На сегодняшний день витрины магазинов пестрят обширным ассортиментом лакокрасочной продукции в разнообразной таре, предназначенной для различного использования. Сегодня для любой поверхности без труда можно выбрать подходящие типы и марки лакокрасочных материалов. При этом можно осуществить подбор краски не только по цветовой гамме, но при помощи автоматической колеровочной установки подобрать самые тонкие оттенки.
Краски и лаки различают по двум основным функциям; защитной и декоративной. Эта продукция защищает деревянные изделия от подгнивания, а металлические - от коррозийных процессов, образуя твёрдый, защитный слой. Он предохраняет поверхность от разрушительных атмосферных влияний и продлевает сроки их использования, к тому же не будем забывать об улучшении внешнего вида, что тоже, согласитесь, немаловажно.
Чтобы нанести лаки и краска на обрабатываемую поверхность, не нужны дополнительные сложные приспособления, их легко обновлять. Благодаря этому они находят широкое применение, и на бытовом уровне, и на транспортных, промышленных, строительных предприятиях.
На свойство покрываемой поверхности, помимо используемых лакокрасочных материалов, влияет также и то, каким способом она была подготовлена к окрашиванию, от верного выбора и соблюдения технологических требований.
С течением времени лакокрасочные материалы подвергаются высоким требованиям стандартизации. Это происходит потому, что в тех областях, где им находят широкое применение, появляются новые технологии. Также нужно соответствовать эстетическим вкусам современных потребителей. Эти требования одинаково применимы и к защитным, и к декоративным действиям лакокрасочной продукции, определяемыми химико-физическими параметрами всех составляющих и, главное, плёночных образующих и пигментов. Можно улучшить качество лакокрасочной продукции химическим модифицированием, путём добавления более дорогостоящего плёночного образующего, но это нецелесообразно, так как конечная цена повышается и требуется увеличенные трудозатраты.
О том, что лакокрасочные материалы исполняют защитные и декоративные функции знают с давних времён. С тех пор, как появились лаки и краски, они пережили несколько этапов усовершенствования. За последние несколько десятков лет ассортимент лакокрасочной продукции значительно расширился: если раньше краски состояли из натуральных компонентов, то теперь их основу составляют синтетические вещества с органоразжижающими, сухими, порошковыми средствами.
Лакокрасочные материалы представляют из себя вязко-жидкостную смесь, которую наносят на поверхностную плоскость какого-либо предмета или объекта. Через некоторое время она высыхает, образуя защитный слой, имеющий прочное сцепление с поверхностью.
Различают несколько видов лакокрасочных материалов.
- Грунтовочные и шпаклёвочные смеси, подготавливающие поверхность к окрашиванию. Их нанесение на обрабатываемую плоскость придаёт последней однородность и ровность.
- Краска, используемая в виде пасты, либо в вязко-жидкостном состоянии. Она придаёт покрытию необходимый цвет.
- Пигментированные частицы и связывающие компоненты, основные составляющие красочных составов.
- Лаки, образующий плёночный блестящий слой.
- Растворяющие и разжижающие средства.
- Пластифицирующие, отверждающие красочные полимеры и множество иных специальных добавок.
Лакокрасочная продукция используется для облагораживания внешнего вида архитектурных фасадов, с её помощью можно изменить стиль любого помещения, создав в нём неповторимый интерьер. Часто с помощью красок и лаков продлевают срок эксплуатации конструкций и предметов от негативных влияний окружающей среды.
Внешняя часть фасадов зданий часто подвергается разрушающим действиям погодных факторов (атмосферные осадки, ветер, температурный перепад, неблагоприятная экологическая обстановка). Используя лакокрасочные материалы с водоотталкивающим и эластичным эффектами можно повысить эксплуатационный срок объектов без капитального дорогостоящего ремонта ещё на несколько лет.
Широко применяются лакокрасочная продукция, предназначенная для узко профессионального использования. Такая краска имеет повышенную химическую стойкость. Она используется для защиты металлических и железобетонных конструкций от коррозийных процессов. Есть краски с аналогичным защитным эффектом предназначенные для деревянных объектов.
Существуют жаростойкие лакокрасочные материалы, ими покрывают промышленные станки и другую технику.
Оснащение санитарно-технического характера, трубопроводные узлы тоже требуется покрывать подобными материалами для более продуктивной работы.
Предприятия по производству лакокрасочной продукции выпускают её готовую к использованию, нужно лишь добавить растворитель либо разбавить, для получения необходимой консистенции. Сложные конструкторские соединения со множеством деталей, которые должны выходить с места производства в собранном виде, окрашиваются прямо в сборочных цехах. Чтобы это осуществить, на производственных местах организован специальный покрасочный конвейер
Таблица. Классификация ЛКМ по роду плёнкообразующего вещества.
| Условное обозначение | Род плёнкообразующего вещества | Условноеобозначение | |
|---|---|---|---|
| Масляные | МА | Перхлорвиниловые | ХВ |
| Пентафталевые | ПФ | Меламиноалкидные | МЛ |
| Нитроцеллюлозные | НЦ | Полиакриловые | АК |
| Глифталевые | ГФ | Каучуковые | КЧ |
| Битумные | БТ | Сополимерно-стирольные | СС |
| Масляно-стирольные | МС | Полиуретановые | УР |
| Шеллачные | ШЛ | Сополимерно-винилхлоридные | ХС |
| Этрифталевые | ЭТ | Фенольные | ФЛ |
| Полиэфирные | ПЭ | Эпоксидные | ЭП |
| Мочевиноформальдегидные | МЧ | Алкидно-акриловые | АС |
| Кремнеорганические | КО | Канифольные | КФ |
Чтобы проследить весь производственный процесс, в ходе которого на свет появляются разноцветные краски, блестящие лаки, отличные эмали, понадобиться не маленький научный труд на уровне диссертации.
Ведь это действительно интересно, разобрать в мельчайших подробностях этой увлекательной работы, проникнуть вовнутрь банки с краской, чтобы выяснить, как она сделана и из чего состоит. Попробуем это сделать, не вдаваясь в глубокие подробности, но старательно вникая во всё важное и любопытное.
Для того чтобы произвести качественные лакокрасочные материалы, необходимо сырьё. Если раньше сырьё использовалось природное и растительное, то сейчас производители перешли на синтетическую основу, что позволило повысить качество конечного продукта, а также значительно расширить его ассортимент. Давайте разберёмся, из чего состоят лакокрасочные материалы.
Пленкообразователи и связывающие элементы
Связующим звеном в составе краски можно назвать несколько материалов, ответственных за свой вид.
Приведём небольшую таблицу, чтобы стало ясно, о чём идёт речь.
- Полимерная краска - синтетические полимерные соединения.
- Каучуковая краска - каучук различного происхождения.
- Нитролак - целлюлозное производное.
- Масляная краска - олифа.
- Клеевая краска - клей на животной и казеиновой основах.
- Цементная, известковая, силикатная краски - связующие элементы на неорганической основе.
Полимерные соединения применяются в лакокрасочных материалах в сочетании с растворителями при добавлении олифы и цемента. Использование полимерных соединений на синтетической основе привело к тому, что расходование растительно-природного масла при производстве строительной лакокрасочной продукции сократился, что позволило наладить выпуск новых видов материалов, ставших более экономичными и долговечными.
Несмотря на то, что лакокрасочные материалы на полимерной основе стоят дороже обычных, но исходя из соотношения расходования материала на квадратные метры и увеличенного эксплуатационного срока, их выгода становится достаточно очевидной по сравнению с красками предыдущего поколения.
Благодаря широкому использованию лакокрасочных материалов на полимерной основе импорт природной смолы из зарубежных стран упал практически до нуля.
До этого он являлся основой сырьевой базы отечественного лакокрасочного производства, использовавшего природную смолу и масла растительного происхождения.
Связывающие элементы - главная составляющая часть красочной смеси, определяющая основные качественные параметры лакокрасочного продукта, таких как - густота, клейкость и прочность образуемого верхнего слоя. Выбор связующих элементов проводится с учётом прочности сцепления с поверхностью после высыхания. Параметры защитных качеств лакокрасочной продукции, относимые к различным обрабатываемым поверхностям, помимо связующих элементов зависят ещё от применяемых пигментированных частиц. К примеру, пигментированные алюминиевые частицы замедляют коррозийные процессы металла, а малярные краски их убыстряют.
Пластифицирующие добавления применяются в лакокрасочных материалах для придания им эластичных свойств при эксплуатационных процессах. Они способствуют равномерному смешиванию всех составляющих элементов лакокрасочного материала, понижают температурные показатели при технологических обработках продукта, повышают морозоустойчивость полимерных соединений. Отдельные виды пластифицирующих добавлений улучшают огневую, световую и температурную стойкость полимерных частиц.
Пластификаторы должны соответствовать нескольким требованиям, чтобы иметь достаточную совместимость с полимерными соединениями.
- Маленький уровень испаряемости.
- Они не должны иметь запах.
- Быть химически нейтральными.
- Уметь противостоять жидким полимерным экстрактам.
Процентное соотношение пластифицирующих добавок в лакокрасочном материале может колебаться в большом процентном диапазоне по отношению к другим компонентам. Их количество регулирует объём воды в продукции, придает краске необходимые параметры вязкости и плотности, увеличивает сцепление материала с обрабатываемой поверхностью. При этом излишек пластифицирующих добавок может привести к нежелательному загустеванию краски и лака, что отрицательным образом скажется на их качестве.
Мы упомянули лишь основные составляющие компоненты лакокрасочных материалов, которые играют основные роли, отвечающие за качество продукта.
материалы по теме
Лакокрасочные материалы приобрели свою популярность благодаря тому, что изменились технологии строительства. Это требовало наличия новых материалов, способных «приспосабливаться» под быстро изменяющуюся температуру внутри помещения, особенно в летние периоды времени. С целью облегчения строительных работ, на данный момент применяются ЛКМ различного назначения и качества.
К атегория: Малярные работы
Лакокрасочные составы
Краски предназначены для создания пепрозрачпого цветного декоративного и защитпого покрытия, скрывающего текстуру окрашиваемого материала, лаки создают прозрачное цветное покрытие и служат для окончательной декоративной отделки окрашиваемой поверхности. Лаковые покрытия пе изменяют текстуру окрашиваемого материала и должны быть безвредными в процессе их применения, а также при эксплуатации зданий п сооружений.
1. Методы нанесения лакокрасочных составов. Распыление (пульверизация) - наиболее распространенный способ нанесения лакокрасочных покрытий. Этот метод высокопроизводителен, позволяет работать с медленно- и быстросохнущими материалами, а также автоматизировать процесс окраски.
Воздушное (обычное) распыление - лакокрасочный материал разбрызгивается из пистолетообразиого распылителя под действием сжатого воздуха при давлении 2,0-2,5 ат (Ю-1 МПа). Рабочая вязкость красок при распылении при 18-20° должна быть 15 - 30 с. Недостатком является образование в окружающем воздухе тумана н потеря краски до 50%, поэтому воздушное распыление производят в специальных камерах.
Распыление с подогревом позволяет применять материал с высокой вязкостью и повышенным содержанием сухого остатка. В результате достигается экономия растворителей, уменьшается число наносимых слоен, сокращаются площадь цеха, а также затраты труда. Этим способом можно наносить нитролаки и нитроэмали, глиф- талевые, иептафталевые п алкидномеламиновые эмали. Лакокрасочный материал подогревают до 60-70°, в результате подогрева начальная вязкость материала, равная нри комнатной температуре 110- 130 с, снижается до 27 - 35 с.
Безвоздушное распыление - краска циркулирует в замкнутой системе под действием насоса, создающего давление 40-4”) ат (Ю-1 МПа), и подогревается до 90°, а затем распыляется. Этот метод производителен и применяется для нанесения синтетических эмалей, масляных красок, ннтроцеллюлозпых и акриловых материалов.
Распыление в электростатическом поле высокого напряжения (100-110 кВ) - частицы краски приобретают отрицательные заряды и притягиваются в ионизированном воздушном пространстве поверхностью противоположно заряженных изделий. При распылении резко сокращаются потери краски на туманообразо- ваиие. Этим способом можно окрашивать как металлические, так н неметаллические поверхности, помещая за ними металлические экраны.
Аэрозольное распыление - в краску, заключенную в баллон, вводят сжиженный газ - фреон, который частично испаряется, заполняя пространство над краской и создавая избыточное давление 0.8-2,5 кГ/см2 (Ю-1 МПа). Фреон выдавливает краску п, продолжая испаряться, вызывает ее распыление. Наилучшей совместимостью с фреоном обладают алкцдные, питроцеллюлозпые и акриловые материалы. При аэрозольном распылении ие требуется оборудование для подачи сжатого воздуха. Этот метод применяют для окраски при ремонте автомашин и лакировании мебели.
Окраска окупанием - изделия погружают в ванну с лакокрасочным составом, который затем высушивают. Этот метод удобен при массовой окраске изделий несложной геометрической формы, с которых легко стекает избыточная краска. Недостатком метода является образование потеков на кромках и углах изделий.
Окраска па вальцах применяется для листового материала. Листы пропускают между валами, из которых один пли оба смочены лакокрасочным составом. Достоинствами этого способа является простота окраски и контроля, полная автоматизация процесса, равномерность покрытия по толщппе, экономия материалов.
Сушку лакокрасочных покрытий производят: холодную-па воздухе при температуре помещения не ниже 12° п относительной влаж- поста воздуха пе более 65% и горячую конвекционную, которая осуществляется горячим воздухом, инфракрасными лучами (радиационная), токами промышленной или повышенной частоты (индукционная). При выборе метода и температуры сушки необходимо учитывать природу материала, из которого изготовлены изделия и лакокрасочные составы.
К свойствам лакокрасочного состава относятся: вязкость, эластичность и степень растертостп краски, твердость пленки, ее сопротивление удару.
Краски водоразбавляемые и летучесмоляные бывают на минеральной основе, эмульсионные и летучесмоляные.
Краски на масляной основе состоят из неорганического связующего и щелочестойких пигментов с различными добавками. До малярной консистенции доводятся водой; подразделяются на известковые, силикатные и цементные. Палитра силикатных и цементных красок обширна. Основные компоненты (связующее и пигменты) известковых красок - это воздушная и гидравлическая известь, а силикатных - жидкое стекло, которое пе только склеивает пигмент, но и вступает с ним в химическое взаимодействие, что затрудняет изготовление силикатных красок, готовых к употреблению. Цемептные краски - это смесь сухого портландцемента с пигментами и некоторыми добавками, улучшающими схватываемость краски, повышающими эластичпость и адгезию цементного покрытия. Цемептные краски поступают в готовом виде.
Краски полимерцементные различных цветов изготовляют на основе портландцемента, щелочестойких и светостойких пигментов с добавлением полимера (полпвннилацетата и перхлорвинила). Краски подразделяются для летних и зимних работ. Они характеризуются хорошим сцеплением с бетонами и другими строительным!! материалами, повышенной атмосферостойкостью, эластичностью, способностью отвердевать при малой влажности воздуха.
Краски эмульсионные (латексные) -пигментированные эмульсии или дисперсии в воде. К ним относятся поливипил-ацетатные, стиролбутадиеповые, водоразбавляемые глифталевые и ак- рилатпые, а также краски СЭМ и СТЭМ.
Поливинилацетатные и стиролбутадиеповые краски представляют собой суспензии пигментов в эмульсии поливпиилацетата или бутадиенстирольного полимера. Краски содержат стабилизаторы, эмульгаторы и другие вещества. Поливинилацетатные краски бывают матовые, слабоглянцевые, красивого шелковистого блеска. Их легче растушевывать кистью, чем другие эмульсионные краски. Стиролбутадиеповые краски дают пленку, которая плохо сцепляется с деревом и со временем желтеет, приобретает хрупкость и неприятный запах.
Водоразбавляемые глифталевые краски - суспензии пигментов в вязкой- глнфталевой эмульсии, образуют эластичные, водостойкие и атмосферостойкие покрытия, обладающие высокой адгезией к строительным материалам.
Лкрилатные краски - суспензии пигмента в эмульсии акрилат- ных полимеров, обладают высокой атмосферостойкостыо и стойкостью к слабым кислотам и щелочам. Покрытия отличаются высокими механическими прочностями и адгезией и хорошим блеском.
Краски СЭМ - суспензии пигмента в эмульсии глифталевого лака системы «вода в масле». Покрытия имеют очень слабый блеск. Пленка водоустойчива. Выпускаются различных цветов.
Краски СТЭМ-45 - пигментированная эмульсия в воде сополимера стирола и подсолнечного или хлопкового масла. Поверхности, покрытые этой краской, приобретают красивую фактуру с легким блеском. Краска стойка к действию слабых кислот и допускает промывку водой и 3%-ным мыльным раствором.
Краски летучесмоляные - суспензии пигментов в лаках (летучесмоляных составах). Процесс высыхания таких красок заключается в улетучивании растворителя. Увеличенное количество связующего в красках придает покрытиям повышенный блеск и розлив. Такие краски называются эмалями (эмалевые краски). Краски и эмали па основе перхлорвипплового полимера или его сополимеров представляют собой суспензию пигментов в полимерах. Перхлорвипиловые красочные составы должны высыхать при 18-23° в течение 2- 4 ч. Они отличаются долговечностью и атмосферостойкостыо. Выпускаются различных цветов.
Эмали нитроцеллюлозные, применяемые в строительстве, делятся на питроглпфталевые (раствор нитроцеллюлозы и глифталевого полимера в органических растворителях с добавкой пластификаторов и пигментов), нитроцеллюлозные и этилцеллюлозпые (суспензии пигмента в питро- или этилцеллюлозном лаках). Эмали на этилцеллюлозе менее огнеопасны.
Краски эмалевые и масляные. Краски эмалевые - это готовые к употреблению суспензии миперальных или органических пигментов с полимерными и масляными лаками; их делят на алкпдные, эпоксидные и карбамидные. Они должны удовлетворять следующим требованиям: обладать светостойкостью, долговечностью и устойчивостью к среде, в которой эксплуатируются; высыхать в топких слоях при 20 ±2° в течение 15-20 ч, давать ровную, гладкую, прочную п глянцевую пленку.
Краски алкидные - суспензии тоикодисперсных пигментов в глифталевом, пентафталевом или других алкидных полимерах с добавкой растворителей и сиккатива. Выпускают различных цветов.
Глифталевые эмалевые краски для общего употребления марки ФО - смесь пигмента в глифталевом полимере, модифицироваппом касторовым маслом с добавлением растворителей. Образуют пленку с умеренным блеском. Выпускают различных цветов и оттепков.
Пептафталсвые эмалевые краски ЛФ - смесь пигментов, хорошо перетертых с пептафталевыми полимерами и добавкой растворителей п сиккатива, дают эластичную штеику, стойкую к действию воды и температурных колебаний, декоративную окраску большой прочности и атмосферостойкости. Их выпускают различных цветов.
Ллкидно-стирольные краски - суспензии пигментов и алкидно- стирольпом полимере. Обладают высокой водостойкостью, твердостью и блеском. Выпускаются главным образом белого и серого цветов.
Краски эмалевые 11-6 и II-8 для пола - суспензии перетертых пигментов в масляном лаке с добавлением сиккатива и растворителя. Цвет желтый и светло-коричневый. Для доведения до рабочей вязкости применяют скипндар|из расчета 100 г на 1 кг краски.
Эпоксидные краски - суспензия пигментов в растворах эпоксидного полимера. Они характеризуются повышенной стойкостью к кислотам и щелочам, высокой адгезией ко всем строительным материалам, большой механической прочностью, высокой теплостойкостью и эластичностью.
Масляные краски - смесь пигментов и наполнителей, перетертая с олифой из растительных масел. Краски масляные выпускаются в виде густотертых красок и красок, готовых к употреблению. Густотертые краски перед употреблением разводят олифой до малярной консистенции. Расход густотертых красок: при окраске кистями - 200 г/м2 и при окраске валиком - 220 г/м2. Время полного высыхания при 18-23° пе более 24 ч. Для черной масляной краски время высыхания - до 30 ч. Атмосферостойкость краски в основном зависит от качества олифы и пигментного состава. Масляные краски используют для всех видов наружных и внутренних малярных работ: по металлу, дереву, штукатурке, бетону и др.
Декоративные покрытия - это «муар», молотковые, рефлексные, многоцветные, трескающиеся, имитация под цепные породы дерева.
Покрытия «муар» производятся алкидными эмалями различных цветов. После сушки проявляется морщинистый рисунок. С повышением вязкости слой эмали получается толще и рисунок крупнее. Из-за недостаточной укрьтвистости эмали «муар» наносят по подслою обычной алкидной эмали. Данное покрытие применяют для окраски деталей приборов и аппаратов.
Молотковые покрытия придают поверхности внешний вид, напоминающий чеканку молотком. Рисунок получается благодаря введению в лакокрасочный состав специальной добавки рисупко- образователя. Молотковые покрытия могут быть различных цветов, но обязательным компонентом их является алюминиевая пудра. В эмалях горячей сушки плепкообразователем служат алкидпый и мелами- по-формальдегидный полимер, рнсункообразователем - силиконовое масло. Наносят их по подслою глифталевого или алкплфепольиого грунта п слою синтетической эмали. Продолжительность супгки 1 ч при t = 150°. Эмали холодной сушки готовят па основе нитроцеллюлозы, рнсункообразователем служит раствор силиконового каучука. Цикл сушки - 2-3 ч. Молотковые покрытия применяют для окраски приборов и аппаратуры.
Многоцветные покрытия получают путем папесеппя красок, представляющих суспензию эмалей различных цветов в подпой стабилизирующей среде. После паттесепня оболочка, препятствующая слиянию эмалей, испаряется, а образующееся покрытие получается состоящим как бы из большого количества разноцветных точек. Такие покрытия применяют для окраски стен, бетона, кухонной мебели.
Трескающиеся покрытия образуют рисунок, напоминающий крокодиловую кожу. На изделия наносят подслой обычной эмали, а затем - слой трескающейся нитроэмали другого цвета. В процессе сушки он растрескивается, в результате чего обнаруживаются прожплкп нижнего слоя эмалп. Для придания блеска сверху наносят слой бесцветного нитролака.
Лакокрасочные составы для специальных целей. При их изготовлении тщательно подбирают пленкообразователи и пигменты и вводят добавки, придающие покрытиям требуемые специфические свойства. Выпускают светящиеся, термочувствительные и трещипостойкие составы.
Светящиеся краски обладают способностью к люминесценции (холодному свечению) вследствие введения в них светосоставов, содержащих люминофоры - вещества, способные к холодному свечению. Различают фосфоресцирующие краски, способные светиться в темноте, и флуоресцирующие - дневного свечения.
Фосфоресцирующие краски содержат светосоставы постоянного и временного действия. Составы времеипого действия включают основание (сернистая соль цинка или щелочноземельного металла), сплавленное с добавкой активатора (’.металлические висмут, медь, серебро). Наибольшая яркость свечения достигается при облучении их ультрафиолетовыми лучами. Светосоставы временного действия применяют для освещения реклам, надписей, указателей, обозначения контуров проходов и лестниц и др. Составы постоянного действия содержат сернистый цинк и добавку радиоактивного элемента. Эти составы наносят на стрелки приборов, цифры шкал приборов. Для панесения фосфоресцирующих составов их смешивают с лаком, главным образом акриловым.
Флуоресцирующие краски для свечения требуют внешнего источника. Люминофорами служат некоторые органические соединения, которые осаждают па прозрачный и бесцветный порошок полимера, вводимого после этого в лак. Применяются для реклам, надписей. Перед нанесением этих красок поверхность покрывают белым грунтом, для увеличения отражательпой способности, а по слою краски наносят защитный лак.
Термочувствительные краски обладают свойством менять свой цвет при нагревании до определенной температуры за счет специально введенных пигментов, которые могут быть обратимыми и аеобратимыми. Обратимые пигменты имеют рабочую температуру не выше 100° (двойные йодистые соли, соли кобальта и никеля с гекса- метилентетрамипом). Их применяют как сигнальные для контроля. Необратимые пигменты изменяют окраски в пределах температур от 120 до 670°. К ним относятся гидроокислы и углекислые соли кобальта, никеля, хрома, молибдена, урана и других металлов, которые при достижении определенной температуры выделяют влагу, углекислоту или аммиак и образуют повые химические соедппенпя, отличные по цвету от первоначальных. Применяют необратимые краски для сигнализации о перегреве поверхности оборудования. Термочувствительные краски готовят введением ппгмепта в лаки пли в виде набора карандашей, предназначенных для определенного диапазона температур.
Трегцпностойкая краска применяется для защиты строительных конструкций и разработана па основе хлорсульфироваппого полиэтилена (ХСПЭ), водной дисперсии тиокола (Т-50) и пайрита (НТ). Краска образует химические и термостойкие пленки при толщине около 0,3 мм с высокой трещиностойкостью. Покрытие служит 5-6 лет и предохраняет конструкции от воздействия озона, среды, содержащей миперальные масла, растворов минеральных кислот. Они стойки к истиранию и пригодны для работы в интервале температур от -60 до +130°. Окрашиваемые поверхности обладают широкой цветовой гаммой и хорошо моются водой.
Новые лакокрасочные материалы, применяемые за рубежом.
Аллопрен (Англия) - краски, основанные па хлоркаучуке; применяются для защиты всех типов стальных конструкций, бетона, каменной и кирпичной кладки и т. д. Ввиду химической коррозиоппой стойкости к кислотам, щелочам, окисляющим средам, пресной и морской воде и пленкообразующим свойствам аллопрен применяют во всех случаях, когда требуются высококачественные прочпые лакокрасочные покрытия. Покрытие напосят кистью, валиком или пистолетом-распылителем.
Лакпровапие порошком (Нидерланды). Эпоксидные распыляемые порошки отличаются дешевизной, хорошей сцепляемостыо с поверхностью, простотой технического выполнения, отсутствием растворителей; выпускаются различных цветов, применяются для лакирования металлических предметов. После одпофазовой обработки получаются покрытия химически и механически стойкие.
Дисапол - водная дисперсия сополимера бутилакрилат-випилацетата, которая пластифицирована дпбутилфталатом. Представляет собой непрозрачную, молочнОобразпую белую жидкость. Применяют главным образом в качестве связующего для изготовления штукату- рок, напоспмых распылителем.
Неопаколь (Франция) - алкидиый лак для наружных и внутренних работ; состоит из алкидпого полимера с добавлением масел; выпускают 150 цветов и оттепков. Дает блестящую, гладкую, эластичную пленку, высокой твердости и атмосферостойкости.
- Лакокрасочные составы
Окружающий мир без красок и лаков был бы абсолютно серым и безрадостным. Тяжело представить жизнь современного человека без этих материалов. В самые разнообразные цвета окрашено все вокруг нас: дома, предметы интерьера, бытовая техника, спортивный инвентарь, транспорт, и тем более детские игрушки. Лакокрасочные материалы защищают от ржавчины металлические конструкции, гниения деревянные изделия, предупреждают растрескивание бетона и штукатурки.
Общая характеристика
Лакокрасочным материалом (ЛКМ) называют поликомпонентную систему, которая при нанесении на окрашиваемую поверхность образует цельное полимерное покрытие с защитными, декоративными и специальными свойствами. Это покрытие формируют определенные физико-химические превращения. Тонкая пленка на основе органических и неорганических соединений изолирует поверхность от воздействия окружающей среды, придает ей определенную окраску и облик. Толщина такой пленки не превышает десятки микрометров, т.е. примерно равна толщине человеческого волоса.
В состав лакокрасочных материалов входят:
- Разбавители.
- Отвердители.
- Ускорители.
- Целевые добавки.
Следует остановиться на каждом из них по отдельности.
Таблица 1. Классификация ЛКМ по роду плёнкообразующего вещества.
| Условное обозначение | Род плёнкообразующего вещества | Условноеобозначение | |
|---|---|---|---|
| Масляные | МА | Перхлорвиниловые | ХВ |
| Пентафталевые | ПФ | Меламиноалкидные | МЛ |
| Нитроцеллюлозные | НЦ | Полиакриловые | АК |
| Глифталевые | ГФ | Каучуковые | КЧ |
| Битумные | БТ | Сополимерно-стирольные | СС |
| Масляно-стирольные | МС | Полиуретановые | УР |
| Шеллачные | ШЛ | Сополимерно-винилхлоридные | ХС |
| Этрифталевые | ЭТ | Фенольные | ФЛ |
| Полиэфирные | ПЭ | Эпоксидные | ЭП |
| Мочевиноформальдегидные | МЧ | Алкидно-акриловые | АС |
| Кремнеорганические | КО | Канифольные | КФ |
Таблица 2. Классификация ЛКМ по назначению.
Пленкообразователи (будучи по своей природе полимеризационными, природными, поликонденсационными смолами, эфирами целлюлозы, жирными кислотами, растительными маслами) выполняют ряд важных функций:
- Связывают наполнители и пигменты;
- Растворяют органические наполнители;
- Образуют защитную пленку;
- Способствуют адгезии с обрабатываемой поверхностью.
Зачастую в качестве пленкообразующих веществ используют алкидные смолы. Это полиэфиры, которые являются результатом переработки многоосновных и жирных одноосновных кислот, а также спиртов и имеют разветвленную структуру.
Выделяют несколько видов этого соединения:
- глифталевая,
- пентафталевая,
- этрифталевая,
- ксифталевая.
Каждая из них на основе:
- глицерина,
- пенраэтитрита,
- этиола,
- ксилита.
Алкидная смола обуславливает плавность и влагоустойчивость готового состава. С целью улучшения этих параметров в рецептуру добавляют растительные масла или карбоновые кислоты.
На основании массовой доли масла в составе, смолы бывают:
- сверхтощими,
- тощими,
- средней жирности,
- жирные.
Алкидные смолы могут быть:
- высыхающими,
- невысыхающими.
Вид растительного масла, которое используют при изготовлении ЛКМ, влияет на скорость высыхания защитной пленки и ее водоустойчивость. Именно это следует учитывать при составлении рецептуры того или иного материала. Так, например, тунговое масло обладает наибольшей скоростью высыхания, поэтому его целесообразно использовать при производстве грунтовок.
По взаимоотношениям с растворителями алкидная смола может быть:
- Водоразбавляемой и нерастворимой в воде;
- Разбавляемой органическими растворителями и растворимой в них.
Таблица 3. Пленкообразующие, применяемые при изготовлении лакокрасочных материалов.
| Наименование | Характеристика | Область применения |
|---|---|---|
| Латекс СКС-65 ГП ГОСТ 10564-75* | Продукт совместной полимеризации дивинила со стиролом. Масса белого цвета. Вязкость — 11…16 с. рН — не менее 11. | Изготовление водоэмульсионных красок КЧВД-26, состав «ФСЛ» и др. |
| Поливинилацетатная дисперсия ПВАД ГОСТ 18992—80* | Однородная вязкая масса белого цвета. Получают путем полимеризации винилацетата в присутствии инициатора и защитного коллоида. Условная вязкость по кружке ВМС — 6…10 с. |
Изготовление водно-дисперсионных красок ЭВА-17, ЭВА-27, состав «Дефас» |
| Олифа «Оксоль» ГОСТ 190—78* | Маслянистая жидкость темно-желтого цвета. Вязкость по вискозиметру ВЗ-4 — 18…20 с, время высыхания до 24 ч. Получают путем.окисления растительных масел при температуре 160°С с добавлением сиккатива | Изготовление масляных красок, грунтовок, шпатлевок |
| Олифа натуральная ГОСТ 7931—76* | Маслянистая жидкость желтого цвета, вязкость по вискозиметру ВЗ-4 — 12…16 с, время высыхания до 24 ч. Получают на основе полимеризации высыхающих масел при температуре 160… 180 °С, не содержит растворителя | Изготовление высококачественных масляных красок и грунтовок |
| Жидкое стекло калийное ГОСТ 18958—73 | Жидкость желтого цвета, плотностью 1,15. ..1,18 кг/см3 . Получают путем разогрева и перемешивания в горячей воде кусков силикатного растворимого стекла. | Изготовление силикатных красок |
| Лак ГФ-046 ТУ 6-10-612—76 | Раствор глифталевой смолы в сольвенте или уайт-спирите, вязкость по ВЗ-4 — 40…60 с, содержание нелетучих — | Изготовление эмали ГФ-230 |
| ЛакПФ-06 0 ТУ 6-10-612—76 | Раствор пентафталевой смолы в уайт-спирите, вязкость по ВЗ-4 — 45… 60 с, содержание нелетучих — 58…62 % | Изготовление эмали ПФ-115, ПФ-14 |
| Фосфатное связующее ФС-3 ТУ 6-59-0204852-8—89 | Бесцветная вязкая жидкость без механических включений | Изготовление фосфатных красок |
Есть не что иное, как красящий порошок. Будучи нерастворимым в основе, образует с ней мелкодисперсную суспензию. По своей химической природе представляют собой соли или окислы металлов.
По происхождению можно выделить две группы этих веществ:
- Природные или естественные;
- Искусственные или синтетические. В свою очередь делятся на: органические и неорганические.
Наиболее яркий представитель естественных пигментов различные глины. Благодаря наличию в составе окислов железа, они способны давать самую разнообразную окраску: начиная желтой и заканчивая красно-коричневой. Главным достоинством применения природных пигментов является стойкость цвета.
Искусственные пигменты получают путем химических преобразований.
Чаще всего в производстве используют:
- лазурь,
- киноварь,
- свинцовый сурик,
- различные белила.
Достоинством веществ этого типа является очень яркий цвет в итоге.
Пигментирование ЛКМ повышает их влагостойкость, химическую стойкость, устойчивость к выцветанию, дисперсность, смачиваемость и другие качественные характеристики.
Использование дорогостоящих пигментов в составе лакокрасочных материалов не всегда экономически оправдано. Для экономии ресурсов часть из них заменяют на наполнители - неорганические сухие соединения, которые обладают следующими свойствами:
- Не растворяются в применяемой среде.
- Имеют высокую степень дисперсности и белизны.
- Содержат минимальное количество водорастворимых примесей.
- Имеют небольшую плотность и твердость.
Использовать их допускается только при производстве грунтовок и эмалей. Очень важно оптимально подобрать пропорцию между пигментом и наполнителем. Только в этом случае можно улучшить свойства лакокрасочных материалов. Как пример, повысить прочность или сделать более эластичным. Наиболее часто наполнителями выступают мел, тальк, слюда и т.д.
Разбавители
Очень часто необходимо регулировать вязкость лакокрасочного материала до определенного предела, именно с этой целью используют разбавители, которые не обладают растворяющей способностью. Зачастую в этом качестве выступает вода.
Для инициации процесса пленкообразования в состав лакокрасочных материалов вводят сиккативы, которые представляют собой соли нафтеновой, смоляной, масляной кислот, растворимые в органических растворителях. Пленка может начать формироваться либо с поверхности, либо у подложки обработанного основания. Это зависит от типа сиккатива в составе ЛКМ. Мнение, что скорость пленкообразования прямо пропорционально количеству добавленного вещества, является верным лишь отчасти. При перенасыщении состава сиккативом, материал высыхает медленнее. Выполнять свою функцию он продолжает и после полного высыхания. Что является еще одной причиной разумного использования этого вещества, ибо в противном случае покрытие состарится преждевременно.
Отвердители
Эти вещества используют, как правило, перед началом работы с лакокрасочным материалом. Представляет собой химическое соединение, добавка которого к ЛКМ приводит к образованию неплавкого нерастворимого продукта.
Ускорители
Соединения, применяемые с целью уменьшить время отверждения лакокрасочного материала.
Предтавляют собой жидкость (или смесь), которая обладает способность растворять пленкообразующие вещества. Остновной задачей является обеспечение возможности покрытия лакокрасочным материалом подложки. В промышленности чаще всего применяют сольвет, бутилацетат, уайт-спирит, вода.
Целевые добавки
Соединения, которые улучшают качественные характеристики лакокрасочных материалов, такие как: адгезия, абразивостойкость, пленкообразование, эстетичность, растекание, стабильность при хранении, прочность пленки и т.д. Как правило, массовая доля добавки в рецептуре находится в пределах 0,1-2%. Лучше всего использовать несколько видов этого вещества при производстве ЛКМ, но даже в этом случае его содержание будет менее 5%.
Порошковые смеси всегда пользовались популярностью среди производителей различных лакокрасочных товаров, благодаря удобству в их использовании. Подобные смеси существовали ещё в древние времена и были усовершенствованы технологами.
С давних времён человечество пользовалось красками, как для эстетического удовольствия, так и для практических нужд. При чём, во втором случае также есть элемент эстетики, поскольку окрашенные поверхности стен или предметов выглядели очень красиво, о практичности можно даже и не говорить. Краски и другие лакокрасочные материалы были верными спутниками человечества. Они шагали в ногу со временем, становясь всё лучше по качеству и сложнее по структуре.
Основными компонентами лакокрасочных материалов (ЛКМ) являются плёнкообразующие, пигменты, наполнители, пластификаторы, растворители, сиккативы, добавки.
Плёнкообразующие
Плёнкообразующие лакокрасочных материалов – многокомпонентная система, после нанесения которой на поверхность в результате физико-химических процессов образуется сплошная, прочно сцепленная с основой плёнка. Плёнкообразующие должны связывать наполнители с пигментами в ЛКМ, быть растворимыми органическими растворителями, обеспечивать хорошую адгезию лакокрасочного покрытия с подложкой, а после высыхания образовывать твердую защитную плёнку.
К плёнкообразующим веществам относятся: полимеризационные смолы (на основе акрилатов, метакрилатов, хлористого винила и др.), поликонденсационные смолы (алкидные, полиуретановые, эпоксидные, кремнийорганические, формальдегидные), природные смолы (канифоль, битумы, асфальты, копалы), растительные масла, таловое масло, жирные кислоты и эфиры целлюлозы.
Рассмотрим некоторые виды плёнкообразователей.
Алкидные смолы среди плёнкообразующих веществ занимают почетное первое место не только в отечественной, но и зарубежной лакокрасочной промышленности. Это полиэфиры, которые имеют разветвленное строение. Они являются продуктами неполной переработки одноосновных жирных кислот и многоосновных кислот и спиртов.
Классифицируются алкидные смолы в зависимости от спирта, который используется для их изготовления. Различают алкидные смолы на основе глицерина (глифталевые), этриола (этрифталевые), пентаэритрита (пентафталевые) и ксилита (ксифталевые).
Для того, чтоб алкидная смола имела хорошую растворимость, а готовое лакокрасочное покрытие отличалось водостойкостью и эластичностью, ее модифицируют жирными кислотами либо маслами растительного происхождения. Поэтому алкидные смолы делят еще на невысыхающие и высыхающие. Содержание масла может быть самое разное, вплоть до 70%. Есть сверхтощие (до 34% масел), тощие (от 35 до 45%), средней жирности (46 – 55% масел) и жирные (от 56 до 70%). Пентафталевые алкидные смолы обладают наилучшими защитными характеристиками, при содержании масла около 60 – 65%, а глифталевые – при 50%. Необходимо также знать, что при данной жирности водопроницаемость и скорость высыхания плёнки очень сильно зависит от вида используемого растительного масла. Зависимость можно описать следующим рядом (по убыванию): тунговое > ойтисиковое > льняное > дегидратированное касторовое > соевое > подсолнечное.
В обратном порядке масла располагаются по светостойкости. Эти данные используют для изготовления любых алкидных лакокрасочных материалов. Исключение составляют грунтовки, для изготовления которых используют тунговое и льняное масла. Это связано с тем, что грунтовочные смеси используются в качестве промежуточного слоя, который не подвергается воздействию солнечного света.
Алкидные соединения применяются в комплексе с некоторыми другими поликонденсационными, полимеризационными смолами и нитратами целлюлозы. Такие смолы, в зависимости от используемого модифицирующего вещества, подразделяются на: алкидно-меламиновые, алкидно-карбамидные, алкидно-эпоксидные, алкидно-стирольные, уралкидные, алкидно-полиорганосилоксановые и алкидно-акриловые. Они сочетают в себе свойства модифицирующего компонента и алкидной смолы.
Алкидные смолы подразделяются на: разбавляемые водой (водоразбавляемые) и нерастворимые в воде. А также на: разбавляемые органическими растворителями и растворимые в них.
В наше время самое широкое применение нашли водоразбавляемые (водоэмульсионные) лакокрасочные материалы. Они обладают бесспорными преимуществами, по сравнению с красками и лаками на основе органических растворителей, т.к. не вредят человеческому организму, безопасны в пожарном отношении. Водоразбавляемые смолы при взаимодействии с аминоформальдегидными или фенолоформальдегидными водорастворимыми смолами, которые выступают в качестве отверждающих агентов, образуют плёнку.
Разбавляемые водой алкидные смолы применяют для изготовления водоэмульсионных эмалей и грунтовок. Глифталевые смолы, разбавленные органическими растворителями, используют в производстве шпатлевок, грунтовок и эмалей для внутренних работ. Пентафталевые – для эмалей и лаков, предназначенных для работы в умеренном климате, под открытым воздухом. Также из высыхающих алкидных смол делают олифы, лаки, эмали, грунтовки, шпатлевки горячей и холодной сушки.
Следующие марки немодифицированных лаков и смол на алкидной основе можно найти на рынках лакокрасочных материалов:
- смолы – ВПФЛ-50, ФК-135, ФК-42, ПГФ-СИН-34;
- лаки – ПФ-060Н, ПФ-060В, ПФ-053Н, ПФ-053В, ГФ-01, ГФ-019, ГФ-046, ГФ-072, В-Эп-0179 и др.
Пигменты
Пигменты – это окрашенные порошки высокой дисперсии. Вода, плёнкообразующие вещества их не растворяют. Пигменты в основном применяют в декоративных целях, для придания краскам, грунтовкам, а также эмалям цвета и блеска. Но кроме того пигменты отличаются некоторыми полезными свойствами, которые влияют на конечный продукт: светостойкость, химическая и атмосферостойкость, смачиваемость, дисперсность, маслостойкость, укрывистость, кристаллическая структура, способность взаимодействовать с плёнкообразующими.
По своему происхождению пигменты лакокрасочных материалов (ЛКМ) можно разделить на синтетические и природные, а по химическому составу – на органические и неорганические.
К неорганическим пигментам относятся двуокись титана, окись цинка, литопон (дают белый цвет), охра (дает желтый цвет), железная лазурь, ультрамарин (синий), железный сурик, оранжевый крон, мумня (красный), медянка, окись хрома (зеленый цвет). Как видно – большинство неорганических пигментов это соли металлов, оксиды, гидроксиды, которые имеют кристаллическое строение.
Среди органических пигментов можно выделить фталоцианиновые, антрахиноновые, азопигменты, диазопигменты.
Некоторые пигменты могут обеспечивать лакокрасочным материалам дополнительные полезные свойства. Вот, например, при достаточно большом наполнение ЛКМ металлическими пигментами покрытие становится электропроводящим и теплопроводящим. При наполнении лакокрасочного материала цинковой пылью, его можно использовать как протекторную грунтовку.
Наполнители
Наполнитель – это нерастворимое в дисперсионных средах сухое неорганическое вещество. Применяют как добавоки к пигментам для их экономии и снижения стоимости лакокрасочных материалов (ЛКМ). Наполнители вводят только в непрозрачные лакокрасочные материалы (грунтовки, эмали). При правильном подборе системы пигмент – наполнитель можно улучшить свойства ЛКМ. Придать лакокрасочным материалам определенную вязкость, улучшить разливаемость, предотвратить оседание пигментов на дно резервуара, повысить прочность, атмосферостойкость готового покрытия.
В качестве наполнителей применяют тальк, слюду, доломит, мел, барит, кальцит, каолин. Наиболее широко применяются наполнители с высокой степенью белизны, дисперсностью, с низким содержанием водорастворимых примесей, небольшой твердости, плотности, низкой маслоемкости.
В основном наполнители ЛКМ – это природные материалы, лишь малая доля – синтетические (осажденный мел, бланфикс).
Пластификаторы
Пластификаторы - практически нелетучие органические вещества, которые вводятся в плёнкообразующее для придания высохшим ЛКМ эластичности. В качестве пластификаторов используют фталаты, фосфаты, касторовое масло, совол, себацинаты и т.д.
Растворители
Растворители – летучая органическая жидкость или смесь жидкостей, которая применяется для растворения плёнкообразующих, придания ЛКМ нужной консистенции. К ним относятся спирты, эфиры, кетоны, углеводороды.
Сиккативы
Сиккативы – мыльное соединение некоторых металлов в растворителях или (используется реже) соединения в виде оксидов. Сиккативы применяют для ускорения процесса высыхания лакокрасочного материала. К сиккативам относятся кобальтовые, марганцевые, свинцовые, линолеаты, нафтенаты, резинаты и др.
Добавки
Добавки – вещества для придания определенных свойств лакокрасочным материалам. Добавками принято считать различные отвердители, эмульгаторы, стабилизаторы, ускорители, инициаторы и многое другое.
Лакокрасочные материалы (ЛКМ) - это композиции, которые при равномерном нанесении на поверхность окрашиваемого изделия в результате сложных физических и химических превращений формируют сплошное полимерное покрытие с определенным комплексом свойств - защитных, декоративных, специальных.
Свойства лакокрасочного материала определяются свойствами входящих в его состав компонентов. В состав основных ЛКМ входят пленкообразователи, пластификаторы, отвердители, сиккативы, растворители и разбавители, пигменты.
Пленкообразователи - это нелетучие соединения, которые способны образовывать прочную пленку, закрывающую поверхность. Пленкообразователи выполняют функцию связующего и могут быть природными, искусственными и синтетическими. По механизму образования покрытия их называют превращаемыми, дающими плавкую пленку, которая образуется за счет испарения растворителя, и непревращаемыми, дающими нерастворимую и неплавкую пленку, которая образуется за счет химических реакций отверждения пленкообразователя и испарения растворителя.
К природным пленкообразователям относятся прежде всего растительные масла: льняное, конопляное, подсолнечное, тунговое, соевое, кукурузное, рапсовое. Необработанные растительные масла высыхают, образуют пленку, очень долго - от 10 до 40 суток. Поэтому их превращают в олифу, подвергая длительной термообработке.
Животные жиры - жиры рыб и морских животных - теоретически могут применяться как пленкообразователи, но качество получаемых на их основе ЛКМ невысоко, поэтому они не нашли практического применения.
Природные смолы - канифоль, шеллак - являются традиционными пленкообразователями. Канифоль - смола, получаемая из хвойных пород деревьев, главным образом из сосны. По химическому составу она представляет собой смесь смоляных кислот (главная - абиетиновая). В производстве лаков применяют не чистую канифоль, а облагороженную, в ней кислотные свойства понижены путем образования эфиров канифоли (преимущественно глицериновых) и ее солей (резинатов кальция, цинка), ускоряющих процесс высыхания. Шеллак получают из гуммилака, выделяемого насекомыми (лаковыми червецами) на ветвях некоторых тропических растений. Пленки шеллачного лака обладают блеском и твердостью, но недостаточно водостойки.
Как пленкообразователи используются копалы - природные ископаемые смолы: южноамериканские, африканские, индийские. В России месторождения копалов есть на Дальнем Востоке. Они являются основой для изготовления масляных лаков. Такие природные смолы, как янтарь, даммара, сандарак, дают покрытия высококачественные, но непрочные и дорогостоящие. Применение этих смол ограничено в основном художественными реставрационными работами. ЛKM на основе природных нефтяных смол - битумов и асфальтов - отличаются высоким качеством покрытий и химической стойкостью.
Искусственные пленкообразователи - это прежде всего эфиры целлюлозы: нитрат, ацетобутират и этилцеллюлоза. Главный их недостаток - горючесть.
Полимеризационные смолы как синтетические пленкообразователи - полиакрилаты, виниловые полимеры - используются редко. Чаще встречаются смолы поликонденсационные - алкидные, амино- и фенолформальдегидные, эпоксидные, полиуретановые, кремнийорганические. Наряду с синтетическими смолами используются каучуки. Их свойства в значительной степени определяют свойства лакокрасочных покрытий.
Пленкообразователи должны смачивать поверхность и равномерно по ней распределяться; не содержать водорастворимых веществ; растворяться в доступных растворителях; давать бесцветные прозрачные пленки.
Пластификаторы вводят в ЛKM, во-первых, для снятия внутренних напряжений в пленке и увеличения долговечности лакокрасочного покрытие; во-вторых, для повышения его эластичности и морозостойкости. Пластификаторы - это дибутилфталат, диоктилфталат, трибутоксиэтилфосфат, алкидные смолы и ряд других веществ.
Следует помнить, что пластификаторы остаются в лакокрасочном покрытии и постоянно влияют на его свойства. Если пластификаторы «всплывают» на поверхность, образующаяся пленка имеет достаточно высокую липкость, что приводит к повышенной загрязняемости.
Отвердители входят в состав тех Л КМ, где пленкообразователь - термореактивная смола. Они способствуют образованию «сшитого» покрытия. Этот компонент или вводится непосредственно в ЛКМ и проявляет свои свойства только при сушке горячим
воздухом (таков состав полиуретановых лаков), или смешивается с пленкообразователем непосредственно перед нанесением покрытия (эпоксидные лаки). Количество отвердителя должно быть рассчитано точно, так как его избыток уменьшает водостойкость лакокрасочного покрытия.
Сиккативы - высушивающие вещества - вводятся в лакокрасочные составы для ускорения процесса высыхания масляных и алкидных ЛKM. Они представляют собой кобальтовые, марганцевые, цинковые, свинцовые соли органических кислот, содержащиеся в льняном масле, канифоли, нафтеновых кислотах и т.д. В зависимости от типа сиккатива процесс пленкообразования начинается с формирования либо поверхностной пленки (кобальтовые сиккативы), либо пленки у подложки с дальнейшим распространением ее по всей толщине покрытия (марганцевые и свинцовые сиккативы).
При введении сиккативов в лакокрасочные материалы процесс высыхания ускоряется в десятки раз. Образующиеся перекиси металлов активируют реакции окисления и полимеризации молекул масла или другого пленкообразующего вещества. Обычно в олифу или маслосодержащий лак вводят смесь, состоящую из 0,12 % сиккатива, содержащего кобальт, 0,13 % сиккатива, содержащего марганец, или 0,45 % сиккатива, содержащего Свинец. Избыточное содержание сиккатива, напротив, может замедлить высыхание покрытия, а если и ускоряет его, то качество покрытия ухудшается, оно становится хрупким.
Растворители переводят пленкообразователи в состояние, удобное для нанесения покрытия. Выбор растворителя определяется его растворяющей способностью, скоростью испарения, токсичностью, огнеопасностью. Разбавители не растворяют пленкообразователи, но разбавляют их растворы до нужной вязкости, а кроме того, удешевляют ЛKM. Для того чтобы образующееся покрытие было прочным, однородным, прозрачным, скорость испарения разбавителя должна быть больше, чем у растворителя. Это обеспечивает необходимую структуру покрытия. Растворители - это вода и органические вещества. Вода используется при изготовлении водно-дисперсионных и клеевых красок. Органические вещества представлены:
Углеводородами. Наибольшее распространение получили ароматические углеводороды - толуол, ксилол, нефтяной сольвент, уайт-спирит. Они применяются в таких лакокрасочных составах, как меламиноформальдегидные, поливинилацетатные, эпоксидные, акрилатные, а также в масляных лаках и красках;
Терпеновыми углеводородами - скипидар. Скипидар служит разбавителем масляных и алкидных красок, а также ЛКМ на основе природных смол. Его достоинством является малая токсичность;
Кетонами - ацетон. Ацетон растворяет природные смолы, масла, эфиры целлюлозы, полиакрилаты, поливинилхлорид. Достоинствами ацетона являются высокая растворяющая способность и сравнительно малая токсичность. Применяются также циклогексанон и метилциклогексанон, особенно для полиуретановых лаков;
Простыми и сложными эфирами. Бутилацетат, например, растворяет эфиры целлюлозы, виниловые полимеры и используется для приготовления дисперсионных красок;
Спиртами. Этиленгликоль, например, применяют для приготовления цветных лаков, быстросохнущий бензиловый спирт - для приготовления шеллачного лака;
Пигменты - это высокодисперсные минеральные и органические вещества, нерастворимые в пленкообразователях и растворителях (красители в этих веществах растворимы), обладающие определенным цветом.
Минеральные пигменты по происхождению классифицируются как естественные (охра, сурик, умбра), их получают переработкой горных пород и окрашиванием глин; и искусственные, или синтетические (белила, крона), их получают промышленным способом, по цветам они разнообразнее, но менее атмосферо- и светостойки. По составу минеральные пигменты могут быть элементами (алюминиевая пудра, технический углерод, цинковая пыль), оксидами (цинковые белила, титановые белила, железо-оксидные пигменты, оксиды хрома), солями (карбонаты - свинцовые белила, хроматы - свинцовый и цинковый кроны, свинцово-молибдатный крон, стронциевый крон), сульфидами (литопон, кадмиевые пигменты), фосфатами (фосфаты хрома и кобальта), комплексными солями (железная лазурь), алюмосиликатами (ультрамарин). По цвету они ахроматические - белые (белила цинковые, белила титановые), черные (сажа), серые (графит), и хроматические - желтые, красные, синие и зеленые.
Органические пигменты менее свето-, атмосферо- и химически стойки, чем минеральные, но у них более высокая красящая способность. Красочные покрытия на их основе, как правило, прозрачные (лессирующие) и более ярких цветовых тонов. Применяются они для внутренних и декоративных работ.
Современное лакокрасочное производство характеризуется широким применением колеровочных систем, включающих в себя:
Базу - ЛKM с различным содержанием диоксида титана для получения оттенков;
Пигментные пасты для придания базе требуемого цвета;
Дозирующее оборудование на основе компьютерной техники для точного дозирования пасты в базу;
Перемешивающее оборудование.
Пигменты, как правило, используют в смеси с наполнителями. Они изменяют вязкость, обеспечивают получение необходимого рельефа покрытия, выполняют роль каркаса. Кроме того, при правильном выборе наполнителя и оптимальном соотношении размеров частиц пигмента и наполнителя до половины пигмента можно заменить более дешевым наполнителем без значительного снижения укрывистости.
Наполнители - дисперсные неорганические вещества, нерастворимые в растворителях и пленкообразователях и не обладающие красочной способностью. Это каолин, барит, кремнезит, тальк, слюда, мел, песок.
Особый интерес представляют микронизированные наполнители. ОАО «Миасстальк» выпускает микротальк и гранулированный микротальк повышенной белизны помола до 5 мкм, которые соответствуют лучшим мировым образцам. Новинки ассортимента - карбонат кальция (кальцит) и микромрамор, их рекомендуется использовать в воднодисперсионных и масляных красках, эмалях, антикоррозийных грунтовках, светлых атмосферостойких покрытиях, где требуется повышенная твердость и прочность. Перспективны гидратированные оксиды алюминия. Предлагаемый ООО НПФ «Скар-Лет» активный наполнитель «Прокаль» представляет собой многофазную смесь оксидов и гидроксидов алюминия. Он применяется в белых и светлых цветных лакокрасочных материалах на всех типах связующих.
В состав масляных и алкидных красок могут входить антиоксиданты. Чтобы предотвратить оседание пигмента и его разбрызгивание при покраске, используют тиксотропные добавки, которые позволяют получить утолщенные покрытия, так как краска становится нетекучей даже на вертикальной поверхности.
Для придания матовости лаковым покрытиям, которая достигается в результате рассеивания световых лучей, в состав ЛКМ вводят воски, смеси несовместимых полимеров или силикаты.
Применение биоцидов позволяет увеличить срок службы составов и покрытий на основе воднодисперсионных материалов, которые неустойчивы к воздействию микроорганизмов при температуре 30-40 °С.
Диспергирование является важным процессом в производстве воднодисперсионных составов. Диспергаторы способствуют смачиванию пигментов и предотвращают загустевание красок.
Добавки для скольжения и устойчивости к царапанью улучшают внешний вид и позволяют получить покрытие с высокой абразивной стойкостью и малым коэффициентом трения.
Пеногасители (антивспениватели) удаляют из пленки ЛKM воздух, образующиеся газы и пары, что предотвращает образование дефектов поверхности.
Реологические добавки регулируют вязкость, розлив, выравнивание, склонность к образованию потеков.
Противопленочные агенты обеспечивают однородность ЛKM в процессе хранения, придавая им устойчивость к образованию сгустков и поверхностной пленки.
Загустители используются в воднодисперсионных составах. Наряду с традиционными эфирами целлюлозы начали применяться ассоциативные акриловые и полиуретановые загустители. Они уменьшают разбрызгивание при нанесении, дают лучший розлив, улучшают устойчивость к истиранию, повышают укрывистость, улучшают колерование.
Порообразователи на основе лаурилсульфата натрия способствуют образованию более легкой структуры ЛKM. Этот компонент важен для порошковых ЛKM, так как позволяет наносить трещиностойкие покрытия более толстым слоем.
В последние годы рецептуры жидких ЛКМ претерпевают радикальные изменения. Применяя современные функциональные добавки, можно улучшить свойства покрытий, не разрабатывая новых пленкообразователей. Добавки в рецептурах ЛКМ позволяют:
Улучшить их стойкость при хранении, а также прочностные, термические, химические свойства покрытий;
Интенсифицировать процессы диспергирования пигментов, равномерное растекание краски по поверхности, ее высыхание;
Снизить расход сырья, материалов и электроэнергии при производстве продукта;
Повысить экологическую полноценность ЛКМ путем замены органоразбавляемых красок водными, порошковыми и красками с высоким сухим остатком, предполагающими введение добавок.
Наиболее востребованными являются многофункциональные добавки. К примеру, аэросил - высокодисперсная аморфная кремниевая кислота - используется для придания краскам требуемых реологических свойств, улучшает адгезию, механические и антикоррозийные свойства покрытий.
Современная композиция для образования лакокрасочных покрытий может быть получена смешиванием дозированных исходных компонентов: полуфабрикатных лаков и латексов, суспензий цветных пигментов, суспензий белых пигментов и наполнителей. Из таких компонентов на установке, снабженной мешалкой, путем компьютерного дозирования можно получить ЛКМ даже в магазине, в авторемонтной мастерской и т.д.
Процесс образования лакокрасочного покрытия можно представить как нанесение ЛКМ на поверхность твердого тела, растекание ЛКМ по поверхности и установление прочного адгезионного контакта между подложкой и ЛКМ и отверждение пленки в результате полного испарения растворителя, химических превращений или того и другого одновременно.
Отверждение пленки за счет испарения растворителя характерно для ЛКМ на основе превращаемых пленкообразователей (термопластичных смол, природных смол, эфиров целлюлозы). Такие покрытия могут плавиться при нагревании и растворяться в органических растворителях. На процесс образования пленки в этом случае оказывает влияние вид пленкообразователя, его физические и химические свойства; состав и свойства легколетучей части ЛКМ; состав и количество растворителей с низкой летучестью, пластификаторов и других компонентов, которые в значительных количествах (до 10%) остаются в покрытии; свойства готового ЛКМ, его концентрация, вязкость, температура, продолжительность хранения; условия пленкообразования; температура и влажность воздуха, насыщенность парами легколетучего растворителя.
Процесс пленкообразования для водных дисперсий полимеров, которые в последние годы широко используются в производстве ЛКМ, значительно сложнее, чем для растворов полимеров в органических растворителях. Он протекает в три стадии. Сначала полимерные частицы дисперсии сближаются и вследствие испарения воды контактируют друг с другом. Затем под влиянием силы поверхностного натяжения они сильно деформируются. Коалисценция (сливание) частиц происходит благодаря диффузии полимерных цепей через границу соприкосновения частиц.
Для получения покрытий лучшего качества применяют дисперсии с малым размером частиц и специальными пленкообразующими добавками, или коалисцентами. Они придают краскам морозостойкость, снижая температуру замерзания. Следует помнить, что пленкообразование проходит при определенной для каждого полимера температуре. Если процесс испарения воды идет при более низкой температуре, образуется мутное, растрескивающееся или даже осыпающееся покрытие.
Лакокрасочные покрытия, которые образуются за счет химических превращений пленкообразователя, не плавятся при нагревании, не растворяются органических растворителях, имеют высокую прочность и твердость. Причиной тому - образование трехмерной сетки за счет реакции поликонденсации функциональных групп пленкообразователя между собой (карбоксильных, эпоксидных и т.д.).
Для масляных лакокрасочных составов механизм образования покрытия иной. Растительные масла состоят из триглицеридов жирных кислот. При нанесении олифы на поверхность кислород воздуха присоединяется по двойным связям остатков ненасыщенных жирных кислот и образует перекисные соединения, которые
распадаются на радикалы и инициируют процесс полимеризации жирных кислот. Образуется прочная нерастворимая пленка.
На процесс химического отверждения влияет толщина пленки (твердая поверхностная пленка может затруднять поступление кислорода и отвод газообразных продуктов реакции из внутренней части покрытия, что приводит к его размягчению и деформации), а также температура (повышение температуры на 10 °С может в 2 - 3 раза ускорить реакцию отверждения) и введение катализаторов-ускорителей. Прочность образовавшегося покрытия зависит от соотношения сил адгезии и когезии, которые, в свою очередь, зависят от природы пленкообразователя (полярности макромолекул), толщины пленки, характера поверхности материала.
