Файл: Чеботаревский, В. В. Лаки и краски - что это такое.pdf

Металлический баллон, окрашенный перхлорвиниловой эмалью, нагревали несколько часов при 130—140° С; через две недели вся поверхность металла под слоем лако­ красочного покрытия закорродировала. Коррозию вызы­ вал хлористый водород.

Пленка на основе перхлорвиниловой смолы неэластич­ на, а при старении вообще делается хрупкой. Этот недо­ статок устраняется при добавлении пластификатора. Пла­ стифицирующий эффект зависит от природы и содержания пластификатора, поэтому последнее строго регламенти­ руется.

Однажды при окраске цистерны перхлорвиниловой эмалью заметили, что нанесенный слой плохо сохнет, а полученная пленка — липкая. Оказалось, что раствори­ тель наливали в тару из-под дибутилфталата (пластифи­ катора). Остаток дибутилфталата вместе с растворителем попал в краску. Избыток пластификатора способствовал размягчению пленки.

Химическая стойкость покрытий на основе перхлсирвиниловых смол исключительно высока: они выдерживают действие кислот и щелочей, растворов солей, керосина

идругих веществ.

Кчислу обратимых пленкообразующих относятся ак­

риловые смолы. Покрытия на их основе высыхают при комнатной температуре в результате испарения раство­ рителей.

Следует отметить, что при введении в макромолекулу акрилового полимера функциональных групп — кар­ боксильных, метилольных, гидроксильных, эпоксидных и других — полимер приобретает способность в условиях

.повышенной температуры образовывать необратимые

пленки. На основе таких полимеров созданы эмалевые покрытии, которые имеют хороший глянец и высокую прочность.

Несмотря на то, что век нитрокрасок на закате, нитро­ целлюлоза (правильнее ее называть нитрат целлюлозы) в качестве пленкообразующего применяется в лакокра­ сочных материалах, насчитывающих десятки марок. Ни­ трат целлюлозы растворим в кетонах, эфирах и даже спиртах; покрытие на его основе твердое, малоэластнчное; оно обладает .плохой адгезией к окрашиваемой поверхно­ сти, по эти недостатки устраняются при добавлении пла­ стификаторов и смол.

Нитроцеллюлозные покрытия стойки к атмосферным воздействиям только в течение 2—4 лет, так как ультра­ фиолетовые лучи вызывают деструкцию нитроцеллюлозы, вследствие чего покрытия теряют блесж, делаются хруп­ кими и растрескиваются. Большим преимуществом нитро­ целлюлозных эмалей по сравнению с другими эмалями является быстрое высыхание, и поэтому они находят при­ менение для окраски карандашей, дешевой мебели, дет­ ских игрушек, некоторых деталей автомобилей, станков и т. д. Существенным недостатком, ограничивающим ис­ пользование нитроцеллюлозных эмалей, является горю­ честь покрытий.

Бее описанные лакокрасочные материалы содержат 30—85% различных растворителей: толуол, ксилол, эти­ ловый и бутиловый спирты, этил- и бутилацетат, ацетон, бензин, уайт-спирит и др. Эти материалы должны приме­ няться только в определенных условиях, так как органи­ ческие растворители могут образовать с воздухом взрыво­ опасные смеси; кроме того, они токсичны. Пары раствори­ телей выбрасываются в воздух или задерживаются водя­ ными фильтрами, после чего стоки сливаются в канали­ зацию.

Втом н другом случае происходит загрязнение окру­ жающей среды. В связи с этим возникла проблема созда­ ния безвредных и безопасных лакокрасочных материалов.

Оказалось возможным в ряде случаев заменить орга­ нические растворители водой или обойтись без них.

Вода как растворитель для красок использовалась сотни лет назад. Действительно, еще до XIV века мно­ гие художники применяли водорастворимые клеевые крас­ ки на основе яичных желтков, и произведения, написан­ ные ими, живут и по сей день.

Теперь, конечно, обходятся без яичных желтков. Хи­ мики создали лакокрасочные материалы, в которых вода служит растворителем или разбавителем, и назвали их соответственно водорастворимыми и вододисперсионными (водозлгульсиснными) матерналами.

Вводорастворимых лакокрасочных материалах вода

является растворителем и пленкообразующее находится в растворе в молекулярно-дисперсном состоянии. Так как многие нлеякообравующпе плохо растворяются в воде, в их состав вводят гидрофильные группы. Например, в результате реакции льняного масла с малеиновым анги­ дридом получается малепнизированное льняное масло, ко­ торое затем нейтрализуют аммиаком и получают водораствоpirnое илеяк ообразующее.

Эпоксидные смолы являются отличными пленкообразующнмп для эмалей, но они нерастворимы в воде. Путем химической модификации получают эфир, который при взаимодействии с малеиновым ангидридом образует водорастворимый эпоксиэфир.

Процесс образования покрытий из водных растворов полимеров заключается в испарении воды, что приводит к повышению концентрации пленкообразующего, разру­ шению гидратных оболочек, имеющихся вокруг поляр­ ных групп полимера, и образованию сплошной пленки.

В дальнейшем в зависимости от состава полимера могут протекать процессы окисления, полимеризации и поликонденсации, завершающие пленкообразование.

Вододисперсионные лакокрасочные материалы пред­ ставляют собой эмульсию полимеров в воде. Жидкий поли­ мер в виде мельчайших капель диаметром 0,1—0,2 мкм распределен во всем объеме воды. Поверхность этих ка­ пель очень велика; например, суммарная поверхность 1 г поливинилацетатной эмульсии составляет 40 000 см2, а акриловой эмульсии еще больше — около 200 000 см2. Попробуйте удержать сотни миллионов таких капелек в жидкости и предотвратить их слипание.

Для этого нужно было найти вещество (эмульгатор), обволакивающее капли полимера и защищающее их от слипания.

Смешайте льняное масло с водой. Пока Вы их энер­ гично перемешиваете, масло дробится на мелкие шарики и получается эмульсия. Но стоит только прекратить пере­ мешивание, как капли масла всплывут на поверхность и образуют сплошной слой. Добавьте немного мыла, и эмульсия станет более устойчивой. В этом случае мыло является эмульгатором.

Молекулы эмульгатора содержат гидрофильную груп­ пу («головка» молекулы), например СООН, NH2, ОН и гидрофобный углеводородный радикал («хвост» молеку­ лы). Они располагаются на поверхности капель полимера и ориентируются так, что «головка» молекулы обращена

кводе, а «хвост» — к эмульгируемому веществу.

Вкачестве эмульгаторов применяют натриевые соли жирных кислот, триэтаноламин и др. С их помощью уда­ лось получить на основе нерастворимых в воде жидких 23

полимеров ряд водоэмульсионных лакокрасочных мате­ риалов.

Водоэмульсионные краски широко применяются для окраски пористых материалов— штукатурки, древесины, бумаги, а также стальных изделий. Они водостойки, обла­ дают хорошей адгезией, а главное, как сказано выше, не содержат органических растворителей.

Мы рассмотрели процесс получения покрытий из рас­ творов, не содержащих органических растворителей; при его осуществлении значительно упрощается технология изготовления покрытий и улучшаются условия труда, но

тия непосредственно из твердых лакокрасочных материа­ лов. Оказывается можно, если использовать для этой цели порошкообразные материалы на основе полимеров, пла­ вящихся без разложения. Такие порошки изготовляют из термопластичных полимеров — полиэтилена, поливинил­ хлорида, поливинилбутираля, или из термореактивных — эпоксидных, акриловых, фенольных и др.

Применяются два способа изготовления порошковых материалов. По первому способу одновременно сплавляют все компоненты — смолу, пигмент, отвердитель (если он нходит в рецептуру), затем охлаждают расплав и измель­ чают твердую '.массу до необходимой степени дисперсно­ сти. Этот способ пригоден в том случае, когда температура плавления полимера ниже температуры, при которой на­ чинает реагировать отвердитель.

Если отвердитель может вступать в реакцию при тем­ пературе ниже температуры плавления полимера, то поли­ мер сплавляют с пигментом, а затем диспергируют. От­ дельно диспергируют твердый отвердитель, смешивают порошки в определенных соотношениях и получают сухую краску, готовую к употреблению.

Процесс формирования пленки из порошковых красок довольно прост. Порошок, нанесенный на поверхность, нагревают до заданной температуры, которая определяет­ ся природой смолы и отвердителя (если он входит в композицию) и находится в пределах от 130 до 200° С. Частицы краски расплавляются, слипаются и прилипают к окрашиваемой поверхности. Для красок на основе тер­ мопластичных полимеров процесс формирования покры­ тия на этом заканчивается. В случае красок «а основе термореактивньгх полимеров для получения покрытия должна произойти химическая реакция, например поли­ конденсация эпоксидной смолы с отвердителем. На этой стадии иногда требуется нагревание до 200° С в течение 20—30 мин. Следовательно, .наносить порошковые краски можно только на те изделия, которые могут быть под­ вергнуты высокотемпературной сушке.

Теперь, когда мы вкратце ознакомились с основными пленкообразующими, рассмотрим, что же представляют собой лаки, грунтовки, шпатлевки, эмали, краски, в состав которых они входят.

Виды и назначение лакокрасочных материалов. В за­ висимости от состава и назначения различаются следую­ щие лакокрасочные материалы: грунтовки и шпатлевки, лаки, эмали, краски масляные.

Г р у н т о в к и и ш п а т л е в к и — дисперсия мине­ ральных пигментов в растворе природного или синтетичес­ кого полимера или олифы. Шпатлевки обязательно содер­ жат, а грунтовки могут содержать минеральные наполните­ ли. Кроме того в их состав могут входить пластификаторы, отвердители, ускорители высыхания, поверхностно-актив­ ные вещества и другие специальные добавки.

Л а к и представляют собой растворы природных или синтетических пленкообразующих в органических раство­ рителях. Они могут содержать также пластификаторы,

отвердители, ускорители отверждения, свето- ы термостабилпзаторы, антисептики и органические красители.

Э м а л и представляют собой дисперсию минеральных или органических пигментов или их смесь с минеральны­ ми наполнителями в растворе природного или синтетиче­ ского полимера. Они могут содержать пластификаторы, отвердители, катализаторы высыхания, свето- и термостабилизаторы, антисептики, поверхностно-активные ве­ щества и другие специальные добавки.

К р а с к и м а с л я н ы е — это дисперсия минеральных пигментов или их смесь с минеральными наполнителями в натуральной или синтетической олифе. Могут содержать поверхностно-активные вещества.

В каких же случаях и в каком сочетании применяют­ ся эти лакокрасочные материалы?

Грунтовки — само название указывает на то, что их наносят непосредственно на окрашиваемую поверхность, тем самым создают грунт, т. е. «фундамент» для всей системы лакокрасочного покрытия. Они обеспечивают антикоррозионную защиту, адгезию, заполняют поры в древесине и т. д.

Шпатлевка играет более скромную роль, но без нее получить гладкую поверхность невозможно, так как она выравнивает все изъяны окрашиваемой поверхности. Увлекаться нанесением толстых слоев шпатлевки не сле­ дует — это приводит к снижению прочности всего по­ крытия.

Лаки наносят непосредственно на изделие или поверх слоя краски.

Эмали п краски наносят на загрунтованную поверх­ ность или непосредственно на изделие. Их роль — прида­ ние декоративного вида и специальных свойств и одновре­

26 менно защита поверхности от внешних воздействий.