Материаловедение строительных материалов

Отделочные  материалы

Отделочные  материалы используют для создания покрытий поверхностей строительных изделий, конструкций и сооружений в целях  защиты их от вредного внешнего воздействия, придания им эстетической выразительности, улучшения гигиенических условий  в помещении. К отделочным материалам относят готовые красочные составы, вспомогательные материалы, связующие, рулонные отделочные материалы, пигменты. Красочные составы состоят из пигмента, придающего им цвет; наполнителя, экономящего пигмент, улучшающего механические свойства и увеличивающего долговечность окраски; связующего, соединяющего частицы пигмента и наполнителя между собой и с окрашиваемой поверхностью. После высыхания красочные составы образуют тонкую плёнку. Кроме основных компонентов, при необходимости в красочные составы вводят разбавители, загустители и другие добавки.

      Лакокрасочные материалы имеют две основные функции: декоративную и защитную. Они  защищают дерево от гниения, металл –  от коррозии, образуют твердые защитные пленки, предохраняющие изделия от разрушающего влияния атмосферы  и других воздействий и удлиняющие срок их службы, при этом придают  изделиям красивый внешний вид.

   По  сравнению с металлическими покрытиями, нанесенными лужением, никелированием, хромированием и т.д., лакокрасочные  покрытия наиболее долговечны, для  их нанесения не требуется дополнительное, сложное оборудование, и они легче  возобновляются. Поэтому такие покрытия широко применяются в быту, во всех отраслях промышленности, на транспорте и строительстве.

   Свойства  лакокрасочных покрытий зависят  не только от качества применяемых  лакокрасочных материалов, но и от таких фактов, как способ подготовки поверхности к окраске, правильный выбор и соблюдение технологического режима окраски и сушки.

   Лакокрасочные материалы классифицируют по химическому  составу, виду и преимущественному  назначению материала.

   К лакокрасочным материалам относятся  лаки, краски, эмали, грунтовки, шпатлевки.

   Для облегчения восприятия определений  лакокрасочной продукции вводятся следующие понятия:

   Дисперсные  системы – это микронеоднородные системы, состоящие из двух большего числа фаз, одна из которых – дисперсная фаза – обладает достаточно высокой дисперсностью и распределена в другой фазе (в окружающей дисперсионной среде) – газе, жидкости или твердом теле – в виде мелких частиц.

   Дисперсность – степень раздробленности вещества на частицы. Чем мельче частицы, тем больше дисперсность. На практике размер частиц дисперсных систем находиться в пределах от 0.001 до 0,00001 см.

   К дисперсиям относятся:

   Суспензии – системы, в которых частицы твердой фазы распределены в жидкой среде во взвешенном состоянии. Суспензиями являются готовые краски, шпатлевки.

   Эмульсии  – системы, в которых мельчайшие капельки жидкой фазы распределены в жидкой среде. Примерами эмульсий могут служить кровь, молоко.

   Истинные  растворы – системы переменного состава из двух и более компонентов. Раствор называется истинным потому, что вещества действительно и самопроизвольно растворяются в подходящем растворителе с образованием гомогенной (однородной) системы. К истинным растворам относятся, например, растворы в воде соды, спирта, кислот.

   Лак – раствор пленкообразующих веществ в органических растворителях или в воде с введением добавок (сиккативов, пластификаторов, отвердителей), образующий после высыхания твердую, прозрачную, однородную пленку, прочно сцепленную с поверхностью. Лаки придают поверхности декоративный вид и создают защитные покрытия.

   Краски – суспензия пигментов или их смеси с наполнителями в олифе, эмульсии, латексе, образующие после высыхания однородную не прозрачную твердую окрашенную пленку.

   Эмаль – суспензия пигментов или их смеси с наполнителями в лаке с ведением сиккативов, растворителей и других добавок, образующие после высыхания не прозрачную твердую окрашенную пленку.

   Грунтовка - суспензия пигментов или смеси пигментов и наполнителей в связующем веществе. Образующая после высыхания однородную не прозрачную пленки с хорошей адгезией к подложке (адгезия – прилипание, сцепление). Грунтовки образуют нижние слои покрытий, создавая надежное сцепление верхних слоев покрытия с окрашиваемой поверхностью. Кроме того, они защищают металл от коррозии, выделяют структуру древесины, закрывают поры материала, выравнивают и создают однородную поверхность пред окраской.

   Шпатлевка (шпатлевочная масса, подмазка) – густая, вязкая масса, состоящая из пигментов, наполнителей или их смеси в олифе, лаке или другом связующем веществе с введением добавок или без них, наносимая для заполнения неровностей и углублений, сглаживания неровностей окрашиваемой поверхности.

   Разные  материалы – к этим материалам относятся смывки – жидкости для снятия, удаления старых лакокрасочных покрытий, пасты полировочные, шлифовочные, уплотнительные, составы полирующие нейтрализующие, моечные, а также замазки, уплотнители, ускорители, отвердители, мастика.

   Состав  краски

   С каждым годом к ЛКМ и покрытиям  на их основе предъявляются все более  жесткие требования в связи с  появлением новых технологий в промышленности, строительстве и формированием  современных эстетических вкусов у  потребителя. Это касается в равной степени как защитных, так и  декоративных свойств покрытий, которые  определяются физико-химическими показателями всех компонентов лакокрасочной  рецептуры и в первую очередь  пленкообразователя и пигмента. В значительной степени изменить свойства покрытий можно химической модификацией или введением другого (как правило, более дорогостоящего) пленкообразователя, но это дорогой и трудоемкий путь (изменение пленкообразователя приводит, например, к необходимости замены других компонентов в композиции). Более простой и (что самое главное) более эффективный путь регулирования свойств ЛКМ – введение в рецептуру в небольших количествах различных добавок. В некоторых случаях применение добавок является единственным путем достижения требуемых свойств.

   Пигменты – сухие красящие вещества, неорганические или органические, природные или искусственные, диспергируемые в пленкообразующих веществах для придания краскам, эмалям, грунтовкам, шпатлевкам цвета и непрозрачности. Пигмент сообщает лакокрасочному покрытию определенные механические свойства, устойчивость к воздействию воды, света и атмосферных влияний. Наиболее широкое распространение в лакокрасочной промышленности получили неорганические пигменты, получаемые химической обработкой руд, металлов и минералов (синтетические) и земляные пигменты (природные) – сурик железный, охра.

   Органические  пигменты применяют в меньшем  объеме, к ним относится пигмент  алый, фталоцианиновый голубой и зеленый.

   Наполнители – неорганические природные или синтетические вещества, применяемые для улучшения малярно-технических и эксплуатационных свойств покрытий и экономии пигментов. Природные неорганические получают путем измельчения, обогащения, термической обработки горных пород и минералов. Синтетические неорганические наполнители получают в результате химических реакций по сложной технологии. Наполнители – порошки с низкой укрывистостью красящей способностью, они придают материалам прочность, атмосферостойкость и др. свойства. Наполнителями служат мел. Каолин, слюда, тальк, химически осажденный мел и др.

   Растворители  и разбавители – летучие органические жидкости, применяемые для растворения пленкообразующих веществ, а также для разбавления лакокрасочных материалов до рабочей вязкости перед нанесением на окрашиваемую поверхность. К растворителям относятся уайт-спирит, ацетон. Ксилол, спирт, вода и др.

   Связующие вещества – жидкие или доведенные до жидкого состояния твердые материалы, которые после высыхания связывают между собой частицы пигментов и наполнителей и образуют пленку, прочно сцепляющую с окрашиваемой поверхностью.

   Пленкообразующие  вещества ответственны за создание пленки, адгезию ее к поверхности окрашиваемого предмета, удерживание внутри слоя покрытия частиц пигмента и наполнителя. Помимо этого, хорошее пленкообразующее вещество обеспечивает покрытию водонепроницаемость, но в тоже время позволяет ему «дышать», препятствует размножению микроорганизмов, не являясь ядовитым для человека, задерживает ультрафиолетовые лучи, само при этом, не разрушаясь и т.д.

   Аддитивы - технологические добавки – компоненты, которые ускоряют, интенсифицируют, облегчают и т.д. такие процессы, как диспергирование пигментов, смачивание подложки, устранение поверхностных дефектов, отверждение и многие другие, на стадиях изготовления, транспортирования, хранения красок и формирования покрытия. Аддитивы также иногда называют «малыми добавками», «функциональными добавками» и т.д., так как они работают при незначительном содержании – от 0,02 до 3-5% (в зависимости от назначения). К аддитивам относят сиккативы, диспергаторы пигментов, эмульгаторы, пеногасители и др.

   По  назначению лакокрасочные материалы  делят на группы:

   Обозначения основных лакокрасочных материалов состоят из пять групп буквенно-цифровых знаков для эмалей, красок, грунтовок, шпатлевок и четырех групп  знаков для лаков.

   Первая  группа знаков обозначения вид материала  и состоит из слова, например «эмаль», «лак» и т.д.

   Вторая  группа знаков обозначения определяет пленкообразующее вещество (род смолы, сополимера, олифы) и обозначаются двумя  буквами. Например, МА, ПФ, БТ.

   Третья  группа знаков характеризует преимущественное назначение лакокрасочного материала  и обозначается цифрой.

   Третью  группу знаков грунтовок, полуфабрикатных  лаков и масляных густотертых  красок обозначают цифрой 0, шпатлевок  – цифрами 00.

   Четвертая группа обозначения определяют присвоенный  материалу порядковый номер, и состоит  из одной, двух или трех цифр.

   На  практике принято  также подразделять лакокрасочные покрытия на группы и по дополнительным признакам, следующим  образом:

   1. По прозрачности образуемых пленок – прозрачные (лаки, олифы) и непрозрачные (краски, эмали, грунтовки)

   2. По степени блеска – глянцевые,  полуглянцевые, полуматовые, матовые, глубоко матовые.

   3. По условиям сушки – холодной  сушки и горячей сушки. 

   4. По методу нанесения – кистевые, пульверизационные. 

   5. По последовательности нанесения  слоев и типу покрытия –  пропиточные, грунтовочные, промежуточные  и покрывные. 

   6. По целевому назначению (потребительский признак) – автомобильные, мебельные, для сельскохозяйственных машин, приборов, станков и т.д. После порядкового номера допускается буквенный индекс, характеризующий особенности материала. Например, М – матовый, ПМ – полуматовый и т.д.

   Нанесение лакокрасочных покрытий

   Защитная  и декоративная функции лакокрасочных  покрытий известны очень давно. С самого начала появления ЛКМ как сами материалы, так и способы их нанесения постоянно совершенствуются. ЛКМ начали широко применяться в самых различных областях уже в девятнадцатом веке. За прошедшее время ассортимент ЛКМ резко изменился: от натуральных красок постоянно перешли к материалам на синтетической основе, органоразбавляемым, с высоким сухим остатком, порошковым и т.д. проследим эволюцию методов окраски.

   Первым  и простейшим методом нанесения  краски является кисть. К сожалению, кисть, кроме бесспорных достоинств, имеет много недостатков, прежде всего небольшую скорость окраски (около 10м²/час).

   Использование валика вместо кисти позволяет в  значительной степени повысить скорость окраски, в частности больших  и плоских поверхностей, но с его  помощью трудно или даже невозможно производить окраску быстросохнущими  лаками или материалами, имеющими вязкость более 120 сек (по воронке ВЗ-246).

   Первый  шаг на пути заметного увеличения скорости окраски и улучшения  декоративных свойств лакокрасочных  покрытий сделан в 1866 году и связан с созданием пневматического  распыления жидкостей. На практике технология окраски получила распространение  только в 20-ые годы, когда оказалось, что пневматическое распыление позволяет  наносить нитроцеллюлозный лак и  другие быстросохнущие материалы, т.е. все краски, которые трудно наносить кистью. Практически во всех пистолетах для пневматического распыления воздух, передвигаясь со скоростью около 30 м/сек, вызывает разрыв потока жидкости на капли диаметром 40-120 мкм, что позволяет красить со скоростью 30м²/час. Однако в процессе применения пневматического распыления довольно быстро обнаружились негативные стороны: большие потери ЛКМ, увеличивающиеся с ростом скорости воздуха в пистолете, что способствовало также уменьшению диаметра капли, трудности при нанесении высоковязких материалов, высокая эмиссия паров растворителей.