Состав лакокрасочных материалов
Окружающий мир без красок и лаков был бы абсолютно серым и безрадостным. Тяжело представить жизнь современного человека без этих материалов. В самые разнообразные цвета окрашено все вокруг нас: дома, предметы интерьера, бытовая техника, спортивный инвентарь, транспорт, и тем более детские игрушки. Лакокрасочные материалы защищают от ржавчины металлические конструкции, гниения деревянные изделия, предупреждают растрескивание бетона и штукатурки.
Общая характеристика
Лакокрасочным материалом (ЛКМ) называют поликомпонентную систему, которая при нанесении на окрашиваемую поверхность образует цельное полимерное покрытие с защитными, декоративными и специальными свойствами. Это покрытие формируют определенные физико-химические превращения. Тонкая пленка на основе органических и неорганических соединений изолирует поверхность от воздействия окружающей среды, придает ей определенную окраску и облик. Толщина такой пленки не превышает десятки микрометров, т.е. примерно равна толщине человеческого волоса.
В состав лакокрасочных материалов входят:
Следует остановиться на каждом из них по отдельности.
Таблица 1. Классификация ЛКМ по роду плёнкообразующего вещества.
| Род плёнкообразующего вещества | Условное обозначение | Род плёнкообразующего вещества | Условноеобозначение |
|---|---|---|---|
| Масляные | МА | Перхлорвиниловые | ХВ |
| Пентафталевые | ПФ | Меламиноалкидные | МЛ |
| Нитроцеллюлозные | НЦ | Полиакриловые | АК |
| Глифталевые | ГФ | Каучуковые | КЧ |
| Битумные | БТ | Сополимерно-стирольные | СС |
| Масляно-стирольные | МС | Полиуретановые | УР |
| Шеллачные | ШЛ | Сополимерно-винилхлоридные | ХС |
| Этрифталевые | ЭТ | Фенольные | ФЛ |
| Полиэфирные | ПЭ | Эпоксидные | ЭП |
| Мочевиноформальдегидные | МЧ | Алкидно-акриловые | АС |
| Кремнеорганические | КО | Канифольные | КФ |
Таблица 2. Классификация ЛКМ по назначению.
| Назначение | Группа | Назначение | Группа |
|---|---|---|---|
| Атмосферостойкие | 1 | Маслобензостойкие | 6 |
| Ограниченноатмосферостойкие | 2 | Химически стойкие | 7 |
| Консервационные | 3 | Термостойкие | 8 |
| Водостойкие | 4 | Электроизоляционные | 9 |
| Специальные | 5 |
Пленкообразующие вещества
Пленкообразователи (будучи по своей природе полимеризационными, природными, поликонденсационными смолами, эфирами целлюлозы, жирными кислотами, растительными маслами) выполняют ряд важных функций:
Зачастую в качестве пленкообразующих веществ используют алкидные смолы. Это полиэфиры, которые являются результатом переработки многоосновных и жирных одноосновных кислот, а также спиртов и имеют разветвленную структуру.
Выделяют несколько видов этого соединения:
Каждая из них на основе:
Алкидная смола обуславливает плавность и влагоустойчивость готового состава. С целью улучшения этих параметров в рецептуру добавляют растительные масла или карбоновые кислоты.
На основании массовой доли масла в составе, смолы бывают:
Алкидные смолы могут быть:
Вид растительного масла, которое используют при изготовлении ЛКМ, влияет на скорость высыхания защитной пленки и ее водоустойчивость. Именно это следует учитывать при составлении рецептуры того или иного материала. Так, например, тунговое масло обладает наибольшей скоростью высыхания, поэтому его целесообразно использовать при производстве грунтовок.
По взаимоотношениям с растворителями алкидная смола может быть:
Таблица 3. Пленкообразующие, применяемые при изготовлении лакокрасочных материалов.
Пигменты
Есть не что иное, как красящий порошок. Будучи нерастворимым в основе, образует с ней мелкодисперсную суспензию. По своей химической природе представляют собой соли или окислы металлов.
По происхождению можно выделить две группы этих веществ:
Наиболее яркий представитель естественных пигментов различные глины. Благодаря наличию в составе окислов железа, они способны давать самую разнообразную окраску: начиная желтой и заканчивая красно-коричневой. Главным достоинством применения природных пигментов является стойкость цвета.
Искусственные пигменты получают путем химических преобразований.
Чаще всего в производстве используют:
Достоинством веществ этого типа является очень яркий цвет в итоге.
Пигментирование ЛКМ повышает их влагостойкость, химическую стойкость, устойчивость к выцветанию, дисперсность, смачиваемость и другие качественные характеристики.
Наполнители
Использование дорогостоящих пигментов в составе лакокрасочных материалов не всегда экономически оправдано. Для экономии ресурсов часть из них заменяют на наполнители – неорганические сухие соединения, которые обладают следующими свойствами:
Использовать их допускается только при производстве грунтовок и эмалей. Очень важно оптимально подобрать пропорцию между пигментом и наполнителем. Только в этом случае можно улучшить свойства лакокрасочных материалов. Как пример, повысить прочность или сделать более эластичным. Наиболее часто наполнителями выступают мел, тальк, слюда и т.д.
Разбавители
Очень часто необходимо регулировать вязкость лакокрасочного материала до определенного предела, именно с этой целью используют разбавители, которые не обладают растворяющей способностью. Зачастую в этом качестве выступает вода.
Сиккативы
Для инициации процесса пленкообразования в состав лакокрасочных материалов вводят сиккативы, которые представляют собой соли нафтеновой, смоляной, масляной кислот, растворимые в органических растворителях. Пленка может начать формироваться либо с поверхности, либо у подложки обработанного основания. Это зависит от типа сиккатива в составе ЛКМ. Мнение, что скорость пленкообразования прямо пропорционально количеству добавленного вещества, является верным лишь отчасти. При перенасыщении состава сиккативом, материал высыхает медленнее. Выполнять свою функцию он продолжает и после полного высыхания. Что является еще одной причиной разумного использования этого вещества, ибо в противном случае покрытие состарится преждевременно.
Отвердители
Эти вещества используют, как правило, перед началом работы с лакокрасочным материалом. Представляет собой химическое соединение, добавка которого к ЛКМ приводит к образованию неплавкого нерастворимого продукта.
Ускорители
Соединения, применяемые с целью уменьшить время отверждения лакокрасочного материала.
Растворители
Предтавляют собой жидкость (или смесь), которая обладает способность растворять пленкообразующие вещества. Остновной задачей является обеспечение возможности покрытия лакокрасочным материалом подложки. В промышленности чаще всего применяют сольвет, бутилацетат, уайт-спирит, вода.
Целевые добавки
Соединения, которые улучшают качественные характеристики лакокрасочных материалов, такие как: адгезия, абразивостойкость, пленкообразование, эстетичность, растекание, стабильность при хранении, прочность пленки и т.д. Как правило, массовая доля добавки в рецептуре находится в пределах 0,1-2%. Лучше всего использовать несколько видов этого вещества при производстве ЛКМ, но даже в этом случае его содержание будет менее 5%.
Основными из них являются:
материалы по теме
Лакокрасочные материалы являются неотъемлемой частью любого строительства или ремонта. Без них в этом деле обойтись просто невозможно. Сегодня на рынке лакокрасочной промышленности существует огромное количество различных лакокрасочных материалов, и все они различаются по своему составу и своим свойствам. Каждый лакокрасочный материал со своими определенными свойствами предназначен для конкретного использования. Д остаточно широкую популярность имеют лакокрасочные материалы, в составе которых содержатся различные полиэфиры.
Эпоксидные составы
Порошковые смеси всегда пользовались популярностью среди производителей различных лакокрасочных товаров, благодаря удобству в их использовании. Подобные смеси существовали ещё в древние времена и были усовершенствованы технологами.
Из чего состоит краска
С давних времён человечество пользовалось красками, как для эстетического удовольствия, так и для практических нужд. При чём, во втором случае также есть элемент эстетики, поскольку окрашенные поверхности стен или предметов выглядели очень красиво, о практичности можно даже и не говорить. Краски и другие лакокрасочные материалы были верными спутниками человечества. Они шагали в ногу со временем, становясь всё лучше по качеству и сложнее по структуре.
Что такое пигменты растворители сиккативы
Состав лакокрасочных материалов
Основными компонентами лакокрасочных материалов (ЛКМ) являются пленкообразующие, пигменты, наполнители, пластификаторы, растворители, сиккативы, добавки.
Пленкообразующие лакокрасочных материалов – многокомпонентная система, после нанесения которой на поверхность в результате физико-химических процессов образуется сплошная, прочно сцепленная с основой пленка. Пленкообразующие должны связывать наполнители с пигментами в ЛКМ, быть растворимыми органическими растворителями, обеспечивать хорошую адгезию лакокрасочного покрытия с подложкой, а после высыхания образовывать твердую защитную пленку.
К пленкообразующим веществам относятся: полимеризационные смолы (на основе акрилатов, метакрилатов, хлористого винила и др.), поликонденсационные смолы (алкидные, полиуретановые, эпоксидные, кремнийорганические, формальдегидные), природные смолы (канифоль, битумы, асфальты, копалы), растительные масла, таловое масло, жирные кислоты и эфиры целлюлозы.
Рассмотрим некоторые виды пленкообразователей.
Алкидные смолы
Алкидные смолы среди пленкообразующих веществ занимают почетное первое место не только в отечественной, но и зарубежной лакокрасочной промышленности. Это полиэфиры, которые имеют разветвленное строение. Они являются продуктами неполной переработки одноосновных жирных кислот и многоосновных кислот и спиртов.
Классифицируются алкидные смолы в зависимости от спирта, который используется для их изготовления. Различают алкидные смолы на основе глицерина (глифталевые), этриола (этрифталевые), пентаэритрита (пентафталевые) и ксилита (ксифталевые).
Для того, чтобы алкидная смола имела хорошую растворимость, а готовое лакокрасочное покрытие отличалось водостойкостью и эластичностью, ее модифицируют жирными кислотами либо маслами растительного происхождения. Поэтому алкидные смолы делят еще на невысыхающие и высыхающие. Содержание масла может быть самое разное, вплоть до 70%. Есть сверхтощие (до 34% масел), тощие (от 35 до 45%), средней жирности (46 – 55% масел) и жирные (от 56 до 70%). Пентафталевые алкидные смолы обладают наилучшими защитными характеристиками, при содержании масла около 60 – 65%, а глифталевые – при 50%. Необходимо также знать, что при данной жирности водопроницаемость и скорость высыхания пленки очень сильно зависит от вида используемого растительного масла. Зависимость можно описать следующим рядом (по убыванию): тунговое > ойтисиковое > льняное > дегидратированное касторовое > соевое > подсолнечное.
В обратном порядке масла располагаются по светостойкости. Эти данные используют для изготовления любых алкидных лакокрасочных материалов. Исключение составляют грунтовки, для изготовления которых используют тунговое и льняное масла. Это связано с тем, что грунтовочные смеси используются в качестве промежуточного слоя, который не подвергается воздействию солнечного света.
Алкидные соединения применяются в комплексе с некоторыми другими поликонденсационными, полимеризационными смолами и нитратами целлюлозы. Такие смолы, в зависимости от используемого модифицирующего вещества, подразделяются на: алкидно-меламиновые, алкидно-карбамидные, алкидно-эпоксидные, алкидно-стирольные, уралкидные, алкидно-полиорганосилоксановые и алкидно-акриловые. Они сочетают в себе свойства модифицирующего компонента и алкидной смолы.
Алкидные смолы подразделяются на: разбавляемые водой (водоразбавляемые) и нерастворимые в воде. А также на: разбавляемые органическими растворителями и растворимые в них.
В наше время самое широкое применение нашли водоразбавляемые (водоэмульсионные) лакокрасочные материалы. Они обладают бесспорными преимуществами, по сравнению с красками и лаками на основе органических растворителей, т.к. не вредят человеческому организму, безопасны в пожарном отношении. Водоразбавляемые смолы при взаимодействии с аминоформальдегидными или фенолоформальдегидными водорастворимыми смолами, которые выступают в качестве отверждающих агентов, образуют пленку.
Разбавляемые водой алкидные смолы применяют для изготовления водоэмульсионных эмалей и грунтовок. Глифталевые смолы, разбавленные органическими растворителями, используют в производстве шпатлевок, грунтовок и эмалей для внутренних работ. Пентафталевые – для эмалей и лаков, предназначенных для работы в умеренном климате, под открытым воздухом. Также из высыхающих алкидных смол делают олифы, лаки, эмали, грунтовки, шпатлевки горячей и холодной сушки.
Следующие марки немодифицированных лаков и смол на алкидной основе можно найти на рынках лакокрасочных материалов:
— смолы – ВПФЛ-50, ФК-135, ФК-42, ПГФ-СИН-34;
— лаки – ПФ-060Н, ПФ-060В, ПФ-053Н, ПФ-053В, ГФ-01, ГФ-019, ГФ-046, ГФ-072, В-Эп-0179 и др.
Пигменты – это окрашенные порошки высокой дисперсии. Вода, пленкообразующие вещества их не растворяют. Пигменты в основном применяют в декоративных целях, для придания краскам, грунтовкам, а также эмалям цвета и блеска. Но кроме того пигменты отличаются некоторыми полезными свойствами, которые влияют на конечный продукт: светостойкость, химическая и атмосферостойкость, смачиваемость, дисперсность, маслостойкость, укрывистость, кристаллическая структура, способность взаимодействовать с пленкообразующими.
По своему происхождению пигменты лакокрасочных материалов (ЛКМ) можно разделить на синтетические и природные, а по химическому составу – на органические и неорганические.
К неорганическим пигментам относятся двуокись титана, окись цинка, литопон (дают белый цвет), охра (дает желтый цвет), железная лазурь, ультрамарин (синий), железный сурик, оранжевый крон, мумня (красный), медянка, окись хрома (зеленый цвет). Как видно – большинство неорганических пигментов это соли металлов, оксиды, гидроксиды, которые имеют кристаллическое строение.
Среди органических пигментов можно выделить фталоцианиновые, антрахиноновые, азопигменты, диазопигменты.
Некоторые пигменты могут обеспечивать лакокрасочным материалам дополнительные полезные свойства. Вот, например, при достаточно большом наполнение ЛКМ металлическими пигментами покрытие становится электропроводящим и теплопроводящим. При наполнении лакокрасочного материала цинковой пылью, его можно использовать как протекторную грунтовку.
Наполнитель – это нерастворимое в дисперсионных средах сухое неорганическое вещество. Применяют как добавоки к пигментам для их экономии и снижения стоимости лакокрасочных материалов (ЛКМ). Наполнители вводят только в непрозрачные лакокрасочные материалы (грунтовки, эмали). При правильном подборе системы пигмент – наполнитель можно улучшить свойства ЛКМ. Придать лакокрасочным материалам определенную вязкость, улучшить разливаемость, предотвратить оседание пигментов на дно резервуара, повысить прочность, атмосферостойкость готового покрытия.
В качестве наполнителей применяют тальк, слюду, доломит, мел, барит, кальцит, каолин. Наиболее широко применяются наполнители с высокой степенью белизны, дисперсностью, с низким содержанием водорастворимых примесей, небольшой твердости, плотности, низкой маслоемкости.
В основном наполнители ЛКМ – это природные материалы, лишь малая доля – синтетические (осажденный мел, бланфикс).
Растворители – летучая органическая жидкость или смесь жидкостей, которая применяется для растворения пленкообразующих, придания ЛКМ нужной консистенции. К ним относятся спирты, эфиры, кетоны, углеводороды.
Сиккативы – мыльное соединение некоторых металлов в растворителях или (используется реже) соединения в виде оксидов. Сиккативы применяют для ускорения процесса высыхания лакокрасочного материала. К сиккативам относятся кобальтовые, марганцевые, свинцовые, линолеаты, нафтенаты, резинаты и др.
Добавки – вещества для придания определенных свойств лакокрасочным материалам. Добавками принято считать различные отвердители, эмульгаторы, стабилизаторы, ускорители, инициаторы и многое другое.
1.2.4. Добавки
Наиболее простая лакокрасочная композиция, состоящая из пигмента, диспергированного в связующем, и жидкой фазы (растворителя или нерастворителя), на практике имеет недостатки.
Некоторые из главных недостатков:
Кратерообразование – появление маленьких круглых углублений на поверхности пленки.
Сморщивание
– образование морщинистой поверхности пленки, которая высыхает за счет окисления.
Появление натеков – образование неровного покрытия в результате избыточного стекания краски на вертикальной поверхности.
Расплывание – термин, используемый для описания различий в цвете, которые могут появляться в лакокрасочной пленке из-за спонтанного разделения компонентов пигментной части после нанесения.
Кистевая аномалия – изменение цвета пленки вследствие всплывания пигмента после нанесения.
Чтобы избежать перечисленных недостатков, необходимо понять причину их появления и найти способы преодоления. В некоторых случаях они могут быть устранены небольшими изменением в рецептуре. Например, сморщивание обусловлено дисбалансом между скоростями реакций окислительного сшивания в поверхностном слое и внутри пленки. Положительный эффект достигается изменением состава сиккатива.
Проблемы изменения цвета из-за всплывания и разделения пигментов связаны с коллоидной устойчивостью пигментных дисперсий и могут быть обусловлены рядом причин. Сепарация пигментов, проявляемая во всплывании, происходит в результате различий в размерах частичек составного пигмента и может быть преодолена их совместной флокуляцией в данной системе.
Другой метод стабилизации системы может заключаться во введении небольшого количества наполнителя высокой степени дисперсности, такого как оксид алюминия, с поверхностным зарядом частиц, противоположным заряду мелких частичек пигмента, чтобы обеспечить совместную флокуляцию с последними.
Появление проблемы изменения цвета вследствие кистевой аномалии указывает на флокуляцию, протекающую по мере высыхания пленки. Под влиянием усилия сдвига, когда кистью проводят по краске, пигмент диспергируется, и оттенок краски становится бледнее. Это обусловлено увеличением вторичного рассеяния падающего света из-за дефлокуляции белого пигмента.
Идеальные, коллоидноустойчивые дисперсии склонны проявлять ньютоновское поведение, т. е. их вязкость не зависит от скорости сдвига. Это значит, что на вертикальной поверхности ньютоновская жидкость с соответствующей вязкостью, требуемой для нанесения кистью (примерно 0,5 Па×с), будет обладать текучестью, если только вязкость не возрастает быстро в результате испарения растворителя. Напротив, при составлении композиций может возникнуть необходимость обеспечения не ньютоновского поведения, когда при малых усилиях сдвига вязкость материала очень высока.
Следовательно, можно избежать образования натеков, используя любой из этих эффектов или их комбинацию.
Следует помнить, что:
Усилители противокоррозионных свойств обычных противокоррозионных пигментов. Типичный пример – производные таниновой кислоты Kelate, Albakex – это отработанные наполнители, используемые для частичной замены истинных противокоррозионных пигментов, таких как фосфат цинка.
Alcophor 827 представляет собой цинковую соль органического азотистого соединения, усиливает действие основных антикоррозионных пигментов. Ferrophos рекомендуют для частичной замены цинковой пыли в грунтовках, обогащенных цинком.
Пеногасители. Вододисперсные краски стабилизируют коллоидами и ПАВ, которые, к сожалению, отрицательно сказываются на разрушении воздушных пузырьков, вводимых при производстве или при нанесении красок, и, вследствие этого, приводят к образованию устойчивых пен. В неводных жидких красках может также наблюдаться образование воздушных пузырьков.
Обычно антивспениватели обладают высокой поверхностной активностью и хорошей подвижностью, хотя и не растворяются во вспенивающейся жидкости. Их действие основано на понижении поверхностного натяжения в окрестности пузырьков, что приводит к их слиянию в более крупные и менее устойчивые пузырьки, которые затем разрушаются. Наиболее простые из этих добавок – это растворы какого-то одного вещества, например пихтового масла, дибутилфосфата или спиртов с короткой цепью (С6-С10).
С другой стороны, они могут быть сложными композициями неопределенного состава, состоящими из минеральных или силиконовых масел, нанесенных на мелкоизмельченный диоксид кремния в присутствии ПАВ.
Многие антивспениватели действуют благодаря несовместимости, создавая вследствие этого центры, на которых может начаться разрушение пузырьков. Медленное увлажнение или эмульгирование антивспенивателей часто является причиной того, что они теряют свою эффективность при длительном процессе производства или при продолжительном хранении.
Добавки, препятствующие осаждению. Хорошие диспергаторы и дефлокулянты повышают блеск и укрывистость, но отрицательно влияют на осаждение. И решая вопрос о предотвращении осаждения пигментов при хранении органорастворимых лакокрасочных материалов, часто приходится идти на компромисс.
При регулировании конечных реологических характеристик красок также необходим компромисс между устойчивостью к осаждению и ухудшением блеска. Такая хорошо известная и полезная добавка на стадии диспергирования, как соевый лецитин, может очень эффективно препятствовать осаждению. Тем не менее, при превышении оптимального ее содержания возможно очень сильное расслоение системы.
Запатентовано много веществ, придающих небольшую тиксотропность. Так, в рецептуры включают до одного процента стеарата алюминия. Но более удобны карбонаты кальция с нанесенным сверху слоем стеарата.
Другими представителями веществ, используемых для предотвращения осаждения, являются модифицированные гидрированные касторовые масла.
Некоторые модифицированные клеи также вызывают определенное структурирование, но их необходимо активировать полярным растворителем, таким как спирт. Часто используют смеси добавок, например дисперсные пирогенные диоксиды кремния эффективны и сами по себе, и в смеси с другими соединениями. Так как многие из вышеупомянутых добавок влияют на вязкость при малых скоростях сдвига (удерживая вследствие этого пигменты в виде суспензии, несмотря на гравитационные силы), их используют также для других целей, например против образования натеков, регулирования разлива и изменения цвета вследствие всплывания пигмента.
В латексных красках осаждение не представляет проблему ввиду специфики их рецептуры. Для водных красок других типов важно правильно выбрать коллоидную систему, и, кроме того, регулярно использовать при пигментировании бентонит, пирогенные диоксиды кремния или же целлюлозные и синтетические полимерные загустители.
Добавки, препятствующие образованию поверхностной пленки при хранении красок. Сиккативы в красках воздушной автоокислительной сушки имеют большое значение для правильного регулирования соотношения между процессами высыхания в поверхностном слое и во всем объеме. Но, к сожалению, они могут также вызывать образование поверхностной пленки при хранении лакокрасочных материалов.
