Лакокрасочные составы и покрытия

Растворитель должен обладать высокой растворяющей способностью, определенной скоростью испарения  и малой огнеопасностью, а пары его не быть токсичными. Скорость испарения  должна быть не слишком малой, чтобы  не задерживать высыхания пленок лака, но и не чрезмерно большой, иначе пленка загустеет до разравнивания  ее кистью и будет иметь следы  от нее.

При быстром испарении  в пленке остаются следы от лопнувших  пузырьков (механические повреждения), а кроме того, в результате чрезмерно  быстрого испарения растворителя пленка может сильно охладиться и на ней  конденсируется влага из воздуха, что  может привести к помутнению лаковых  пленок. Это явление особенно характерно для растворителей (и разбавителей), в молекулах которых имеются  группы, способные образовывать с  молекулами воды водородные связи. Для  испарения таких растворителей (спиртов  и др.) требуется значительная энергия  в виде теплоты испарения (парообразования), и если улетучивание растворителя происходит за счет тепла окружающей среды, то конденсация паров влаги на поверхности  лакокрасочной пленки вполне возможна.

При выборе разбавителя учитывают, чтобы он обладал большей упругостью пара и скоростью испарения, чем  растворитель. В противном случае вследствие более быстрого испарения  растворителя в нанесенном покрытии может произойти коагуляция пленкообразующего  вещества. Это приводит к получению  пористых пленок с малым защитным действием.

Растворителями различных  смол, олиф, жиров и масел являются нефтяные и коксохимические углеводороды, спирты, эфиры простые и сложные, гоны, хлорпроизводные углеводородов  и др. Все они, за исключением хлорпроизводных  углеводородов, огнеопасны, а многие из них токсичны, особенно ароматические  растворители и хлорпроизводные  углеводороды. Это их существенный недостаток.

Выпускают специальные растворители, представляющие собой смесь нескольких растворителей.

Пластификаторы.

Пластификаторами многих полярных пленкообразователей являются эфиры кислот (фталевой, фосфорной, адипиновой и др.). Эти практически  нелетучие органические маслообразные  жидкости с относительно высокой  температурой кипения хорошо растворяют пленкообразующие вещества и смешиваются  с растворителями и разбавителями. Пластификаторы особенно необходимы для  таких пленкообразователей (нит-роцеллюлозные  и др.), пленки которых (без пластификаторов) плохо прилипают к покрываемой  поверхности, легко морщатся и растрескиваются.

Действие пластификаторов  сводится к взаимодействию с полимером  и к раздвижению его макромолекул и агрегатов макромолекул, к ослаблению межмолекулярных сил между ними.. Это сопровождается повышением эластичности и адгезионной способности, а  иногда также морозостойкости покрытия.

Пигменты.

Это высокодисперсные минеральные  и органические вещества, обладающие определенным цветом и нерастворимые  в воде, органических растворителях  и пленкообразующих веществах. Будучи окрашены и имея более высокий  коэффициент преломления, чем пленкообразующие вещества (масла, смолы, клеи), пигменты обеспечивают укрывистость (непрозрачность) и окраску покрытия. Этим они принципиально  отличаются от органических красителей.

Органические красители  растворяются в воде, маслах и органических растворителях. С их помощью можно  получать окрашенные, но прозрачные пленки, поэтому в производстве лакокрасочных  товаров они играют незначительную роль.

Наибольшее значение для  получения красок имеют минеральные  и органические пигменты. Существенное значение имеют также наполнители, применяемые совместно с некоторыми интенсивными и дорогими пигментами.

Минеральные пигменты

представляют собой окрашенные окислы (оксиды) и соли в основном поливалентных металлов (Fe, Pb, Cr, Zn, Cu и др.). Они отличаются высокой  химической стойкостью, светостойкостью  и устойчивостью к атмосферным  воздействиям, что обусловливает  их широкое применение в малярной технике, и в частности для  наружных работ. Выпускают пигменты естественные (например, охра) и искусственные (железный сурик, марс и др.). Последние  отличаются большей чистотой и насыщенностью  цвета, разнообразием оттенков и  более широким ассортиментом, чем  естественные минеральные пигменты.

Органические пигменты —

это окрашенные соединения органического  происхождения, нерастворимые в  воде и связующих веществах. Их получают в нерастворимом в воде состоянии  в процессе синтеза (пигментные красители, например фталоцианиновые) или путем  взаимодействия растворимого красящего  вещества с минеральными соединениями (осажденные красители) с образованием нерастворимых солей бария, кальция, свинца и других металлов, а также  адсорбцией красителя на высокодисперсном минеральном субстрате (носителе). Органические пигменты, как правило, обладают высокой  чистотой цвета и сильной красящей способностью, поэтому их обычно выпускают  с добавлением наполнителей (серно-кислого  бария, мела и др.) и часто разбавляют белилами. По светостойкости, химической стойкости и атмосфероустойчивости  они существенно уступают минеральным  пигментам, а поэтому применяются  в малярной технике, преимущественно  для внутренних и декоративных работ. Очень широко их используют в красочных  составах для полиграфической продукции  и обоев. Лишь пигментные красители  типа монастралей (фтало-цианинов меди) обладают высокой атмосферостойкостью  и пригодны для наружных красочных  покрытий.

Показателями качества пигментов,

определяющими их назначение, являются цвет, красящая способность, укрывистостЬ;, смачиваемость, маслоемкость, светостойкость, химическая устойчивость, ядовитость и плотность. Эти свойства обусловлены в основном природой пигмента, его химическим составом, а также в значительной степени  его дисперсностью.

Дисперсность,

характеризующаяся степенью измельчения порошка, зависит от его природы и методов изготовления. С дисперсностью связаны цветовые свойства пигмента, его красящая способность, укрывистость и маслоемкость. При  высокой степени дисперсности улучшаются цветовой тон и яркость пигмента.

Пигменты, как правило, полидисперсны, что в большинстве случаев  благоприятствует большей плотности  упаковки их частиц в красящих пленках  и способствует повышению механической прочности и атмосферостойкости защитных покрытий. Обычно размер основной массы частиц пигментов колеблется от 0,5 до 10 мкм. Размеры частиц для  разных пигментов колеблются в более  широких пределах: от сотых долей (у саж) до десятков микрометров. Продолговатая (волокнистая) и чешуйчатая форма  частиц повышает укрывистость, механическую прочность и атмосферостойкость покрытия.

Цвет

зависит главным образом  от химической природы пигментов  и в некоторой степени от его  дисперсности, определяющей условия  отражения света. .Основной цветовой тон пигмента характеризуется длиной волны той части светового  спектра, которая в максимальной степени отражается частицами пигмента.

Красящая способность (интенсивность) пигмента

определяется как способность  его при смешивании с пигментами другого цвета оказывать влияние  на цвет получаемой смеси. Интенсивным  считается тот пигмент, который  расходуется в меньшем количестве для придания смеси определенного  оттенка, например при разбеливании (смешивании с белилами).

Красящая способность  пигментов зависит от их химической природы и от дисперсности. С повышением степени дисперсности красящая способность  пигмента увеличивается. Добавление наполнителей, естественно, ухудшает красящую способность  пигмента, но в ряде случаев это  бывает экономически целесообразно  для дефицитных пигментов с высокой  интенсивностью.

Укрывистость (кроющая способность} —

это свойство пигмента, растертого с маслом и нанесенного ровным красочным слоем, делать невидимым  цвет закрашиваемой поверхности (грунта). Укрывистость пигмента тем лучше, чем  более тонкий слой тертой краски необходимо нанести для закрашивания нижележащего слоя без просвечивания его цвета.

Укрывистость зависит  от природы пигмента, его плотности  и дисперсности, формы его частиц, а также от разности коэффициентов  преломления пигмента и связующего вещества. Малое различие коэффициентов  преломления пигмента и пленкообразующего  вещества способствует образованию  лессирующей (просвечивающей) красочной  пленки. Такие плохо укрывистые красочные  составы дает, например, мел с  маслом, у которых близкие коэффициенты преломления (1,60 и 1,47). Поэтому сочетание мела с маслом (олифой) не рекомендуется. Сочетание мела с клеевым связующим, наоборот, дает хорошие результаты. Хотя сырая красочная пленка мало укрывиста в результате малой разности коэффициентов преломления мела и водного клеевого раствора (1,6 и 1,35), после улетучивания воды и заполнения пор между частицами воздухом (коэффициент преломления 1) пленка становится хорошо укрывистой. Этот пример указывает на важность правильного подбора пигмента и пленкообразующего вещества.

При составлении красочных  составов учитывают возможность  химического взаимодействия пигмента с веществами, содержащимися как  в пленкообразователе, так и в  окружающей среде данного помещения. Например, нежелательно готовить краску из ультрамарина на закисшем клее или  на олифе, содержащей много свободых жирных кислот, так как от их действия ультрамарин обесцвечивается. Пигменты, нестойкие к действию щелочей, например свинцовый крон и малярная лазурь, не следует применять для окраски  по свежей штукатурке и в красочных  составах, содержащих щелочи (казеиновые и силикатные красочные составы). 1Пигменты, содержащие медь, ртуть и  свинец, ядовиты, поэтому их нельзя применять для окраски посуды, игрушек, мебели и других изделий, с  которыми тесно соприкасается человек.

По

цвету

пигменты делят на ахроматические (белые, серые, черные) и хроматические (цветные).

Белые пигменты — это цинковые (Zn), литопонные (BaiSO4+ ZnS) и титановые  белила (TiCh с добавлением BaaSO). Ранее  распространенные свинцовые белила для производства товаров народного  потребления в настоящее время  не применяют. Они токсичны, а кроме  того, покрытия на их основе от действия сероводорода темнеют. Благодаря высокому качеству и распространению природного сырья выпуск титановых белил  постепенно ..увеличивается. Из белых  пигментов они наиболее перспективны.

Черные и серые пигменты представлены в основном сажами. Темно-серая  окраска может быть получена с  помощью графита, а серебристо-серая  с помощью металлических порошков алюминия и цинка.

Желтые пигменты — это  охра (глина, окрашенная окислами железа), свинцовый и цинковый кроны (хроматы  Рг и Zn).

Красные пигменты — железный сурик, марс и мумия (железоокисные  пигменты), а также свинцовый сурик (оранжево-красный), искусственная киноварь (осажденный краситель).

Ккоричневым пигментам относят  умбру (глину, окрашенную окисями железа и марганца) и некоторые разновидности  железоокисных красных пигментов (мумии, марса, сурика).

Синие пигменты — это в  основном ультрамарин, малярная лазурь (милори) и фталоцианин меди —  органический пигмент (пигментный краситель), по свойствам не уступающий минеральным  пигментам.

Зеленые пигменты включают свинцовую  и цинковую зелени (смеси кронов с лазурью), окись хрома (хромовую зелень).

Металлические пигменты представляют собой тонко измельченные порошки  и пудры алюминия, меди и цинка  и их сплавов. Они имеют шарообразную и чешуйчатую форму частиц. Получают их измельчением фольги (главным образом  обрезков) или распылением расплавленного металла. Металлические пигменты, особенно пигменты, полученные из алюминиевой  фольги, отличаются высокой укрывистостью, теплоотражательной способностью, антикоррозионными  свойствами и атмосферостой-костью. Кроме того, они обладают хорошими декоративными свойствами и используются часто как декоративные пигменты. К наиболее распространенным относят  медную (золотистую

1

) бронзу (сплав меди и  цинка). Ее применяют, в частности,  для покрытий, имитирующих позолоту.

II. Общие свойства лакокрасочных  составов и покрытий

Лакокрасочные покрытия с  надежными защитными и хорошими декоративными свойствами обычно получают при многослойном нанесении последовательно  сначала грунта и шпаклевки, затем  слоев лака или краски. Верхний  слой краски часто покрывают слоем  лака.

Грунтовки применяют для  повышения влагостойкости изделия  и для улучшения прилипаемости (адгезии) пленки краски к окрашиваемой поверхности. Их наносят первым слоем. Далее для устранения неровностей  поверхности загрунтованных изделий, а также трещин и выщербин поверхностей, подлежащих окраске, производят шпаклевку.

Грунтовки и шпаклевки  приготовляют на основе пигментов и  наполнителей (мела), затирая их с  лаками. Грунтовки отличаются от эмалевых красок более низким, а шпаклевки  — более высоким содержанием  пигментов (вместе с наполнителями).

Пленкообразующее вещество (пленкообразователь) является главной  составной частью любого лакокрасочного состава и покрытия. От него зависят  основные и специфические свойства лакокрасочных составов и покрытий. К основным общим свойствам лакокрасочных  составов относят вязкость, концентрацию, скорость высыхания, укрывистость, токсичность  и др.

Вязкость лакокрасочного состава

должна быть не очень высокой, чтобы не затруднять работу малярной кистью или валиками и не применять  слишком высоких давлений при  покрытии методом пневматического  распыления. При чрезмерном повышении  вязкости лакокрасочный состав плохо  разливается и не полностью заполняет  поры и неровности поверхности, что  ухудшает адгезию покрытия.

Концентрация пленкообразующего  вещества в лакокрасочном составе

сильно влияет на физико-механические и оптические свойства пленок. Она  должна быть достаточной для обеспечения  необходимой вязкости лака или краски, а также толщины и прочности  пленки покрытия. Толщина лакокрасочного покрытия обычно составляет 60—100 мкм, иногда 300 мкм, что достигается нанесением нескольких слоев (с сушкой после  каждого слоя). Средняя толщина  одного слоя высохшего покрытия, нанесенного  распылением, колеблется от 10 до 25 мкм.

Скорость высыхания лакокрасочных  составов

определяется скоростью  испарения летучих растворителей  или химических процессов, протекающих  в пленкообразователе под действием  кислорода воздуха, тепла, катализаторов  и отвердителей. В практике малярных работ различают два этапа  высыхания олиф, лаков и красок: высыхание от пыли и полное высыхание. Скорость высыхания олиф и масел  характеризуется йодным числом —  количеством йода, присоединяющегося  по месту двойных связей молекул  масла.