Компоненты лакокрасочных материалов

Лакокрасочные материалы представляют собой жидкие составы, способные после нанесения их тонким слоем на различные поверхности (металл, дерево, ткань и др.) высыхать с образованием пленок (покрытий), сцепленных с покрываемой поверхностью.

Важнейшими компонентами (составляющими), входящими в состав лакокрасочных материалов, являются пленкообразующие, растворители и пигменты.

Кроме того, в зависимости от природы пленкообразующих и технических требований, предъявляемых к лакокрасочным материалам, в них могут также входить: отвердители, пластификаторы, сиккативы, наполнители и некоторые другие добавки.

Пленкообразующие. Пленкообразующие придают лакокрасочному материалу способность к образованию пленки. Если в недалеком прошлом основными пленкообразователями являлись продукты переработки растительных масел (льняного, тунгового и др.) и натуральные смолы, то в настоящее время они в основном заменены синтетическими смолами. Почти все пленкообразующие представляют собой высокомолекулярные соединения; такими они могут быть в исходном состоянии (например, перхлорвиниловые, акриловые смолы, эфиры целлюлозы и др.) либо превращаться в высокомолекулярные соединения в процессе образования пленок (например, масла, алкидные смолы, эпоксидные смолы и др.).

Термином высокомолекулярные соединения или высокополимерные обозначают вещества, молекулы которых построены из множества структурных единиц — звеньев, а звенья состоят из небольших групп атомов (мономеров), химически между собой связанных. Звенья, соединяясь между собой, образуют полимер. Полимер может содержать таких звеньев примерно 102…104 и более. Когда содержание звеньев в полимере достаточно велико, то его обычно называют высокополимер, а при небольшом количестве – олигомер. Полимер не всегда состоит из одинаковых звеньев. Он может состоять из различных видов звеньев, например хлористого винила и винилацетата; такие полимеры называются сополимерами. Синтетические смолы, применяемые для получения лакокрасочных материалов, разделяются на полимеризационные и поликонденсационные.

Полимеризационные смолы — высокополимерные продукты, образующиеся из мономеров путем последовательного присоединения их к растущему активному центру, при этом полученные продукты имеют тот же состав, что и исходные вещества. Процесс получения таких продуктов называется полимеризацией.

Поликонденсационные смолы — высокомолекулярные продукты, образующиеся из низкомолекулярных соединений, процесс образования сопровождается отщеплением некоторых простейших веществ, например воды, аммиака и др. Процесс получения подобных высокомолекулярных продуктов называется поликонденсацией.

Для получения лакокрасочных материалов используются преимущественно следующие синтетические смолы:

поликонденсационные – алкидные, алкидностирольные, алкидноакриловые, мочевино- и меламиноформальдегидные, фенолоформальдегидные, эпоксидные, полиуретановые и кремнийорганические;

полимеризационные — перхлорвиниловые, полиакриловые, поливинил-бутиральные, сополимер винилхлорида и винилацетата и др.

От природы пленкообразующих зависят основные свойства покрытий: адгезия, прочность, твердость, атмосферо-, светостойкость и другие.

Кроме смол, используются и продукты переработки некоторых растительных масел, а также эфиры целлюлозы, главным образом нитроцеллюлозы.

Образование пленок (покрытий) из нанесенных на окрашиваемую поверхность лакокрасочных материалов может происходить в результате испарения растворителей или химических процессов отверждения.

Образование покрытий происходит после испарения растворителей из нанесенного на окрашиваемую поверхность лакокрасочного материала без изменений свойств пленкообразователей. В начальной стадии, когда растворителей много, испарение идет быстро, постепенно концентрация пленкообразующих увеличивается, возрастает вязкость лакокрасочного материала, что затрудняет дальнейшее улетучивание растворителей. Особенно медленно происходит испарение остатков растворителей, что объясняется образованием на поверхности материала пленки, затрудняющей их улетучивание, и тем, что остатки растворителей прочно удерживаются пленкообразователем.

Описанный процесс образования покрытий происходит из лакокрасочных материалов на основе полимеризационных смол (перхлорвиниловых, акриловых, сополимеров винилхлорида и винилацетата и других), а также эфиров целлюлозы. Покрытия, образовавшиеся в результате испарения растворителей, если необходимо, можно снова растворить в органических растворителях, поэтому их называют непревращаемыми или обратимыми.

Образование покрытий в результате химических процессов отверждений происходит в результате химических процессов: окисления, полимеризации и поликонденсации. Благодаря этим процессам пленкообразующее из жидкого состояния переходит в твердое.

Наиболее наглядным примером может служить высыхание натуральной олифы или краски на ее основе. Если нанести тонким слоем натуральную олифу на поверхность стекла или металла, то через некоторое время под влиянием кислорода воздуха, света и температуры она превратится в твердую пленку. Так же высыхают масляные и алкидные лаки и эмали, но вначале испаряются растворители, а затем уже образуется твердая пленка под влиянием вышеупомянутых процессов. Такие пленки переходят в необратимое состояние. Под действием растворителей они могут набухать, но в раствор не переходят.

Такие покрытия называют превращаемыми или необратимыми.

Так образуются покрытия на основе алкидных, эпоксидных, меламино-формальдегидных, полиуретановых и других смол.

Растворители. Для изготовления лакокрасочных материалов используются различные органические растворители. Они представляют собой летучие жидкости, способные растворять пленкообразующие.

Растворители оказывают значительное влияние на качество и свойств пленок (покрытий).

К дефектам, зависящим от растворителей, относятся плохая растекаемость лакокрасочных материалов, побеление пленки лака и образование на поверхности покрытий мелких кратеров, сыпи и т л.

При изготовлении лакокрасочного материала применяется не один растворитель, а смесь разных растворителей. При этом она подбирается таким образом, чтобы отдельные растворители улетучивались постепенно, благодаря чему нанесенный на окрашиваемую поверхность лакокрасочный материал высыхает не сразу, а в течение определенного времени сохраняет способность растекаться, что способствует образованию ровного и гладкого покрытия.

Растворители делятся на активные растворители и разбавители. Активными называют растворители, способные растворять данное пленкообразующее. Разбавители же такой способностью не обладают. Как правило, при изготовлении лакокрасочных материалов принимают не один активный растворитель, а смеси, содержащие в своем составе некоторое количество разбавителей. Они дешевле активных растворителей. Это позволяет уменьшить стоимость лакокрасочных материалов. Наиболее важными и чаще всего применяемыми растворителями в лакокрасочных материалах приведены ниже..

Ацетон хорошо растворяет многие синтетические смолы и эфиры целлюлозы (нитроцеллюлозы, ацетил целлюлозы). Применяется в смеси с другими растворителями. Ацетон входит в состав многих разбавителей. Кипит при температуре 56 °С.

Толуол применяется для растворения алкидных, кремнийорганических композиций. Используется в качестве основной добавки в смесевых растворителях для растворения эпоксидных, виниловых и акрилатных пленкообразователей. Кипит при температуре 109 ... 111,2 °С.

Ксилол применяется для растворения алкидностирольных и меламиноформальдегидных и некоторых других смол, его растворяющая способность примерно такая же, что и толуола. Отличается от него меньшей летучестью. Кипит при температуре 137 ... 141 °С.

Бензин-растворитель для лакокрасочной промышленности (уайт-спирит) применяется для разведения масляно-смоляных, масляных и битумных лаков и эмалей. Кипит при температуре 165 ... 200 °С.

Этилацетат растворяет те же пленкообразователи, что и ацетон; при добавлении 15 ... 20 % этилового спирта повышается растворяющая способность в отношении нитро-и ацетил целлюлозы. Кипит при температуре 77,1 °С.

Бутилацетат растворяет те же смолы и эфиры целлюлозы, что и ацетон, а также многие жиры и масла. В смеси с другими растворителями широко применяется в производстве лакокрасочных материалов на основе ряда синтетических смол, а также нитроцеллюлозы. Входит в состав ряда смесевых растворителей. Кипит при температуре 110 ... 132 °С.

Этилцеллозольв растворяет эфиры целлюлозы, эпоксидные смолы. При добавлении к акриловым лакокрасочным материалам улучшает розлив, эластичность и другие свойства. Температура кипения 130-170 °С.

Этиловый спирт в смеси с другими растворителями используют для производства нитролаков, нитроэмалей. Кипит при температуре 78,4 °С.

Бутиловый спирт в смеси с этиловым спиртом применяется для растворения поливинилбутираля, улучшает розлив лаков и эмалей на основе ряда смол; препятствует помутнению пленок лакокрасочных материалов при нанесении их в условиях повышенной влажности. Является добавкой к ряду смесевых растворителей, повышая их растворяющую способность. Кипит при температуре 114 ... 118 °С.

Смесевые растворители обычно называют разбавителями, их применяют главным образом для разведения лакокрасочных материалов до определенной рабочей вязкости. Под термином рабочая вязкость понимают вязкость, при которой лакокрасочный материал пригоден для нанесения на изделие различными способами.

Для разбавления той или иной группы лакокрасочных материалов пригодны только определенные составы разбавителей. При применении разбавителя несоответствующего состава можно полностью испортить материал или резко ухудшить его технологические свойства и качество покрытий

В приложении приведены составы растворителей и разбавителей, рекомендуемых для разведения различных лакокрасочных материалов до рабочей вязкости.

Пластификаторы. Пластификаторы или смягчители – преимущественно жидкие органические вещества на основе полимеризационных смол (перхлорвиниловые, акриловые и др.) и эфиров целлюлозы, вводимые в лакокрасочные покрытия для повышения эластичности. Пластификаторы являются важной составной частью лакокрасочных покрытий.

Наиболее широко применяются пластификаторы: дибутилфталат, диоктилфталат, дибутилсебацинат, трикрезилфосфат и некоторые другие. Эти жидкости, обладающие высокой температурой кипения и весьма малой летучестью. В некоторых случаях в качестве пластификаторов используют также невысыхающие растительные масла (например, касторовое), а также мягкие невысыхающие смолы.

Отвердители. Это химические соединения, вводимые в некоторые лакокрасочные материалы, способствующие образованию покрытий с определенными техническими свойствами. Для этих целей в авиационных лакокрасочных мате риалах используют следующие отвердители:

отвердитель № 1 представляет собой 50-процентный раствор гексамеп лендиамина (ГМД) в этиловом спирте, применяется для отверждения эпок сидных лаков, эмалей и шпатлевок. Отвердитель токсичен, при работе с юц нужно строго выполнять правила техники безопасности;

отвердитель АСОТ-2 относится к классу аминов, применяется для 01
верждения эпоксидных грунтовок и эмалей, обладающих повышенно
водо-, топливо- и химической стойкостью;

отвердитель № 2 представляет собой 30-процентный раствор полиамидной смолы ПО-200 в органических растворителях, применяется для отверждения эпоксидных эмалей;

отвердитель № 4 представляет собой 30-процентный раствор полиамидной смолы ПО-201 в органических растворителях, применяется для отверждения эгоксипно-полиамидных эмалей, менее склонных к образованию кратеров и обладающих более длительной жизнеспособностью, чем эпоксидные эмали, отверждаемые отвердителем № 1.

Под жизнеспособностью понимают время (часы, сутки), в течение которого подготовленный к использованию лакокрасочный материал пригоден для применения.

Фосфорная кислота применяется в виде 50-процентного спиртового раствора для отверждения при повышенной температуре эпоксидных покрытий, а также других покрытий, например термореактивных полиакриловых для снижения температуры их отверждения.

Биурет марки ЭК применяется для отверждения полиурегановых лакокрасочных материалов. При применении его необходимо строго соблюдать меры предосторожности, предусмотренные правилами техники безопасности для работы с полиуретановыми материалами.

Сиккативы. Сиккативы применяют для ускорения высыхания лакокрасочных материалов на основе растительных масел, глифталиевых, пентафталиевых, фенольно-масляных и некоторых других смол. Наибольшая скорость высыхания этих материалов происходит при введении в них определенного количества сиккатива, оно обычно указывается в инструкциях по применению материала или на этикетке тары, в которой материал хранится. Избыток сиккатива замедляет высыхание и способствует более быстрому старению покрытий. Сиккативы различают по металлу, входящему в их состав (свинцовые, марганцевые, кобальтовые, кальциевые и др.), и по типу кислот, используемых при их изготовлении (нафтеновые, смоляные, жирные и др.), а также по способу их изготовления (осажденные, плавленые). Как правило, в готовых к употреблению масляных и алкидных лаках, красках, эмалях и грунтовках сиккативы содержатся в требуемом количестве. В некоторые материалы их нужно перед употреблением вводить.

В авиационной и автомобильной промышленности используются следующие сиккативы:

НФ-1 (нафтенат свинцовый марганцевый взамен сиккативов 63 и 64) самостоятельно и с сиккативами НФ-4 и НФ-5;

НФ-2 (нафтенат свинца) в смеси с сиккативами НФ-3, НФ-5 или с сикка-гивом других марок;

НФ-3 (нафтенат марганца) в смеси с сиккативами марок НФ-2, НФ-4, 1Ф-5идр.;

НФ4 и НФ-5 (нафтенат кобальта) самостоятельно и с сиккативами других марок.

Пигменты и наполнители. Пигменты представляют собой цветные порошкообразные вещества, не растворяющиеся в растворителях или связующем и способные образовывать с пленкообразующим защитные или декоративные защитные покрытия. Пигменты могут быть неорганическими или органическими веществами. Их вводят в состав покрытий для придания нужного цвета, укрывистости, и повьшения атмосферостойкости. Неорганические пигменты повышают твердость, прочность покрытия, улучшают адгезию, уменьшают водопроницаемость.

Неорганические пигменты разделяются на естественные и искусственные. К естественным относятся красящие минеральные вещества, получаемые при переработке окрашенных глин, железных руд дроблением, измельчением, просеиванием, прокаливанием. Таким способом получают железный сурик, охру. Эти пигменты в авиационных лакокрасочных материалах в настоящее время не используются.

Наиболее широкое применение находят получаемые химическим способом следующие пигменты.

Белила титановые — пигмент белого цвета, по химическому! составу представляет собой двуокись титана. Обладает значительно больше укрывистостью, чем цинковые и другие белые пигменты. В зависимости от кристаллической структуры различают двуокись титана анатазной и рутильной формы. Структура белил определяет устойчивость их в атмосфе ных условиях. Покрытия, содержащие титановые белила с анатазной структурой, способствуют разрушению пленкообразующих при воздействии на них солнечных лучей. Этот вид разрушения называют "мелением". Покрытия становятся матовыми, шероховатыми, при прикосновении к ним на ладони остаются белые следы. Титановые же белила с рутильной структурой обладают хорошей стойкостью к атмосферным воздействиям, в течение длительного времени они хорошо сохраняют первоначальные свойства. Поэтому они главным образом используются для покрытий, эксплуатирующихся на открытом воздухе. Покрытия же, содержащие анатазные белила применяются только для внутренних работ.

Белила цинковые – пигменты белого цвета выпускают различных марок, из них наиболее распространены марки М-1 и М-2, отличающиеся большой белизной и наличием водорастворимых солей.

Красные железоокисные пигменты, представляют собой окись железа буро-красного цвета с различными оттенками от оранжево красного до малинового. Красные железоокисные пигменты обладают хорошей свето- и атмосферостойкостью, широко применяются для изготовления различных красок и эмалей.

Зеленые пигменты. В качестве зеленого пигмента в авиационных лакокрасочных материалах используется только окись хрома, он обладает высокой свето- и атмосферостойкостью, но малоукрывиста.

Желтые пигменты. В качестве желтых пигментов применяется главным образом цинковый крон.

Черные пигменты. В качестве черного пигмента используется только "газовая" сажа, являющаяся по атмосфере- и светостойкости лучшей из имеющихся различных марок сажи.

Органические пигменты применяют для пигментирования некоторых авиационных эмалей. Они представляют собой цветные, нерастворимые в растворителях органические соединения, обладающие большой красящей силой и способностью придавать пленкообразующим и другим веществам яркую окраску. Наиболее широко применяют пигмент алый в сочетании с минеральными пигментами придающими краске яркий оттенок, используется преимущественно в эмалях для нанесения опознавательных знаков; пигмент синий фталоцианиновый обладает достаточной свето- и атмосферостойкостью, используется главным образом в эмалях для нанесения опознавательных знаков, декоративных полос и т л.

Металлические пигменты. В авиационных лакокрасочных материалах из металлических пигментов используется только пудра алюминиевая марок ПАП-1 и ПАП-2 для получения покрытий алюминиевого цвета, повышения термостойкости и уменьшения водопроницаемости покрытий.

Кроме пигментов, во многие лакокрасочные материалы вводят наполнители. Это инертные вещества, основным назначением которых является снижение расхода пигментов, а также улучшение защитных свойств и уменьшение глянца некоторых покрытий. Наиболее широко применяется тальк, в некоторых случаях для повышения термостойкости в покрытия вводят микроасбест и слюду.