Lakování plastů - část I.
Pro lakování jsou podstatné především tři veličiny, které podstatně ovlivňují výslednou kvalitu lakované vrstvy:
-
smáčivost
-
tvorba filmu
-
přilnavost
Tento článek se zabývá základními aspekty lakování plastových výrobků a především úpravou plastových výrobků pro lakování.
Plasty obecně mají problematické povrchové napětí, které způsobuje nesmáčenlivost ulpívajících barev na povrchu výrobků. Podstatou problému je povrchové napětí látek, které je dáno jejich fyzikálními vlastnostmi (molekulární a krystalická struktura látek).
Jestliže umístíme kapku kapaliny na povrch pevné látky, zaujme kapka tvar závislý na vlastnostech vzniklého mezifázového rozhraní (tj. vlastnostech povrchů obou fází). Mírou smáčení (či rozestírání) kapaliny na pevném povrchu je tzv. úhel smáčení. Je to úhel, který svírá mezifázové rozhraní mezi kapalinou a pevnou látkou a mezifázové rozhraní mezi kapalinou a plynem (vzduchem). Obrazně řečeno je to úhel mezi pevným povrchem skrytým pod kapkou a povrchem kapky. Hraniční hodnotou je 90°, při nižších úhlech kapalina povrch pevné látky smáčí, při vyšších nesmáčí (viz. obrázek)
Povrchového napětí s teplotou vždy klesá, při kritické teplotě je rovno nule. Tlaková závislost povrchového napětí není významná (povrchové napětí s tlakem většinou slabě klesá)
Barva je kapalina a kapaliny přirozeně odmítají zvětšovat svůj povrch. Molekulu nacházející se uvnitř kapaliny přitahují všechny sousední molekuly stejným způsobem, takže výsledná síla, která na ni působí, je nulová. Naopak molekula na povrchu téže kapaliny je přitahována vnitřními molekulami, a protože nad povrchem kapaliny už nejsou žádné další molekuly, které by poměr sil vyvažovaly, je výsledná síla namířena směrem dovnitř. Aby barva smáčela povrch a přitom byla spojena dostatečnými adhezními silami, musí být tato síla, nazývaná také povrchové napětí, u barvy menší než povrchové napětí lakované předmětu. Pro srovnání: zatímco kapka vody se po skle dokonale rozteče, kapka rtuti si udrží tvar, protože její povrchové napětí je větší než napětí skla, olej se nemísí s vodou a voda nesmáčí mastné povrchy, tuk nesmáčí teflonovou pánev atd. Naopak přísady smáčedel, např. detergentů a tenzidů do vody způsobí, že voda smáčí i povrchy mastné.
Čím je povrchové napětí barvy nižší tím, účinněji se nátěrová vrstva smáčí a vyhlazuje.
Barvy používané pro lakování plastů
Barvy používané pro lakování plastů můžeme rozdělit na dva základní typy:
-
Plastové materiály, které barva nenaruší působením ředidel nebo monomerů. Lakované vrstva resp. vrstva barvy musí držet vlastní adhezí (mezi barvou a plastovým dílem) – Např. polyolefiny (polyetylen, polypropylen a kopolymery), minerální sklo, některé polyestery atd. Lakovat tyto materiály (polyolefíny) není možné bez předchozí povrchové úpravy, kterou se docílí smáčitelnost, resp. úprava hodnoty povrchového napětí lakovaného materiálu. Nepředupravené PE a PP mají povrchové napětí přibližně 30 mN/m. Dobře předupravené PE a PP by pro lakování měly mít povrchové napětí 38 - 40 mN/m. Materiály s povrchovým napětím nižším než 37 mN/m způsobují problémy s adhezí.
-
Plastové materiály, které barva částečně napadá svými rozpouštědly, tzn. že rozpouštědla sníží povrchové napětí a dojde k požadované adhezy mezi barvou a dílem. Např. PVC (polyvinylchlorid), polystyren, polymetylmetakrylát ("plexisklo") atd.
Pro dobrou přilnavost barvy k podkladu musí mít podklad povrchové napětí vždy vyšší, než barva, ideálně alespoň o 7 až 10 mN/m (dyn/cm)
Úprava povrchového napětí před lakováním
Nesplňuje-li rozdíl povrchových napětí barvy a plastového dílce výše uvedené, máme možnost upravit barvu nebo podkladový materiál (plastový díl). Zvláště v automobilovém průmyslu je běžné používání polymerních materiálů s nízkým povrchovým napětím pro vytvoření tvarově náročných 3D výrobků.
Ve většině případů není vhodné zasahovat do vlastností barvy. Osvědčený způsob a v praxi nejvyužívanější je, zvyšovaní povrchového napětí plastového dílce.
Povrchovou úpravu je možno provést prudkým a krátkým ožehem, plasmou, koronovým výbojem iontů anebo chemicky (dnes využívaná fluorizace). Způsob je volen podle materiálu a tvaru dílu (u tvarově složitých výrobků není ožehem dotčena celá plocha dílce). Specifická vlastnost plastů je, že mají tendenci k návratu do původního stavu a to nejenom tvarového, ale také v oblasti hodnoty povrchového napětí tzn. povrchové napětí se po úpravě pomalu vrací ke své původní hodnotě.
Po povrchovéúpravě (aktivovaný materiál) dojde ke zvýšení povrchového napětí, které však rychle klesne. Po té se klesání zpomalí a asymptoticky pokračuje až k trvalému stavu, které ve většině případu končí na hodnotách povrchového napětí vyšších než u neaktivovaného materiálu (mat. před aktivací tzn. před úpravou povrchového napětí ).
Příklad: Polypropylen má v neaktivovaném stavu povrchové napětí cca 25 mN/m. Po aktivaci pro smáčení vodou (pozn: voda má jedno z největších povrchových napětí z kapalin cca 72 mN/m). Po 24 hodinách dojde ke snížení povrchového napětí aktivovaného materiálu cca na 54 mN/m (po dalších dnech klesá k hodnotám 48 mN/m) a směřuje k ustálenému stavu cca 38 mN/m. Tyto hodnoty jsou pouze orientační, protože vliv na povrchové napětí mají i aditiva v plastech obsažena (pigmenty, antistatika, stabilizátory, plniva).