13.4. Лакокрасочные материалы

Лакокрасочными материалами называют жидкие составы, наносимые на твердую поверхность и способные образовывать тонкие пленки.

Лакокрасочные покрытия предназначены для защиты изделий из металла, дерева, бетона и других материалов от вредного воздействия окружающей среды. Важное значение имеет также придание хорошего внешнего вида.

К преимуществам лакокрасочных покрытий следует отнести несложность технологии нанесения, большое разнообразие покрытий, стойкость к различным воздействиям, а также экономичность.

По составу основные лакокрасочные материалы делят на лаки, эмали и масляные краски. Вспомогательными материалами являются грунтовки, шпатлевки, моющие составы, различные пасты. Они предназначены для обработки поверхности перед окраской.

Главными компонентами лакокрасочных материалов являются пленкообразующие вещества, растворители и разбавители, пластификаторы, сиккативы, наполнители, пигменты или красители и различные добавки.

Пленкообразующие вещества в красочных составах служат связующими для порошкообразных компонентов–пигментов и наполнителей.

Они являются основой красочного состава, определяющей консистенцию краски, её прочность, твердость и долговечность образующейся пленки. Кроме того, связующие краски должны обладать хорошим сцеплением (адгезией) с окрашиваемой поверхностью и быть стойкими в различных условиях эксплуатации.

По своей природе все пленкообразующие вещества являются веществами органического происхождения. Это, в частности, могут быть растительные масла, природные смолы, эфиры целлюлозы. Наибольшее распространение в настоящее время получили пленкообразующие вещества на основе синтетических полимерных смол.

Растворители и разбавители являются технологически вспомогательными летучими компонентами. Они придают лакокрасочным материалам требуемую вязкость для нанесения сплошной пленки. В качестве растворителей применяют различные продукты переработки нефти (бензин, керосин, ацетон), а также спирты, сольвент, скипидар, уайт-спирит др. Растворители, как правило, выполняют роль активного компонента, действующего на пленкообразующее вещество.

Разбавители не растворяют пленкообразующие вещества и предназначены лишь для уменьшения вязкости красочного состава, т.е. их добавляют для придания краске удобонаносимости. Разбавители обычно испаряются быстрее, чем растворители. В качестве разбавителя достаточно часто используется бензол. Роль разбавителя выполняет, например, олифа, добавляемая в густотертую масляную краску.

Пластификаторы (мягчители) предназначены для повышения эластичности лакокрасочных составов. Важнейшими из них являются касторовое масло, дибутилфталат и др. Пластификаторы могут быть растворимыми и нерастворимыми в пленкообразующем веществе. Излишнее количество пластификаторов делает пленку липкой и препятствует её высыханию.

Сиккативы применяют для ускорения высыхания пленкообразующих материалов, приготовленных в основном на растительных маслах. В качестве сиккативов чаще всего используют соли свинца, марганца или цинка, образованные жирными кислотами.

Наполнители способствуют повышению кроющей способности (укрывистости) лакокрасочных составов. Применение наполнителей вместо части пигментов удешевляет красочный состав. Кроме того, введение наполнителей может повышать прочность пленки. В качестве наполнителей наиболее часто используют мел, тальк, каолин, барит и другие вещества.

Пигменты – это цветные, тонко измельченные порошки оксидов или солей металлов, нерастворимые в связующем веществе и растворителе. Пигменты придают покрытию не только нужный цвет, но и повышают защитные и механические свойства пленки.

По происхождению пигменты разделяют на природные и искусственные. Природные пигменты получают путем тонкого измельчения глинистых пород, содержащих оксиды железа (железный сурик, охра). Искусственные пигменты получают путем химической переработки сырья. К ним относят разные виды белил, кронов, зелени, ультрамарин, малярная лазурь и другие.

Наряду с природными и искусственными широко применяют металлические порошки. Наибольшее применение получили алюминиевая и бронзовая пудры.

Применяют алюминиевую пудру для наружной окраски металлических конструкций на масляном или лаковом связующем. Тонкий бронзовый порошок используют, главным образом, для декоративной окраски по металлу на лаковом связующем.

Одним из основных качеств пигментов является их красящая способность, которая характеризуется передачей своего цвета при смешивании с пигментами других цветов. Для пигментов, применяемых для наружных покрасок, большое значение имеет сохраняемость цвета во времени, который может изменяться вследствие различных атмосферных воздействий.

В настоящее время в лакокрасочной промышленности применяют следующие пигменты: белые (цинковые и свинцовые белила), зеленые (оксид хрома), синие (лазурь, ультрамарин), желтые (охра, крон свинца и цинка), коричневые (мумия, железный сурик), черные (сажа).

Кроме минеральных пигментов используют также и органические красители, которые придают пленке определенный колер и сохраняют её прозрачность.

Добавки вводят в состав лакокрасочных материалов с целью повышения их сцепляемости с укрываемой поверхностью. Это, как правило, соли различных жирных кислот.

По роду связующего лакокрасочные материалы подразделяются на краски масляные, лаковые, эмалевые, полимерные и клеевые.

Масляные краски представляют собой суспензии пигментов (иногда с наполнителями) в олифе. Их получают путем тщательного перетирания пигментов в натуральной или искусственной олифе на специальных краскотерочных машинах. Натуральные олифы являются продуктом обработки (варки) растительных высыхающих масел путем их нагревания при температуре около 150°C с добавлением 2…4% сиккативов. Получаемая таким образом олифа быстро высыхает в тонком слое. Термин “высыхание олифы” условный, поскольку характеризует переход олифы из жидкого состояния в твердое. В действительности в процессе отвердевания происходят более сложные химические процессы окисления и полимеризации. Срок полного высыхания натуральной олифы не более 24 ч. при температуре 20°С.

Лакокрасочная промышленность вырабатывает масляные краски двух видов – густотертые и готовые к употреблению. Густотертые краски доводят до рабочей вязкости добавлением олифы на месте работ. Краски готовые к употреблению содержат примерно 30…50% олифы (по массе). К таким краскам относятся, например, титановые и цинковые белила. Масляные краски применяют с учетом вида олифы, пигмента, их стоимости и атмосферостойкости. Наибольшей долговечностью обладают краски, изготовленные на натуральной олифе. Однако краски на искусственных олифах значительно дешевле, поэтому более экономичные для производства внутренних отделочных работ.

Масляные краски на олифах из растительных масел применяются для наружной и внутренней окраски по металлу, дереву и просохшей штукатурке.

Лаками называют красочные составы, представляющие собой растворы пленкообразующего вещества (природной или синтетической смолы, битума, олифы) в летучих растворителях. После нанесения на обрабатываемую поверхность тонкого слоя лака растворитель испаряется, в результате чего образуется твердая, блестящая, часто прозрачная пленка. Кроме двух главных компонентов лак обычно содержит пластификатор, отвердитель и другие специальные добавки, улучшающие качество лакового покрытия.

Спиртовые лаки и политуры состоят из синтетических полимеров, растворенных в спирте или смеси спирта с другими летучими растворителями. В отличие от лаков, политуры имеют в своем составе значительно меньшее количество полимеров и смол. Спиртовые лаки и политуры применяются в основном для отделки изделий из дерева, находящихся внутри помещений.

Битумные (асфальтовые) лаки представляют собой растворы битумов в органических растворителях. Такие лаки образуют пленки черного цвета, обладающие высокими антикоррозионными свойствами и химической стойкостью. Для улучшения свойств битумного лака, снижения его хрупкости при отрицательных температурах в его состав часто вводят высыхающие растительные масла. Применяют битумные лаки для покрытия металлических конструкций и санитарно-технического оборудования.

Нитролаки – это растворы нитроцеллюлозы совместно с пластификатором в органических растворителях. Нитролак быстро высыхает, образуя блестящую пленку коричневого или желтого цвета. Их применяют для лакирования мебели и различных изделий из древесины.

Нитролаки огнеопасны и при высыхании выделяют вредные пары растворителя. Поэтому при их использовании необходима осторожность и соблюдение установленных правил охраны труда.

Бакелитовый лак – это раствор фенолоформальдегидного полимера в ацетоне, толуоле или других растворителях. Для ускорения отвердевания бакелитовые лаки подвергают тепловой обработке. Применяют для защиты от коррозии промышленной аппаратуры, приборов и сооружений.

Силиконовые (кремнийорганические) лаки и эмали получают на основе кремнийорганических полимеров, модифицированных другими смолами. Модификация производится с целью повышения сцепляемости с поверхностью. Наиболее часто в качестве модификаторов используются эпоксидные смолы.

Покрытия из силиконовых лаков и эмалей отличаются повышенной теплостойкостью – до 200…3000С, кратковременно могут выдерживать температуру до 5000С. Однако эти покрытия достаточно дороги ввиду высокой стоимости кремнийорганического связующего.

Фуриловые смолы и лакокрасочные материалы на их основе устойчивы против кислот и щелочей. Лаки и эмали на их основе обладают повышенной теплостойкостью. На основе фуриловых смол выпускают лаки (ФЛ-1, ФЛ-4 и др.), устойчивые в различных химически активных средах. Эти лаки обладают повышенной морозо- и маслостойкостью. Используют для нанесения покрытий на внутренние поверхности трубопроводов, транспортирующих синтетические жирные кислоты при повышенных температурах.

Эмалевые краски (или сокращенно эмали) представляют собой композиции из лака и пигмента. В зависимости от вида применяемого связующего эмалевые краски подразделяют на алкидные, эпоксидные карбамидные. Загустевшие краски доводятся до малярной консистенции путем разведения их соответствующим растворителем.

Алкидные эмали представляют собой суспензии тонкоизмельченных пигментов в глифталевом, пентафталевом или других алкидных лаках с добавлением растворителей и сиккативов. Растворителями для алкидных эмалей являются скипидар, сольвент, ксилол или их смеси. Пленки эмалевых красок при продолжительном воздействии влаги постепенно разрушаются, поэтому их применяют главным образом для отделки внутренних помещений.

Эпоксидные эмали получают на основе эпоксидного полимера и органических растворителей (ацетона, толуола). Эти эмали обладают высокой стойкостью к щелочам, солям, маслам и к большинству растворителей. Их применяют, как правило, для защиты ответственных металлических конструкций. Отвердитель эпоксидных эмалей (полиэтиленполиамин) вводится в состав непосредственно перед его применением. Нанесение эпоксидных покрытий требует тщательной подготовки поверхностей (обезжиривания). При пониженных температурах (5…100С) отвердевание наносимого покрытия происходит очень медленно или вообще не происходит. Неиспользованная эмаль с введенным отвердителем храниться не может.

Эпоксидные эмали горячего отверждения могут храниться достаточно долго, но при отверждении требуют повышенных температур 90…1100С. Поэтому нанесение таких покрытий возможно лишь в стационарных условиях при наличии покрасочных камер с подогревом.

Следует отметить, что стоимость эпоксидных эмалей достаточно высока, поэтому их применение ограничено.

Клеевые краски составляют отдельную группу покрасочных составов. Выпускают их в сухом виде и перед употреблением разводят горячей водой в соотношении 1:10. В качестве связующего в этих красках используют казеин. Готовые сухие казеиновые краски состоят из смеси пигментов, казеина, щелочи, извести и некоторых добавок. Замешанные водой краски должны быть выдержанны в течение 1 часа, после чего ее процеживают через сито. Готовый красочный состав можно использовать в течение двух суток.

Казеиновые краски являются более прочными и водостойкими, нежели обычные составы на основе животных клеев. Их применяют для внутренних отделочных работ, а также для покрытия наружных оштукатуренных и бетонных стен.

Акулич Н.В. Процессы производства черных и цветных металлов и их сплавов, Гомель 2008