетливому запаху растворителя жидкости, взятой из пузырей (волдыри часто заполнены жидкостью), их присутствие проверяется с помощью лабораторных аналитических методов обнаружения растворителя, таких как газовая хроматография/масс-спектроскопия (ГХ-МС). ).

Осмотические пузыри, возникающие из-за присутствия водолюбивых растворимых солей или удерживаемых растворителей, возникают при наличии достаточного количества влаги в контакте с пленкой покрытия (т. в концентрации растворенных солей или растворителей. Эта относительная разница на каждой стороне полупроницаемого покрытия создает осмотическое давление и заставляет молекулы воды медленно проникать через молекулярную инфраструктуру покрытия. По мере проникновения влаги она мигрирует и скапливается в том месте, где существует более концентрированный раствор соли или растворителя. Осмотические силы ускоряют перенос воды через покрытие в попытке выровнять давление (достичь равновесия) на каждой стороне пленки покрытия. В зависимости от концентрации растворимых загрязняющих веществ по обе стороны от осмотической ячейки давление может достигать высоких уровней (по сообщениям, превышающих 15 000 фунтов на квадратный дюйм). Когда по обе стороны пленки покрытия присутствуют более высокие перепады концентраций загрязнения растворимой солью, происходит большее накопление свободной влаги, и пузыри могут быть больше и более концентрированными. Когда эти давления превышают адгезионную связь покрытия с подложкой, образуется волдырь.

Осмотическое образование пузырей из-за температурного градиента

Это явление широко известно в лакокрасочной промышленности как «эффект холодной стенки». Термические градиенты возникают, когда металлическая или стальная подложка в зоне погружения резервуара или сосуда имеет более низкую температуру, чем жидкость, содержащаяся в резервуаре. Пузыри образуются, когда молекулы более теплой воды в хранимой жидкости проникают через пленку покрытия, а затем конденсируются на более холодной границе раздела внутри футеровки или на границе футеровки/подложки. В конечном итоге накапливается достаточное количество жидкости, создавая давление, вызывающее образование пузырьков, заполненных жидкостью, в покрытии. Одним из методов минимизации температурных градиентов является использование внешней изоляции резервуаров, в которых могут возникать значительные перепады температур, если их не изолировать.

Неосмотическое образование пузырей: пузыри

Несмотря на то, что многие проблемы с образованием пузырей обычно связаны с покрытиями, находящимися в условиях погружения и с постоянным воздействием высокой влажности, пузыри могут образовываться и образуются по другим причинам. Эти неосмотические пузыри, которые мы называем пузырьками, часто связаны с характеристиками подложки или условиями окружающей среды во время нанесения покрытия.

Нанесение покрытия при высоких и низких температурах

Во многих местах сезон нанесения покрытия ограничивается временем, когда условия окружающей среды благоприятны (например, поздней весной, летом и ранней осенью). Эти дни «голубого неба» должны быть продуктивными. Условия окружающей среды, которые дают нам такие дни, обычно благоприятны; однако и у них есть свои подводные камни. Например, нанесение покрытия на поверхность, находящуюся под прямыми солнечными лучами, или нанесение покрытия большей толщины, чем рекомендуется, может привести к образованию пузырей. Пузырьки обычно образуются из-за того, что солнечное тепло заставляет поверхность нанесенного покрытия высыхать быстрее, чем саму пленку покрытия. Этот быстрый процесс высыхания поверхности создает жесткий поверхностный слой «с пленкой», который предотвращает утечку растворителя из нижних слоев пленки. По мере того как растворитель в нижних слоях нагревается, он улетучивается и расширяется, создавая давление пара внутри пленки покрытия. Именно давление пара вызывает образование пузырьков.

В других случаях пузыри могут образовываться в покрытиях из-за более низких температур или высокой относительной влажности во время нанесения. Когда нанесение происходит при более низких температурах или повышенной влажности, высыхание и отверждение пленки покрытия значительно замедляется. В результате не происходит должного выделения растворителей из пленки. Следовательно, если следующий слой покрытия наносится слишком рано, растворитель в нижележащей пленке захватывается, и может произойти образование пузырей. Однако пузырьки могут появиться не сразу, и их появление может быть отложено до тех пор, пока условия окружающей среды не станут достаточно теплыми, чтобы захваченные растворители испарились.

Нанесение покрытия на пористые основания

Нанесение покрытия на пористые основания, такие как формованный бетон и бетонные блоки (CMU), также может привести к образованию пузырей. В таких случаях присущая бетонному основанию пористость часто содержит захваченный воздух или влагу. В этом отношении воздух присутствует, потому что он будет занимать любое открытое пространство, не находящееся под вакуумом, а влага проникает снаружи или изнутри конструкции. Внешняя влага обычно проникает через естественную пористость бетонного основания и вдоль трещин, щелей или контрольных швов, а внутренняя влага может возникать в результате «притока пара» (т. е. влаги и конденсирующейся влаги) из внутренней части конструкции. Когда на эти пористые подложки наносится недышащее покрытие, воздух и влага часто «запечатываются» в подложке. В результате любое условие (например, солнечный свет), вызывающее нагревание воздуха и испарение влаги, вызывает расширение и повышенное давление внутри бетона. Повышенное давление на обратную сторону покрытия часто приводит к образованию пузырьков.

Нанесение покрытия при повышенной влажности

Пузыри не всегда появляются на поверхности покрытия. Пузыри иногда образуются внутри покрытия или на обратной стороне пленки покрытия. Например, уретановые покрытия, отверждаемые влагой (MCU), которые высыхают и отверждаются в результате реакции с атмосферной влагой, и другие типы покрытий (например, алифатические полиуретаны), в состав которых входят чувствительные к влаге компоненты, также могут пузыриться.

Отверждаемый влагой уретановый пузырь

При нанесении покрытия MCU во влажных условиях, таких как условия, когда остаточная влага остается на поверхности, относительная влажность слишком высока или конденсирующаяся влага или дождь контактируют с неотвержденной поверхностью MCU, покрытие работает так, как было задумано , легко вступает в реакцию с влагой для достижения отверждения. К сожалению, при избытке влаги реакция протекает быстро и в качестве побочного продукта этой реакции образуется газообразный диоксид углерода (CO2) (обычно называемый «выделением газа»). Когда избыток влаги ускоряет отверждение, CO2 часто задерживается в пленке покрытия, и возникающее в результате повышение давления пара может привести к образованию пузырьков внутри покрытия. Фактически, когда поперечное сечение покрытия рассматривается под микроскопом, оно часто имеет вид швейцарского сыра.

Алифатический полиуретан вспучивание

Двухкомпонентные алифатические уретаны отверждаются путем полимеризации двух компонентов (полиола и изоцианата). Однако при нанесении поверх влаги на обратной стороне уретановой пленки могут образовываться пузыри (рис. 3). Это происходит потому, что изоцианатный компонент уретановой композиции реагирует с влагой. Как и в случае с MCU-реакцией, обсуждавшейся ранее, образуется газ CO2. Газ обычно задерживается в нижних слоях уретановой покрывающей пленки, а также на границе любого ранее нанесенного покрытия, где присутствовала влага. Опять же, давление, создаваемое газообразованием, вызывает образование пузырьков. Одно отличие этого процесса формирования состоит в том, что пузырьки могут быть очень мелкими и не всегда видны невооруженным глазом. При рассмотрении под микроскопом в поперечном сечении мелкие пузырьки часто имеют пенообразный вид. По этой причине это явление обычно называют «вспениванием». В случае пузырьков с составами MCU и алифатического уретана выделение газа, происходящее между слоями, может нарушить адгезию. Как правило, другие формы образования пузырьков практически не влияют на адгезию покрытия, если только они не являются очень интенсивными и концентрированными.

Заключение

Подводя итоги, можно сказать, что образование пузырей и пузырей — распространенные проблемы с покрытием, возникающие по разным причинам. Хотя в этой статье представлены и обсуждаются осмотические механизмы, вызывающие образование волдырей, пузыри возникают по нескольким причинам. Существуют разные мнения относительно вреда, который могут нанести волдыри и пузыри. Одно мнение состоит в том, что если они остаются целыми, их нельзя считать дефектом покрытия, требующим ремонта. Например, некоторые недавно разработанные 100% твердые составы толстопленочных покрытий, такие как эластомерный уретан, гибриды уретана и полимочевина, часто применяются для образования толстой, монолитной и гибкой защитной пленки. Хотя в этих пленках все еще могут возникать пузыри и пузыри, монолитная и гибкая природа пленки предотвращает их растрескивание, а основная подложка часто остается неизменной. Кроме того, при использовании в условиях погружения фактический вес и давление жидкости, содержащейся в сосуде, могут служить для удержания монолитной покрывающей пленки на месте на защищаемой подложке. В таких обстоятельствах, есть ли какая-либо польза от вырезания и пластики волдырей, требует тщательного рассмотрения. Несмотря на наличие вздутий или пузырьков, гибкая и монолитная пленка часто имеет достаточную собственную структурную целостность, которая позволяет покрытию выполнять первоначально ожидаемый срок службы.

Об авторе

Джеймс Д. Мейчен (James D. Machen) является старшим консультантом по покрытиям в компании KTATator, Inc., инженерно-консалтинговой фирме по покрытиям и дистрибьюторе контрольно-измерительных приборов, где он проработал более 20 лет. Махен является сертифицированным SSPC специалистом по защитным покрытиям, сертифицированным NACE инспектором по покрытиям уровня 3 (независимая проверка) и инспектором уровня II в соответствии со стандартом ASTM D4537. Он проводит анализ отказов покрытий, дает рекомендации по системам покрытий, подготавливает спецификации и управляет крупными проектами для различных клиентов в сфере транспорта, водоснабжения и утилизации отходов, производства электроэнергии, химической промышленности и судостроения.