Лакокрасочные материалы. 3

Содержание 

ВВЕДЕНИЕ 3

§ 1. ОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ КРАСОЧНОГО СОСТАВА 4

1. Связующие (пленкообразующие) вещества 5

2. Пигменты 6

3. Растворители и разбавители 9

§ 2. ПОЛИМЕРНЫЕ КРАСОЧНЫЕ СОСТАВЫ 10

1. Полимерные краски 10

2. Полимерные эмульсионные (латексные) краски 11

3. Полимерцементные краски 18

§ 3. ЛАКИ И ЭМАЛЕВЫЕ КРАСКИ 18

1. Лаки 18

2. Эмалевые краски 19

3. Лакокрасочные защитные покрытия 19

4. Обмазки и замазки 21

§ 4. ОЛИФЫ И МАСЛЯНЫЕ КРАСКИ 22

1. Олифы 22

2. Масляные краски 23

ЗАКЛЮЧЕНИЕ  ……………………………………………………………………………………………24

Список литературы. 25

ВВЕДЕНИЕ

    Лакокрасочными материалами называют вязкожидкие составы, наносимые на поверхность конструкции тонким слоем, который через несколько часов отвердевает и образует пленку, прочно сцепляющуюся с основанием. Схема лакокрасочного покрытия показана на рис. 18.1.

   К лакокрасочным материалам относятся:

   1) грунтовки и шпаклевки для подготовки поверхности к окраске; нанося их, получают однородные и ровные поверхности;

   2) красочные составы (краски), применяемые в вязко-жидком или пастообразном виде, образующие покрытия нужного цвета;

   3) связующие вещества и пигменты, из которых изготовляют красочные составы;

   4) лаки, создающие пленку, отличающуюся блеском;

   5) растворители и разжижители лаков и красок;

   6) пластификаторы, отвердители полимерных красок и другие специальные добавки.

   Лакокрасочные материалы применяют для архитектурной отделки фасадов зданий, они придают помещениям красивый вид, создают в них необходимые санитарно-гигиенические условия. Нередко лакокрасочные материалы помогают предохранить материал конструкции от разрушительных воздействий   среды. Отделочный  слой фасада здания первый встречает действие дождя, ветра, агрессивных газов, содержащихся в воздухе, изменения температуры среды. Придавая лакокрасочному покрытию водоотталкивающие свойства и эластичность, можно значительно увеличить срок безремонтной службы самой отделки, повысить долговечность конструкции и улучшить эксплуатационные качества зданий. Все шире применяют лакокрасочные материалы специального назначения. Одни из них являются химически стойкими, ими покрывают металлические и железобетонные конструкции для предохранения от коррозии, другие необходимы для защиты древесины (антисептические и огнезащитные краски для дерева).

   Имеются жароупорные лаки, которыми окрашивают промышленное оборудование. Санитарно-техническое оборудование, металлические трубопроводы также нуждаются в защитной окраске.

   Лакокрасочная промышленность выпускает в основном готовые материалы, перед их употреблением добавляют лишь растворители или разбавители. Сборные конструкции и детали должны поступать с заводов на строительство с полной готовностью, т. е. в окончательно отделанном виде. Для этого на заводах сборных строительных конструкций предусматривается конвейерная линия отделки элементов.

§ 1. ОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ КРАСОЧНОГО СОСТАВА

    В таблице 1 представлен состав красок и указаны назначения основных компонентов.

    Наличие каждого из компонентов не обязательно во всех красках. Например, краски для глянцевых покрытий не содержат наполнителей, которые являются грубодисперсными неорганическими частицами. Последние используются в красках для матовых покрытий, например в автомобильной промышленности.

    Природа полимеров или смол для красок различного целевого назначения сильно различается. Это обусловлено различиями в методах нанесения и отверждения, природе подложек и условиями эксплуатации покрытий. Так, краски для архитектурных сооружений («декоративные» или «строительные») должны применяться на месте при умеренных температурах (7--30 °С в зависимости от климата и географического района). Они «высыхают» или «отверждаются» по одному из двух механизмов: за счет окисления на воздухе или испарения разбавителя (воды), сопровождающегося коалесценцией латексных частиц связующего. Многие промышленные процессы окраски требуют применения тепла или других видов облучения (УФ-, ИК.-, ускоренными электронами) для стимулирования химических реакций, таких как свободнорадикальная полимеризация или поликонденсация, которые необходимы, чтобы превратить жидкие полимеры в сильно сшитые твердые пленки. Обычно наиболее часто в этих процессах используют «термоотверждаемые» пленкообразователи, которые часто являются смесями двух различных по химической природе олигомеров, например, алкидных с аминосмолами. Между процессами окислительного высыхания и термоотверждения имеется сходство в том, что в обоих случаях используются низкомолекулярные полимеры, которые в процессе отверждения сшиваются и превращаются в весьма сложные высокомолекулярные продукты. Наряду с этим можно получить покрытия обоих указанных выше типов, не прибегая к сшиванию. В случае декоративных или строительных красок таковыми являются эмульсионные краски, в которых связующее находится в виде частичек высокомолекулярного полимера, взвешенных в водной среде. Лаки, используемые в автомобильной промышленности, могут быть растворами высокомолекулярных полимеров. В обоих случаях нет необходимости в сшивании для достижения удовлетворительных свойств пленки.

    Таблица 1. Состав красок

1. Связующие (пленкообразующие) вещества

   Связующими веществами в красочных составах являются следующие материалы: полимеры -- в полимерных красках, лаках, эмалях; каучуки -- в каучуковых красках; производные целлюлозы -- в нитролаках; олифы -- в масляных красках; клеи (животный и казеиновый) -- в клеевых красках; неорганические вяжущие вещества -- в цементных, известковых, силикатных красках.

   Полимеры применяют в красках и лаках вместе с растворителем, а также в сочетании с олифой или цементом (полимерцементные красочные составы).

   Применение синтетических полимеров значительно сократило расход растительных масел на приготовление строительных красок и дало возможность выпускать но

   вые виды долговечных и экономичных красочных составов. Хотя некоторые полимерные краски и лаки еще дороги, все же стоимость окраски 1 м² поверхности полимерными составами, отнесенная к одному году эксплуатации, часто бывает ниже стоимости отделки другими строительными красками (известковыми и др.). Широкое применение полимерных лаков и эмалей привело к почти полному отказу от импорта дорогих природных смол (шеллака, копалла, даммара), ввозимых из Индии и других стран. Прежде основным сырьем лакокрасочной промышленности являлись природные смолы и растительные масла.

   Связующее вещество -- главный компонент красочного состава, который определяет консистенцию краски, прочность, твердость и долговечность образующейся пленки. Связующее выбирают, учитывая и прочность его сцепления (адгезию) с основанием после затвердевания. Защитные свойства лакокрасочного покрытия по отношению к металлу, бетону или другому материалу зависят как от связующего, так и от примененного пигмента. Например, алюминиевый пигмент замедляет коррозию стали, в то время как малярная сажа ее ускоряет.

2. Пигменты

   Пигменты представляют собой тонкие цветные порошки, нерастворимые в связующем веществе и растворителе. От них зависит не только цвет, но и долговечность лакокрасочного покрытия. Подобно заполнителю в строительных растворах и бетонах, пигмент уменьшает усадочные деформации пленки при ее твердении («высыхании») и при колебаниях влажности окружающей среды. Искусственные пигменты с большой красящей способностью разбавляют белым тонкодисперсным наполнителем, что удешевляет красочный состав. Наполнители: мел, молотый известняк или гипс, порошки сернокислого бария или талька, не снижающие атмосферостойкости покрытия. Неорганические пигменты состоят из оксидов и солей металлов различного цвета. Красочные составы, выпускаемые заводами, а также приготовляемые на месте строительных работ, содержат чаще всего неорганические пигменты.

   Органические пигменты -- это малярная сажа, графит и синтетические красящие вещества, обладающие высокой красящей способностью. К ним относятся пигменты: желтый и оранжевый светопрочные, алый, голубой.

   Пигменты бывают природные (мел, охра, мумия, железный сурик, киноварь) и искусственные. К искусственным пигментам, получаемым путем химической переработки сырья, относят белила, кроны, ультрамарин, малярную лазурь и др.

   Белые пигменты. К ним относятся белила, мел, известь, алюминиевая пудра.

   Титановые белила представляют собой тонкий порошок диоксида титана TiO₂. Их считают лучшими из современных белил: они светостойки, обладают хорошей кроющей способностью, неядовиты. Применяют для изготовления масляных, эмалевых и других наружных и внутренних красок по металлу, дереву, штукатурке. Цинковые белила (в основном оксид цинка ZnO) светостойки, неядовиты. Однако, как и свинцовые белила, недостаточно стойки к действию щелочей.

   Свинцовые белила -- белый порошок основного карбоната свинца 2РbСО₃*Pb(ОН)₂. Вследствие токсичности их применяют редко. Темнеют при действии сероводорода, сернистого газа и других сернистых соединений. Поэтому свинцовые белила нельзя, например, смешивать с ультрамарином. Литопоновые белила, состоящие из осажденных ZnS и BaSO₄, на свету желтеют. В связи с чем их применяют в смеси с голубым пигментом лишь для внутренних покрасок.

   Мел широко используется как пигмент и наполнитель для разбеливания цветных пигментов. Чаще всего входит в состав клеевых окрасок помещений, силикатных красок, побелок потолков.

   Воздушную известь применяют, главным образом, для побелки фасадов зданий.

   Алюминиевый пигмент имеет пластинчатую форму частиц, благодаря которой получают красочное покрытие, имеющее «панцирное» строение. Алюминиевая масляная окраска металлических конструкций предохраняет их от коррозии, поскольку образующаяся пленка водостойка, практически непроницаема для ультрафиолетовых лучей и долговечна.

   Желтые пигменты -- кроны и охры. Цинковый крон (хромат цинка) применяют и основном для антикоррозионных окрасок металлических покрытий. Свинцовые кроны (на основе хромата и сульфата свинца) -- это пигменты, имеющие цвет от лимонною до оранжевого. Желтые кроны изменяют свой цвет под действием раствора щелочей (краснеют). Свинцовые кроны токсичны, работа с ними требует соблюдения требований охраны труда.

   Охры, называемые иногда; земляными красками, состоят из гидроксида железа с примесью глины. Цвет охры может быть от светло-желтого и золотистого до темно-желтого в зависимости от содержания оксида железа и примесей. Прокаленная охра приобретает коричневый или красный цвет.

   Коричневые пигменты. Эта группа пигментов включает умбру и ряд смешанных пигментов, получаемых из железного сурика и мумии. Умбра, как и охра, относится к числу земляных красок. Это тонкий порошок глины, окрашенный в природных условиях Fе₂Оз, МnО₂ и другими примесями в различные оттенки коричневого цвета.

   Зеленые пигменты -- оксид хрома, цинковая зелень и другие смешанные пигменты. Оксид хрома Сг₂О₃ обладает многими достоинствами: устойчив к действию щелочей, кислот и повышенных температур; для получения зеленовато-синих оттенков добавляют ультрамарин. Цинковую зелень получают смешением кронов с малярной лазурью и наполнителем (BaSO₄); она устойчива к действию щелочей.

   Синие пигменты: ультрамарин и лазурь малярная. Ультрамарин получают сплавлением каолина с содой и серой (или Na₂SO₄ и углем). Наибольшее распространение нашел синий ультрамарин, служащий пигментом в строительных красках, применяемый также для окраски бумаги и в быту («синька» используется для подсинивания белья, льна). Состав ультрамарина приближенно выражается формулой Na₄Al₃Si₃S₂O₁₂. Хотя он стоек к воде, мылу и слабым щелочам, кислоты обесцвечивают ультрамарин, разлагая его с выделением сероводорода и кремневой кислоты. Малярная лазурь представляет собой интенсивно-синюю соль трехвалентного железа состава Fе₄[Fе(СN)₆]₃ В воде и кислотах лазурь практически нерастворима, но щелочи ее разлагают с выделением

   Fe(OH)₃. Поэтому при нанесении на бетон или свежую штукатурку эта краска теряет свой синий цвет.

   Красные пигменты. Из этой группы пигментов наиболее известны: железный сурик -- тонкий порошок оксида железа кирпично-красного цвета, искусственная мумия -- пигмент, имеющий различные оттенки в зависимости от соотношения составных частей Fe₂O₃ и CaSO₄, природная мумия -- тонкий минеральный порошок, окрашенный в естественных условиях оксидами железа в красный цвет, свинцовый сурик -- порошок красно-оранжевого цвета, содержащий в основном PbO*Pb₂O₃. Редоксайд -- красный железооксидный пигмент, стойкий к щелочной среде.

   Черные и серые пигменты -- малярная сажа, диоксид марганца, тонкомолотый графит. Малярная сажа -- порошок почти чистого углерода. Пигменты, содержащие углерод в свободном состоянии (к ним относится сажа), образуют с железом гальваническую пару, ускоряющую коррозию стали. Диоксид марганца МnО₂ (пиролюзит), получаемый из марганцевой руды, свето- и щелочестойкий, сравнительно дешевый пигмент. Графит содержит 70--95 % углерода, в измельченном виде применяется как серый пигмент.

   Основные свойства пигментов. Дисперсность пигмента влияет на все его основные свойства. Чем мельче частицы пигмента, тем выше его укрывистость и красящая способность (до достижения оптимальной степени дисперсности). Полифракционный состав пигмента позволяет получить плотное красочное покрытие при минимальном расходе связующего вещества. Укрывистость характеризует расход красочного состава (по массе) на единицу окрашиваемой поверхности. Красящая способность -- это свойство пигмента передавать свой цвет белому пигменту.

   Маслоемкость характеризуется количеством (в г) олифы, необходимым для превращения 100 г пигмента в пастообразное состояние. Светостойкость -- свойство сохранять свой цвет при действии ультрафиолетовых лучей. Большинство природных пигментов (охра, железный сурик и др. ) светостойки. Литопоновые белила желтеют на свету, некоторые органические пигменты обесцвечиваются. Атмосферостойкость -- свойство длительное время противостоять воздействию атмосферных факторов: воды, кислорода воздуха, сернистых и других газов, попе

   ременному увлажнению и высыханию, нагреванию и охлаждению.

   Антикоррозионные свойства характеризуют способность пигмента (в сочетании с соответствующим связующим) образовать покрытие, защищающее сталь от коррозии (анодная защита). При окраске стальных конструкций следует использовать антикоррозионные пигменты. К числу таких пигментов относятся, например, алюминиевая пудра, цинковые белила, цинковые и свинцовые кроны, свинцовый и железный сурик. Алюминии в ряду напряжений металлов занимает место выше железа. При образовании гальванической пары алюминии становится анодом, стремится перейти в состояние ионов, а железо является катодом и не подвергается изменению; образующаяся пленка гидроксида алюминия защищает поверхность стальной конструкции. Другие из перечисленных пигментов, например свинцовый сурик, дают в смеси с маслом олифы нерастворимые соли жирных кислот, тоже предохраняющие металл от коррозии.

   Химическая стойкость к действию щелочей и кислот. Ряд пигментов изменяет свой цвет или обесцвечивается при соприкосновении с щелочными растворами. Например, малярная лазурь в щелочной среде обесцвечивается, свинцовый железный крон краснеет. Подобные пигменты не применяют для изготовления красочных составов, наносимых на поверхность свежею бетона или цементно-известковой штукатурки. Щелочестойкими являются почти все природные пигменты (охры, мумия, умбра, перекись марганца), а также многие искусственные пигменты (титановые белила, оксид хрома, органические пигменты: алый и оранжевый). Для изготовления специальных кислотостойких красок применяют только кислотостойкие пигменты (графит, титановые белила, оксид хрома). Пигменты, содержащие соединения свинца (свинцовые белила, свинцовые крон и сурик), токсичны и при их применении необходимо соблюдать установленные правила охраны труда.

3. Растворители и разбавители

   Растворители применяют при изготовлении полимерных и каучуковых красок, лаков, эмалей и некоторых других красочных составов. Способностью растворять полимеры, каучук и масла обладают большей частью углеводородные продукты: ацетон, скипидар, бензол, лаковый керосин, уайт-спирит, сольвент-нафта, комбинированный растворитель Р-4.

   Разбавители не растворяют пленкообразующие вещества и предназначены лишь для уменьшения вязкости красочного состава, т. е. их добавляют для придания краске удобонаносимости. Роль разбавителя выполняет олифа, добавляемая в густотертую масляную краску, или вода, вводимая в водоэмульсионный красочный состав.

§ 2. ПОЛИМЕРНЫЕ КРАСОЧНЫЕ СОСТАВЫ

1. Полимерные краски

   Полимерная  краска  представляет   собой   суспензию пигмента в растворе   полимера   или   перхлорвиниловой смолы. К числу хорошо зарекомендовавших себя фасадных красок   принадлежат   кремнийорганические   эмали, перхлорвиниловая краска, эпоксидно-полиамидная композиция. Вследствие высокой атмосферостойкости краски отделка фасада здания сохраняется 10--12 лет и более, ее можно очищать от пыли, промывая водой. Кремний-органические покрытия непроницаемы для капельно-жидкой воды, но пропускают водяной пар из помещения наружу. Такие покрытия не препятствуют естественной вентиляции   помещений, но   в   то   же   время   защищают наружные   степы   зданий   от  увлажнения. Полимерные краски широко применяют для отделки стеновых панелей и блоков полной заводской готовности, а также для окраски и восстановления фасадов построенных зданий. Затраты на отделку единицы поверхности полимерными красками, отнесенные к одному году эксплуатации, ниже по сравнению с другими красочными составами.

   Каучуковые краски получают путем диспергирования хлоркаучука в летучем растворителе. Поскольку каучуковые краски химически стойки и обладают высокой водостойкостью, то их применяют для защиты от коррозии металлических и железобетонных конструкций. Положительным свойством хлоркаучуковых и кумаронокаучуковых красок является высокая эластичность пленки, благодаря чему защитное покрытие следует за деформациями конструкции и сохраняется без трещин,

   Эфироцеллюлозные краски представляют собой пигментированные дисперсии нитро- или этилцеллюлозы в летучих растворителях. Нитролаки часто применяют взамен масляных красок, причем эти лаки высыхают значительно быстрее масляных красочных составов.

   Как видно, полимерная краска содержит органический растворитель в таком количестве (30--50% по массе), которое необходимо для придания составу малярной консистенции. После нанесения покрытия растворитель испаряется (улетучивается) и на окрашиваемой поверхности образуется атмосферостойкая пленка. Дисперсия полимера в летучем растворителе должна смачивать материал, тогда она проникает в поры материала (бетона, кирпича и т. д. ), обеспечивая прочное сцепление образующейся пленки с основанием.

   Полимерные краски быстро высыхают, однако при этом безвозвратно теряются ценные продукты -- летучие органические растворители. Большинство растворителей горит, их пары огнеопасны и взрывоопасны. Накапливаясь в закрытых помещениях, пары растворителей вредно влияют на здоровье людей; кроме того, они могут быть причиной пожара, поэтому при их использовании должны соблюдаться установленные меры охраны труда и противопожарной безопасности.

   Более безопасными и экономичными являются эмульсионные красочные составы па основе полимеров, не содержащие летучих растворителей или содержащие их в небольших количествах.

2. Полимерные эмульсионные (латексные) краски

   Полимерной эмульсионной краской называют красочный состав из двух несмешивающихся жидкостей, в котором частицы (глобулы) одной жидкости (дисперсная фаза) распределены в другой жидкости (дисперсионная среда или внешняя фаза). Для получения устойчивой, практически не расслаивающейся эмульсии необходимо при ее изготовлении ввести соответствующий эмульгатор. Эмульгатор представляет собой поверхностно-активное вещество, которое адсорбируется одной из жидкостей на поверхности раздела фаз, понижая ее поверхностное натяжение. Вместе с тем вокруг частиц (глобул) дисперсной фазы образуется механическая прочная оболочка, препятствующая укрупнению и слиянию глобул.

   К числу эмульгаторов относятся преимущественно вещества, обладающие значительной полярностью, они содержат активную полярную и неактивную группы. Полярная группа нередко представлена гидроксилом ОН, карбоксилом СООН, а также группами COONa. При изготовлении эмульсий, применяемых в строительстве, эмульгаторами часто служат лигносульфонаты (обычно в виде сульфитно-дрожжевой бражки), натриевые соли нафтеновых кислот (мылонафт), абиетат натрия (омыленная канифоль) и др.

   Эмульсионные красочные составы типа «полимер в воде» содержат полимер, диспергированный в воде, в виде мельчайших глобул. Кроме пленкообразующего вещества (синтетической смолы или каучука) и воды, красочный состав содержит эмульгатор, пигмент и добавки, улучшающие свойства краски. Эмульсионные краски обычно поставляют в виде пасты, которую на месте применения разбавляют водой до малярной консистенции. Воду из нанесенной на поверхность эмульсионной краски частично впитывает пористое основание (бетон, штукатурка и т. п. ), а оставшаяся в покрытии вода испаряется. В результате эмульсия распадается и через 1--2 ч образуется прочное гладкое матовое покрытие, свето- и водостойкое. Благодаря своей пористости покрытие газопроницаемо. Поэтому эмульсионными красками нередко окрашивают непросохшие поверхности штукатурки или бетона, так как влага из материала подложки может испаряться через поры покрытия. Эмульсионные краски нетоксичны, пожаро- и взрывобезопасны. Их применяют для наружных и внутренних малярных работ.

   Поливинилацетатная краска представляет собой пигментированную водную дисперсию поливинилацетата, пластифицированную дибутилфталатом; применяют для окраски по бетону, штукатурке, дереву, для отделки древесно-волокнистых плит и деталей из гипсобетона.

   Бутадиенстиролъную краску используют преимущественно для высококачественной окраски внутри зданий. Для этой же цели применяют эмульсионную краску марки СЭМ, состоящую из глифталевого лака, воды, эмульгатора и специальных добавок.

Краски на основе стирол-бутадиеновых латексов

    Стирол-бутадиеновые сополимеры получают путем эмульсионной сополимеризации бутадиена-1,3 с различными количествами стирола. Сополимеры, содержащие до 50% стирола, являются типичными каучуками. Для изготовления воднодисперсионных красок наибольшее применение находят латексы сополимеров, содержащих 55-70% стирола. Схематически фрагмент цепи стирол-бутадиенового сополимера может быть изображен следующим образом:

    Содержание звеньев бутадиена, присоединенных в положение 1,2, зависит от количества стирола в сополимере. Например, сополимер с 30% стирола содержит 23% бутадиена, присоединенного в положение 1,2, а высокостирольные сополимеры -- еще меньше. Однако реальное строение таких сополимеров сложнее, поскольку кроме указанных выше структур имеют место комбинации присоединений «голова к голове» и «голова к хвосту», а также блочное расположение звеньев.

Наличие большого количества структур 1,4 придает таким сополимерам способность превращаться в сшитое состояние под воздействием кислорода воздуха (по типу высыхающих масел); звенья 1,2 более устойчивы к окислению на воздухе. Увеличение

содержания стирола,  особенно выше 30%, снижает количество образующийся при нагревании полимера на воздухе гель-фракции. Присутствие катализаторов окисления (типа солей кобальта, марганца и др.) усиливает превращение. Немалое значение имеет и глубина полимеризации: сополимеры, полученные при степени превращения  98--100%, под действием  кислорода воздуха сшиваются быстрее и полнее. По-видимому, это связано с образованием более разветвленных и даже частично трехмерных структур при глубокой полимеризации.

    Природа процессов, сопровождающих окисление стирол-бутадиеновых сополимеров  кислородом воздуха, весьма сложна, но довольно подробно изучена. Важно отметить, что в этом случае процесс образования межмолекулярных связей преобладает над деструкционными процессами, и количество летучих продуктов окисления ничтожно. Окисление и сшивка происходят в основном в результате реакций двойных связей главных цепей (структур 1,4) или соседних с ними метиленовых групп: