6.9.2. Факторы, влияющие на проницаемость

Перенос вещества Р и его сорбционная способность в определяющей степени зависят от природы полимера F, природы сорбата G и степени их химического сродства Н:

(6.27)

Наиболее низкими значениями коэффициентов диффузии и проницаемости обладают покрытия, находящиеся в застеклованном или кристаллическом состоянии. Но различие в проницаемости аморфицированного и высококристаллического образцов может достигать порядка. Покрытия, полученные из эластомеров, имеют более высокие значения D и Р.

Покрытия, полученные из пленкообразователей трехмерного строения, обладают лучшими изолирующими свойствами, чем  из линейного.

Большое влияние на проницаемость покрытий оказывают природа, объемное содержание, размер и форма частиц, степень взаимодействия с пленкообразователем, пигменты и наполнители. Ю. С. Липатовым показано, что отношение проницаемости наполненной Р_н и ненаполненной Р_n полимерных пленок находится в следующей зависимости от объемного содержания в них наполнителя Ф и полимера V_n

Р_н/Р_n = V_n(1 + КФ), (6.28)

где К  коэффициент, учитывающий форму частиц.

Например, коэффициент диффузии воды у масляных покрытий при 30%м наполнении ТiO₂ снижается почти вдвое, эпоксидных  примерно на 5%. Эффект торможения переноса веществ через пленки при пигментировании по-видимому связан с повышением жесткости молекулярных цепей и уменьшением скорости релаксационных процессов.

Проницаемость покрытий увеличивается с повышением температуры и концентрации диффундирующих веществ:

(6.29, 6.30)

где D₀  коэффициент диффузии при начальной температуре или при концентрации С0;

E_D  кажущаяся энергия активации диффузионного процесса;

 постоянная.

Вода относительно быстро проникает через тонкие покрытия, причем проницаемость свободных пленок значительно выше, чем адгезированных, что объясняется структурной упорядоченностью молекул граничного слоя в результате их ориентации под влиянием силового поля твердой поверхности.

Многими исследователями показано, что для получения покрытий с низкой проницаемостью к воде, газам, электролитам, следует применять кристаллические полимеры (полифторолефины, полиолефины, пентапласт, поливинилхлорид, сополимеры винилхлорида и др.), олигомерные пленкообразователи, превращаемые в нерастворимое трехмерное состояние (эпоксидные, фурановые, фенолоформальдегидные, полиуретановые, полидивинилацетиленовые и др.). Хорошие результаты показало использование смесей полимеров с олигомерами (эпоксидно-фторопластовые, эпоксидно-новолачно-фторопластовые, эпоксидно-фурановые и др.).

При введении в состав лаков на основе химически стойких пленкообразователей инертных наполнителей (графит, технический углерод, оксид хрома, барит) должно уменьшить скорость проникновения агрессивных сред в покрытии на 1030%. Особенно эффективно применение реакционно-способных наполнителей  веществ, активно взаимодействующих со средой. Например, для снижения скорости проникновения кислот (HCl, HF, HNO₃, H₂SO₄, H₃PO₄) наилучшие результаты показало использование порошковых металлов (Mg, Zn, Ca), их оксиды, гидроксиды, соли слабых кислот при массовой доле в пленке 0,53,0%.Этот эффект диффузионного торможения, по мнению Ю. А. Мулина, связан с образованием внутри пленки новой фазы  нерастворимых продуктов взаимодействия оксидов с кислотами  гидратных комплексов. Из-за их большего объема по сравнению с объемом исходных оксидов создается эффект «заклинивания» и уменьшается дефектность покрытий. Подобный эффект замедления диффузии воды наблюдается при введении в покрытия, например, полиэтиленовых добавок вяжущих веществ (цемент, алебастр) и других веществ, легко реагирующих с водой или поглощающих ее.

Покрытия с низкой проницаемостью необходимы для защиты аппаратуры в химической промышленности, защиты электрооборудования и приборов.

Для некоторых назначений (окрашивание штукатурки, кожи, древесины) от покрытий требуется высокая проницаемость для обеспечения влаго-, воздухообмена, создания благоприятных гигиенических условий в объеме (помещения, обувь, одежда), изолированном от внешней среды этими материалами.

Для получения таких покрытий:

1. увеличивают сродство материала пленки и диффундирующего агента;

2. повышают механическую пористость пленок путем перенаполнения, использования грубых пигментов и наполнителей, ориентированных в силовом поле перпендикулярно поверхности подложки и др.;

3. использование в рецептуре красок ПАВ и других гидрофильных веществ  солей, кислот и т. д.

Используя покрытия разной проницаемости можно решать различные технические задачи, например, обеспечивать дозированную экстракцию веществ (токсинов, лекарственных препаратов и т. д.) из нижележащих слоев и подложки, регулировать индукционный период или скорость химических реакций в подложке, активируемых газами и жидкостями внешней среды и др.