- Состав лакокрасочных материалов
Лакокрасочные материалы обычно представляют собой жидкий продукт, который при нанесении на поверхность образует сцепляющуюся с подложкой пленку. Эта пленка покрывает и защищает подложку. Пленка, которая образуется лаком, является бесцветной.
Лакокрасочные материалы состоят из ряда различных сырьевых компонентов, которые подразделяются на четыре группы: связующие, пигменты / наполнители, растворители и добавки. Все они имеют свое значение для формирования механических, технических и функциональных свойств л/к материалов и готового покрытия.
- Связующее
Значение связующего — связать компоненты краски и сцепить ее с подложкой. Связующие являются твердыми или жидкими полимерами. Твердые и крайне высоковязкие связующие растворяют до нужной вязкости для приготовления краски. Связующее может представлять собой и мелкие частицы в воде. Такой вид связующего называют дисперсией.
Стойкость и адгезия к подложке определяется связующим. Поэтому классификация л/к материалов, как правило, основывается на типе связующего, например, латексные, алкидные, эпоксидные, акрилатные и пр. краски. Л/к материалы также классифицируются по разбавителю, т.е. водоразбавляемые и органоразбавляемые материалы.
По механизму высыхания л/к материалы делятся на 3 группы: высыхающие физически, окислением или в результате химической реакции.
Физически высыхающими являются, например, латексные и хлоркаучуковые краски. Латексные краски сохнут в результате испарения из них воды и сцепления частиц связующего между собой. Хлоркаучуковые краски сохнут по мере испарения из них растворителя (ксилола).
К лакокрасочным материалам, высыхающим в результате окислительной реакции, относятся масляные и алкидные краски. Из этих л/к материалов в первую очередь испаряется растворитель (уайт-спирит), после чего кислород воздуха запускает реакцию полимеризации связующего, в результате которой лакокрасочная пленка твердеет.
В группу л/к материалов, которые сохнут в результате химической реакции, входят, например, эпоксидные и полиуретановые краски, эмали горячей сушки и материалы кислотного отверждения. Связующее этих материалов состоит из двух частей, которые самостоятельно не способны образовать лакокрасочную пленку. Связующее эпоксидных красок состоит из полимерного компонента и отвердителя, которые при перемешивании вступают в реакцию и образуют твердую лакокрасочную пленку. В эмалях горячей сушки реакция полимеризации вызывается повышением температуры, которой подвергается нанесенное лакокрасочное покрытие. Материалы кислотного отверждения высыхают при реакции двух компонентов, т.е., аминовой смолы с катализатором (кислотой), введенным в состав краски.
Ниже приведены основные группы связующих с их механизмами высыхания:
Аминовые смолы:
— высыхают в результате реакции с другим пленкообразователем под воздействием тепла или кислотного катализатора, например, эмали горячей сушки или краски кислотного отвердения.
— применяются в качестве связующего в материалах для окраски изделий металлообрабатывающей и мебельной промышленности.
Алкидные смолы:
— высыхание происходит в результате окисления
— используются в качестве связующего в алкидных красках и лаках.
Дисперсии и латексы:
— связующее находится мелкими частицами в воде
— высыхание происходит в результате испарения воды, причем частицы схватываются и образуют сплошную пленку
— применяются в качестве связующего водоразбавляемых или,другими словами, латексных красок для внутренних и наружных работ
— типичными типами дисперсий являются поливинилацетатные (ПВА), стиролакрилатные и акрилатные дисперсии.
Эпоксидные смолы:
— связующее представляет собой эпоксидную смолу, для высыхания которой требуется применение отдельного отвердителя
— связующее может быть растворенным (в растворителе или воде) или нерастворенным
— обладают высокой адгезией к подложке и превосходной химстойкостью
— используются в качестве связующего, например, в противокоррозионных л/к материалах и покрытиях для полов.
Жидкое калиевое стекло:
— одно- или двухкомпонентное связующее силикатных красок с химическим высыханием
— применяется для наружной и внутренней окраски бетонных и оштукатуренных поверхностей.
Хлоркаучук:
— связующее изготавливается путем хлорирования раствора каучука
— высыхает физическим способом, т.е. высыхание происходит в момент испарения растворителя
— имеет хорошую химстойкость
— применяется в качестве связующего красок для стальных конструкций, судов и бетонных поверхностей.
Клей на основе ржаной и пшеничной муки:
— связующее красок на красной охре
— изготавливается путем варки
— применяется на грубую поверхность древесины и бревен.
Гашеная известь:
— изготавливается добавлением воды в жженую известь
— высыхает под воздействием углекислого газа воздуха
— применяется, в особенности, для окраски оштукатуренных поверхностей.
Силиконовые смолы:
— связующее красок для каменных фасадов
— улучшают водоотталкивающие свойства покрытия
Уретановые смолы:
— могут быть одно- или двухкомпонентными
— высыхают в результате химической реакции
— применяются, в частности, в л/к материалах для мебельной и автомобильной промышленности.
Масла
— подразделяются на сырые, вареные (олифа) и полимеризованные масла
— свойства высыхания зависят от типа масла
— высыхают окислением
— применяются в качестве связующего, например, в масляных красках, антисептиках и масляных защитных составах.
- Пигменты и наполнители
Пигменты представляют собой измельченные красители, которые придают л/к материалу укрывистость и цвет. К тому же пигменты защищают лакокрасочную пленку и подложку от УФ-излучения. В л/к материалах для наружных работ исключительно важно, чтобы применялись атмосферостойкие пигменты.
Цветные пигменты подразделяются на органические и неорганические. Неорганическими являются, например, железоокиси, т.е. желтая и красная охра, сажа и двуокись титана (самый распространенный белый пигмент). Неорганические пигменты, как правило, обладают высокой укрывистостью, однако, красящая интенсивность уступает органическим пигментам.
Органическими являются, например, фталосиние и зеленые пигменты. Органические пигменты отличаются от неорганических более сильной яркостью цвета. Показатели стойкости органических пигментов резко варьируются.
Из цветных пигментов изготовляются пигментные пасты, которые используются для колеровки разных базисов в л/к производстве и магазинах. При помощи пигментных паст всего лишь несколько базисных красок можно колеровать в множество разных цветов.
Таким образом магазинам не приходится держать на своих складах огромные количества готовых материалов. Разные базисы отличаются содержанием двуокиси титана. На базисе “А”, который содержит максимальное количество белого пигмента, создаются светлые тона. Базис “С”, как правило, не содержит двуокиси титана и на нем составляются темные, насыщенные цвета. Укрывистость базиса “С” получается за счет пигментных концентратов, сам базис почти прозрачен.
Наполнители обладают более низкой укрывистостью, чем белые и цветные пигменты. В сухом виде наполнители белые, но в процессе смачивания связующими они превращаются в прозрачные жидкости. С помощью наполнителей регулируется вязкость краски,твердость, блеск, наполняемость, а также физико-механические и химические свойства лакокрасочного покрытия. Общепринятыми наполнителями являются мел, каолин, тальк и барит. В качестве матирующего вещества служит диоксид кремния. Противокоррозионные пигменты применяются в лакокрасочных материалах, предназначенных для покрытия металлоконструкций. Раньше в качестве противокоррозионных пигментов использовались разные соединения свинца. Ныне стремятся уйти от применения пигментов с содержанием тяжелых металлов. Сегодня в качестве противокоррозионного пигмента широко применяется фосфат цинка.
- Растворители
Растворяющие вещества л/к материалов можно упрощенно подразделить на растворители и разбавители. Растворитель растворяет связующее и одновременно понижает вязкость, т.е., текучесть краски. Разбавитель только лишь понижает вязкость. При помощи растворителей и разбавителей регулируется технологичность, розлив краски и высыхание л/к покрытия. Применяемый в краске растворитель определяет категорию воспламеняемости л/к материалов.
Кроме воды, растворители и разбавители представляют собой летучие органические соединения, т.е., так называемые VOC (Volatile Organic Compound) — вещества, которые, как правило, испаряются из л/к материалов. Чем выше число испарения, тем быстрее растворитель испаряется. Число испарения ацетона -7,7; бензина-растворителя — 0,2 и этиленгликоля — 0,01. Свойства испарения характеризуют технологичность краски, пленкообразование, розлив, вязкость и высыхание. Растворяющая способность растворителей варьируется в зависимости оттого, какие связующие они растворяют. По своей растворяющей способности, например, ксилол и толуол являются более эффективными, чем уайт-спирит. Подходящий для данного л/к материала растворитель, как правило, указывается в технической характеристике лкм. Неправильный растворитель
может испортить материал. В водоразбавляемых дисперсионных красках применяются незначительные количества медленно испаряющихся растворителей. Растворители размягчают частицы связующего и способствуют их схватыванию и образованию сплошной л/к пленки. К тому же они
замедляют процесс высыхания краски. В наше время существуют и дисперсии, вообще не требующие присутствия растворителей. Они используются для производства т.н. безрастворительных л/к материалов.
- Добавки
Назначение добавок — улучшить разные свойства л/к материалов. Их количество в составе краски небольшое, но они могут улучшить качества покрытия решающим образом. К тому же в самом процессе производства краски — для его облегчения — требуются разные добавки.
Алкидные материалы нуждаются в сиккативах. Они способствуют и ускоряют высыхание л/к пленки. В большинстве красок нужны и различные сгустители. Данные добавки улучшают сохранность краски, облегчают нанесение, предотвращают появление подтеков, т.е. сказываются на вязкости краски. Водоразбавляемые краски нуждаются в большом количестве различных добавок. Диспергирующие вещества расщепляют частицы пигментов и наполнителей в процессе перетира, пеногасители исключают пенообразование и при изготовлении и при нанесении краски. Во избежание возникновения бактерий в таре водоразбавляемые краски нуждаются также и в консервирующих веществах. Наружным краскам, в свою очередь, нужны добавки от появления плесени в л/к покрытии.