Современное состояние и перспективы развития лакокрасочных материалов

     Полиуретановые  материалы обладают самой высокой атмосферостойкостью и имеют повышенную твердость при высокой эластичности, что свойственно только этому классу полимеров. Они широко применяются для окраски самолетов, легковых машин, промышленного оборудования, а также для окраски полов. Такие материалы, как правило, применяются в промышленных условиях, так как требуют специальных условий для их нанесения. Эти краски выпускает Тиккурила Коутингс (Департамент промышленных красок).

     На  основании вышеизложенного можно  сделать вывод, что качество связующего в наибольшей степени влияет на качество готовой краски. Кроме того, связующее, в основном, определяет и стоимость краски. Как показывает практика, в подавляющем большинстве случаев преждевременное снижение качества покрытия, выполненного с применением дешевых ЛКМ, обусловлено низким качеством связующего вещества, которое было использовано при производстве данной краски. По этой причине экономия, полученная в результате приобретения дешевых лакокрасочных материалов, скорее всего обернется сокращением срока эксплуатации декоративно-защитного покрытия и, как следствие, дополнительными затратами на его восстановление. 
 

2. Современные технологии, используемые в  производстве лакокрасочных 

материалов 

     Лакокрасочные материалы (ЛКМ) имеют две основные функции: декоративную и защитную. Они оберегают дерево от гниения, металл - от коррозии, образуют твердые защитные пленки, предохраняющие изделия от разрушающего влияния атмосферы и других воздействий и удлиняющие срок их службы, а также придают им красивый внешний вид. Лакокрасочные покрытия долговечны. Для их нанесения не требуется дополнительное, сложное оборудование, и они легче обновляются. Поэтому такие покрытия широко применяются как в быту, так и во всех отраслях промышленности, на транспорте и в строительстве.

     Свойства  лакокрасочных покрытий зависят  не только от качества применяемых ЛКМ, но и от таких факторов, 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 ним относятся лаки, краски, эмали, грунтовки, шпатлевки. Для облегчения восприятия определений лакокрасочной продукции вводятся следующие термины.

     Дисперсные  системы - микронеоднородные системы, состоящие из двух фаз. Одна из них - дисперсная фаза - обладает достаточно высокой дисперсностью и распределена в другой фазе (в окружающей дисперсионной среде) - газе, жидкости или твердом теле - в виде мелких частиц. ⁷

     Дисперсностью называется степень раздробленности  вещества на частицы. Чем мельче частицы, тем выше дисперсность. На практике размер частиц дисперсных систем находится 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 (готовые краски, шпатлевки); эмульсии - системы, в которых мельчайшие капельки жидкой фазы распределены в жидкой среде.

     Лак представляет собой 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 - это суспензия пигментов или  их смеси с наполнителями в  олифе, эмульсии, латексе, благодаря которым получается однородная не прозрачная твердая окрашенная пленка.

     Эмаль - суспензия пигментов или их смеси  с наполнителями в лаке с введением  сиккативов, растворителей и других добавок.

     Грунтовка - это суспензия пигментов или смеси пигментов и наполнителей в связующем веществе. После высыхания создает однородную не прозрачную пленку с хорошей адгезией к подложке. Грунтовки образуют нижние слои покрытий, способствуя надежному сцеплению верхних слоев покрытия с окрашиваемой поверхностью. Кроме того, они защищают металл от коррозии, сохраняя структуру древесины, закрывают поры материала, выравнивают и создают однородную поверхность перед окраской.

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

     Существуют  также жидкости для снятия, удаления старых лакокрасочных покрытий, пасты полировочные, шлифовочные, уплотнительные, составы полирующие нейтрализующие, моечные, а также замазки, уплотнители, ускорители, отвердители, мастика.

     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 высокого по стоимости) пленкообразователя, но это дорогой и трудоемкий путь.

     Более простой и более эффективный  способ регулирования свойств ЛКМ - введение в рецептуру в небольших количествах различных добавок. В некоторых случаях применение добавок является единственным путем достижения требуемых свойств например, с помощью пигментов, которые сообщают лакокрасочному покрытию определенные механические свойства, устойчивость к воздействию воды, света и атмосферных изменений. Пигменты - это сухие красящие вещества, неорганические или органические, диспергируемые в пленкообразующих веществах для придания краскам, эмалям, грунтовкам, шпатлевкам цвета и непрозрачности. 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. ⁸

     Наполнители - неорганические природные или синтетические вещества, применяемые для улучшения малярно-технических и эксплуатационных свойств покрытий и экономии пигментов. Природные неорганические вещества получают путем измельчения, обогащения, термической обработки горных пород и минералов. Синтетические неорганические наполнители получают в результате химических реакций по сложной технологии. Наполнители - это порошки с низкой укрывистостью, красящей способностью. Они придают материалам прочность, атмосферостойкость и другие немаловажные свойства. К ним относятся: мел, каолин, слюда, тальк, химически осажденный мел. Растворителями и разбавителями являются "летучие" органические жидкости, применяемые для растворения пленкообразующих веществ, а также для разбавления лакокрасочных материалов до рабочей вязкости перед нанесением на окрашиваемую поверхность.

     Это - уайт-спирит, ацетон, ксилол, спирт, вода и другие. 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 то же время позволяет ему "дышать", препятствует размножению микроорганизмов, не являясь ядовитым для человека, задерживает ультрафиолетовые лучи, само при этом, не разрушаясь.

     Технологические добавки (так называемые аддитивы) - это компоненты, которые ускоряют, интенсифицируют, облегчают такие  процессы, как диспергирование пигментов, смачивание подложки, устранение поверхностных дефектов, отвердение на стадиях изготовления, транспортирования, хранения красок и формирования покрытия. Аддитивы также иногда называют "функциональными добавками", так как они работают при незначительном содержании до 3-5%. К аддитивам относят сиккативы, диспергаторы пигментов, эмульгаторы.

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

     Первая  группа знаков обозначения - вид материала. Она состоит из слова, например "эмаль", "лак" и т. д. Вторая группа определяет пленкообразующее вещество (род смолы, сополимера, олифы) и обозначается двумя буквами. Например, МА, ПФ, БТ.  
Третья группа знаков характеризует преимущественное назначение лакокрасочного материала и обозначается цифрой. Четвертую группу знаков грунтовок, полуфабрикатных лаков и масляных густотертых красок обозначают цифрой 0, шпатлевок - цифрами 00.  
Пятая группа обозначения определяет 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: ⁹

     - по прозрачности образуемых пленок;

     - прозрачные (лаки) и непрозрачные (краски, эмали, грунтовки);

     - по степени блеска - глянцевые, полуглянцевые, полуматовые, матовые;

     - по условиям сушки - холодной  сушки и горячей сушки; 

     - по методу нанесения - кистевые, пульверизационные; 

     - по последовательности нанесения  слоев и типу покрытия - пропиточные,  грунтовочные, промежуточные и покрывные;

     - 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.

     Защитная  и декоративная функции лакокрасочных  материалов (ЛКМ) известны очень давно. С момента появления ЛКМ как  они сами так и способы их нанесения  постоянно совершенствуются. За последнее время ассортимент ЛКМ резко изменился: от натуральных красок постепенно перешли к материалам на синтетической основе, органоразбавляемым, с высоким сухим остатком, порошковым и т. д.

     Простейшим  способом нанесения краски является кисть. К сожалению, кроме бесспорных достоинств, он имеет и много недостатков. Прежде всего - это небольшая скорость окраски.

     Использование валика вместо кисти позволяет в  значительной степени повысить скорость окраски, в частности больших  и плоских поверхностей, но с его  помощью трудно и практически невозможно применять быстросохнущие лаки или материалы.

     Первый  шаг на пути заметного увеличения скорости окраски и улучшения  декоративных свойств лакокрасочных покрытий сделан в середине XIX века и связан с созданием пневматического распыления жидкостей. Пневматическое распыление позволяет наносить быстросохнущие материалы, то есть те краски, которые трудно наносить кистью с высокой скоростью. Однако в процессе применения пневматического распыления довольно быстро обнаружились и его негативные стороны. Например, большие потери ЛКМ, увеличивающиеся с ростом скорости воздуха в пистолете.

     Казалось  бы, что из-за этих недостатков следовало  отказаться от пневматического распыления. Однако этого не произошло и, наверное, никогда не произойдет, поскольку пистолет для пневматического распыления является незаменимым орудием работы: с его помощью можно наносить тонкослойное декоративное покрытие, используя минимальное количество краски, особенно при применении сопла с регулируемым углом и диаметром потока.

     Для нанесения высоковязких красок большое развитие получила гидродинамическая технология окраски - безвоздушное распыление.

     Окраска таким методом - сложный процесс, требующий высокой квалификации оператора. Эта технология отличается от пневматического распыления, где краска наносится полосами, которые только в небольшой степени перекрывают друг друга. При безвоздушном распылении необходимо крестообразное ведение пистолета. Высокая производительность гидродинамической окраски эффективна при окрашивании больших поверхностей, но неудобна при работе с небольшими элементами или при необходимости частой смены окрашиваемых поверхностей.