ОБЗОР ПО ЛАКОКРАСОЧНЫМ МАТЕРИАЛАМ

Вводная часть

Лакокрасочные материалы имеют две основные функции: декоративную и защитную. Они защищают дерево от гниения, металл от коррозии, образуют твердые защитные пленки, предохраняющие изделия от разрушающего влияния атмосферы и других воздействий и удлиняющие срок их службы, при этом придают изделиям красивый внешний вид.

По сравнению с металлическими покрытиями, нанесенными лужением, никелированием, хромированием и т.д., лакокрасочные покрытия наиболее долговечны, для их нанесения не требуется дополнительное, сложное оборудование, и они легче возобновляются. Поэтому такие покрытия широко применяются в быту, во всех отраслях промышленности, на транспорте и строительстве.

Свойства лакокрасочных покрытий зависят не только от качества применяемых лакокрасочных материалов, но и от таких фактов, как способ подготовки поверхности к окраске, правильный выбор и соблюдение технологического режима окраски и сушки.

Общие понятия

Лакокрасочные материалы классифицируют по химическому составу, виду и преимущественному назначению материала.

К лакокрасочным материалам относятся лаки, краски, эмали, грунтовки, шпатлевки.

Для облегчения восприятия определений лакокрасочной продукции вводятся следующие понятия:

Дисперсные системы – это микронеоднородные системы, состоящие из двух большего числа фаз, одна из которых – дисперсная фаза – обладает достаточно высокой дисперсностью и распределена в другой фазе (в окружающей дисперсионной среде) – газе, жидкости или твердом теле – в виде мелких частиц.

Дисперсность – степень раздробленности вещества на частицы. Чем мельче частицы, тем больше дисперсность. На практике размер частиц дисперсных систем находиться 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. Суспензиями являются готовые краски, шпатлевки.

Эмульсии – системы, в которых мельчайшие капельки жидкой фазы распределены в жидкой среде. Примерами эмульсий могут служить кровь, молоко.

Истинные растворы – системы переменного состава из двух и более компонентов. Раствор называется истинным потому, что вещества действительно и самопроизвольно растворяются в подходящем растворителе с образованием гомогенной (однородной) системы. К истинным растворам относятся, например, растворы в воде соды, спирта, кислот.

Лак – 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 – суспензия пигментов или их смеси с наполнителями в олифе, эмульсии, латексе, образующие после высыхания однородную не прозрачную твердую окрашенную пленку.

Эмаль – суспензия пигментов или их смеси с наполнителями в лаке с ведением сиккативов, растворителей и других добавок, образующие после высыхания не прозрачную твердую окрашенную пленку.

Грунтовка - суспензия пигментов или смеси пигментов и наполнителей в связующем веществе. Образующая после высыхания однородную не прозрачную пленки с хорошей адгезией к подложке (адгезия – прилипание, сцепление). Грунтовки образуют нижние слои покрытий, создавая надежное сцепление верхних слоев покрытия с окрашиваемой поверхностью. Кроме того, они защищают металл от коррозии, выделяют структуру древесины, закрывают поры материала, выравнивают и создают однородную поверхность пред окраской.

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

Разные материалы – к этим материалам относятся смывки – жидкости для снятия, удаления старых лакокрасочных покрытий, пасты полировочные, шлифовочные, уплотнительные, составы полирующие нейтрализующие, моечные, а также замазки, уплотнители, ускорители, отвердители, мастика.

Это важно

Состав краски

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 дорогостоящего) пленкообразователя, но это дорогой и трудоемкий путь (изменение пленкообразователя приводит, например, к необходимости замены других компонентов в композиции). Более простой и (что самое главное) более эффективный путь регулирования свойств ЛКМ – введение в рецептуру в небольших количествах различных добавок. В некоторых случаях применение добавок является единственным путем достижения требуемых свойств.

Пигменты – сухие красящие вещества, неорганические или органические, природные или искусственные, диспергируемые в пленкообразующих веществах для придания краскам, эмалям, грунтовкам, шпатлевкам цвета и непрозрачности. Пигмент сообщает лакокрасочному покрытию определенные механические свойства, устойчивость к воздействию воды, света и атмосферных влияний. 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.

Наполнители – неорганические природные или синтетические вещества, применяемые для улучшения малярно-технических и эксплуатационных свойств покрытий и экономии пигментов. Природные неорганические получают путем измельчения, обогащения, термической обработки горных пород и минералов. Синтетические неорганические наполнители получают в результате химических реакций по сложной технологии. Наполнители – порошки с низкой укрывистостью красящей способностью, они придают материалам прочность, атмосферостойкость и др. свойства. Наполнителями служат мел. Каолин, слюда, тальк, химически осажденный мел и др.

Растворители и разбавители – летучие органические жидкости, применяемые для растворения пленкообразующих веществ, а также для разбавления лакокрасочных материалов до рабочей вязкости перед нанесением на окрашиваемую поверхность. К растворителям относятся уайт-спирит, ацетон. Ксилол, спирт, вода и др.

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 тоже время позволяет ему «дышать», препятствует размножению микроорганизмов, не являясь ядовитым для человека, задерживает ультрафиолетовые лучи, само при этом, не разрушаясь и т.д.

Аддитивы - технологические добавки – компоненты, которые ускоряют, интенсифицируют, облегчают и т.д. такие процессы, как диспергирование пигментов, смачивание подложки, устранение поверхностных дефектов, отверждение и многие другие, на стадиях изготовления, транспортирования, хранения красок и формирования покрытия. Аддитивы также иногда называют «малыми добавками», «функциональными добавками» и т.д., так как они работают при незначительном содержании – от 0,02 до 3-5% (в зависимости от назначения). К аддитивам относят сиккативы, диспергаторы пигментов, эмульгаторы, пеногасители и др.

По назначению лакокрасочные материалы делят на группы:

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

Первая группа знаков обозначения вид материала и состоит из слова, например «эмаль», «лак» и т.д.

Вторая группа знаков обозначения определяет пленкообразующее вещество (род смолы, сополимера, олифы) и обозначаются двумя буквами. Например, МА, ПФ, БТ.

Третья группа знаков характеризует преимущественное назначение лакокрасочного материала и обозначается цифрой.

Третью группу знаков грунтовок, полуфабрикатных лаков и масляных густотертых красок обозначают цифрой 0, шпатлевок – цифрами 00.

Четвертая группа обозначения определяют 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, следующим образом:

1. По прозрачности образуемых пленок – прозрачные (лаки, олифы) и непрозрачные (краски, эмали, грунтовки).
2. По степени блеска – глянцевые, полуглянцевые, полуматовые, матовые, глубоко матовые.
3. По условиям сушки – холодной сушки и горячей сушки.
4. По методу нанесения – кистевые, пульверизационные.
5. По последовательности нанесения слоев и типу покрытия – пропиточные, грунтовочные, промежуточные и покрывные.
6. 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.

Нанесение лакокрасочных покрытий

Защитная и декоративная функции лакокрасочных покрытий известны очень давно. С самого начала появления ЛКМ как сами материалы, так и способы их нанесения постоянно совершенствуются. ЛКМ начали широко применяться в самых различных областях уже в девятнадцатом веке. За прошедшее время ассортимент ЛКМ резко изменился: от натуральных красок постоянно перешли к материалам на синтетической основе, органоразбавляемым, с высоким сухим остатком, порошковым и т.д. проследим эволюцию методов окраски.

Первым и простейшим методом нанесения краски является кисть. К сожалению, кисть, кроме бесспорных достоинств, имеет много недостатков, прежде всего небольшую скорость окраски (около 10м²/час).

Использование валика вместо кисти позволяет в значительной степени повысить скорость окраски, в частности больших и плоских поверхностей, но с его помощью трудно или даже невозможно производить окраску быстросохнущими лаками или материалами, имеющими вязкость более 120 сек (по воронке ВЗ-246).

Первый шаг на пути заметного увеличения скорости окраски и улучшения декоративных свойств лакокрасочных покрытий сделан в 1866 году и связан с созданием пневматического распыления жидкостей. На практике технология окраски получила распространение только в 20-ые годы, когда оказалось, что пневматическое распыление позволяет наносить нитроцеллюлозный лак и другие быстросохнущие материалы, т.е. все краски, которые трудно наносить кистью. Практически во всех пистолетах для пневматического распыления воздух, передвигаясь со скоростью около 30 м/сек, вызывает разрыв потока жидкости на капли диаметром 40-120 мкм, что позволяет красить со скоростью 30м²/час. Однако в процессе применения пневматического распыления довольно быстро обнаружились негативные стороны: большие потери ЛКМ, увеличивающиеся с ростом скорости воздуха в пистолете, что способствовало также уменьшению диаметра капли, трудности при нанесении высоковязких материалов, высокая эмиссия паров растворителей.

Казалось бы, что из-за этих недостатков следовало бы отказаться от пневматического распыления. Однако этого не произошло и, наверное, никогда не произойдет, т.к. 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.

Необходимость ограничения эмиссии растворителей в атмосферу, диктуемая современным законодательством по охране окружающей среды, способствовала интенсификации поисков новых путей окраски. Для нанесения высоковязких красок большое развитие получила гидродинамическая технология окраски – безвоздушное распыление, которая была известна уже в 30-ые годы двадцатого столетия. Окраска методом безвоздушного распыления – 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 (200-400 м²/час) эффективна при окрашивании больших поверхностей (например бортов или палуб судов), но неудобна при окраски небольших элементов или при необходимости частной смены окрашиваемых поверхностей.

Окраска изделий в электрическом поле высокого напряжения основана на использовании электрических сил для дробления, перемещения и осаждения заряженных частиц ЛКМ на окрашиваемой поверхности. Основные стадии процесса окраски: подача ЛКМ в краскораспыляющее устройство и дробление за счет энергии сжатого воздуха, действия центробежных сил и сил электрического поля, перемещение заряженных частиц к заземленному изделию, осаждение на его поверхности. Нанесение ЛКМ в электрическом поле – один из наиболее экономичных методов окраски. Благодаря воздействию электрического поля на перемещение частиц распыленного материала они наиболее полно (до 80% и более) осаждаются на окрашиваемой поверхности. Этот метод имеет существенные недостатки: повышенные требования к ЛКМ (нельзя наносить материалы повышенной вязкости, а также ЛКМ, содержащие в качестве наполнителей металлические порошки), осторожно подходить к водоразбавляемым краскам: сложное и дорогостоящее оборудование.

И, наконец, остановимся на методах нанесения краски окунанием и струйным обливом. Метод окунания в ваннах применяется в основном при окраске деталей автомобилей и тракторов. Бесспорные преимущества этих методов: простота и невысокие затраты. Недостатки: невозможность окраски элементов с закрытыми или полузакрытыми отсеками, трудности окраски элементов с впадинами, невозможность окраски сложных по форме элементов, что препятствует получению покрытия равномерной толщины.

При окраске струйным ЛКМ наносятся на поверхность изделий низконапорным истечением из многих сопел в виде потоков, окаймляющих окрашиваемый элемент. Этот метод характеризуется таким же ограничениями, как и метод окунания, и основное применение нашел при окраске несложных элементов и гладких поверхностей, таких как двери и лыжи. Довольно существенное ограничение для обоих методов – невозможность использования высоких ЛКМ, тиксотропных, быстро окисляющихся или двухупаковочных.

Основные свойства готовых лакокрасочных материалов

Степень перетира

Чем тоньше растерта краска, тем более ее укрывистость, тем легче работать с такой краской. Особенно это важно при работе с механизмами, т.к. крупные частицы в окрасочном составе могут засорить выходные отверстия форсунки.

Время и степень высыхания материала

За время высыхания применяют время, за которое определенной толщины слой материала, нанесенный на пластинку, достигает необходимой степени высыхания при заданных условиях сушки.

Степень высыхания характеризует состояние поверхности материала при определенной продолжительности и температуре сушки в стандартных условиях испытания.

1. Высыхание от пыли – момент, когда на окрашиваемой поверхности образуется тончайшая поверхностная пленка.
2. Практическое высыхание – пленка утрачивает липкость, и изделие с лакокрасочным покрытием может подвергаться дальнейшим операциям.
3. Полное высыхание – окончание формирования пленки на поверхности.

Условная вязкость материала

При нанесении лакокрасочного покрытия на поверхность большое значение имеет его вязкость. Условную вязкость определяют вискозиметром. Условной вязкостью лакокрасочных материалов называют время непрерывного истечения в секундах определенного объема материала через калиброванное сопло.

Укрывистость

Важнейшим технологическим показателем является укрывистость лакокрасочного материала, характеризующая расход лакокрасочного материала на 1 м² окрашиваемой поверхности. Значение этого показателя определяет равномерность нанесения слоя лакокрасочного материала, что обуславливает его экономическую эффективность.

Укрывистость зависит от оптических свойств пигмента, его дисперсности и объемной концентрации в связующем, а также степени дисперсности лакокрасочного материала. Существенное влияние на укрывистость оказывают также химический состав и цвет пленкообразующего, физико-химические свойства связующего, тип растворителя и др.

Однако главным образом укрывистость обусловлена оптическими явлениями, протекающими в пленке.

Механические свойства покрытий во многом определяют уровень защитных свойств, а также в значительной степени влияют на декоративные функции покрытий в течение срока их эксплуатации. К механическим свойствам покрытий относятся твердость, гибкость, прочность на удар, адгезия.

Твердость – сопротивление, оказываемое покрытием при проникновении в него другого тела. Твердость пленки – одно из важнейших механических свойств лакокрасочного покрытия характеризующее частично степень высыхания, а в основном прочность поверхности.

Изгиб покрытия косвенно характеризуется его эластичность, т.е. свойство, обратное хрупкости. Сущность метода заключается в определении минимального диаметра стержня, при изгибании, на котором окрашенной металлической пластинки не происходит разрушения лакокрасочного покрытия.

Адгезия – способность лакокрасочных покрытий к прилипанию или прочному сцеплению с окрашиваемой поверхностью. От величины адгезии зависят механические и защитные свойства покрытий. Для определения адгезии существует три стандартных метода.

Водостойкость – способность лакокрасочного покрытия выдерживать без изменения воздействия пресной или морской воды.

Морозостойкость – способность лакокрасочного материала сохранять свои физико-механические свойства после нескольких циклов замораживания-оттаивания.

Термостойкость – предельно допустимая температура, при которой покрытие сохраняет способность выполнять свои функции в течение определенного времени. Эмали ПФ-115 защищают поверхность от периодического воздействия температур до 60-800ºС.

Атмосферостойкость - способность лакокрасочного покрытия сохранять в течение продолжительного времени свои защитные и декоративные свойства в атмосферных условиях. Количественно атмосферостойкость выражают сроком службы лакокрасочного покрытия (в годах, месяцах), определяемых степенью потери его защитных и декоративных свойств под влиянием разрушений, вызванных атмосферным воздействием. Срок службы зависит от климатических и специфических условий местности. К видам разрушений, связанным с потерей декоративных свойств лакокрасочных покрытий относятся: потеря блеска, изменение цвета, белесоватость и грязеудержание.

Это полезно знать

Основные стадии процесса нанесения лакокрасочных материалов

Подготовка поверхности

Подготовка поверхности перед окрашиванием имеет большое значение для получения высококачественного покрытия и обеспечения длительности его службы. Подготовка поверхности заключается в очистке от продуктов коррозии, старой краски, жировых и других загрязнений. Способы подготовки поверхности подразделяются на три основных группы: механические, термические и химические.

К механическим способам очистки относятся: очистка инструментом (щетки, шлифовальные машинки), очистка при помощи песка, дроби, смеси песка и воды. Применяя эти способы можно получить хорошо очищенную поверхность с равномерной шероховатостью, которая способствует наилучшей адгезии лакокрасочной пленки.

К химическим способам очистки поверхности, прежде всего, относится обезжиривание поверхности, которое производится с помощью щелочных моющих составов или с помощью активных растворителей (смывок) в зависимости от типа загрязнения.

Термический способ очистки применяется для очистки металла от ржавчины и окалины при использовании пламени кислородно-ацетиленовой горелки.

Таким образом, при возобновлении лакокрасочного покрытия необходимо предварительно осмотреть поверхность. Если старое лакокрасочное покрытие прочно держится на поверхности в виде сплошного слоя, его следует промыть теплой водой и высушить. Если же покрытие держится не прочно, его необходимо полностью удалить.

Грунтование

Первой операцией после подготовки поверхности является грунтование. Это одна из наиболее важных и ответственных операций. Так как первый грунтовочный слой служит основой для всего покрытия. Основное назначение грунта – создание прочной связи между окрашиваемой поверхностью и последующими лакокрасочными слоями, а также обеспечение высокой защитной способности покрытия. Грунтование следует производить сразу же после окончания работ по подготовке поверхности. Грунтовку можно наносить кистью, краскораспылителем или другим способом. При окраске поверхностей подвергающихся воздействию повышенной влажности или эксплуатируемых в атмосферных условиях, грунтование рекомендуется производить кистью, в этом случае пленка воды, если она имеется на поверхности, эмульгируется или удаляется в процессе растушевывания краски. Грунт должен быть тонким по сравнению с внешними слоями краски. Сушку грунта следует проводить в соответствии с режимом, предусмотренным технологией. При глянцевой поверхности грунт нужно слегка зачистить мелкой наждачной шкуркой.

Шпатлевание

Эта операция предназначается для выравнивания поверхностей. Толстые и недостаточные слои шпатлевки при эксплуатации могут растрескаться, в результате будут понижены защитные свойства покрытия. Поэтому шпатлевку следует наносить слоем. На загрунтованную поверхность наносят сначала местную шпатлевку, а потом сплошную. Каждый слой шпатлевки необходимо хорошо высушить. Число слоев не должно быть больше трех. В случае необходимости применения большого числа шпатлевки между ними наносят слой грунтовки.

Шлифование

Зашпаклеванная поверхность после высыхания имеет неровности и шероховатости. Неровности, соринки наблюдаются также на высушенных поверхностях грунтовок, лаков и эмалей. Для удаления неровностей, соринок и сглаживания шероховатостей применяется шлифование. В процессе шлифования обрабатываемая поверхность подвергается воздействию множества мельчайших абразивных зерен, вследствие чего образуется риски и она становиться матовой. При этом значительно улучшается адгезия между слоями покрытия. Для шлифовки применяется абразивная шкурка на бумажной и тканевой основе. Зернистость (номера) шкурок для шлифования выбирается в зависимости от вида обрабатываемого покрытия.

Окраска

Лакокрасочные материалы наносят на загрунтованную поверхность при помощи краскораспылителя, кисти или другими способами.

Если рассмотреть влияние предыдущего покрытия на качество последующего, то здесь действует правило: «подобное к подобному».

Однако возможно наносить друг на друга материалы различной химической основы, но только после предварительной подготовки поверхности, включающей все этапы, описанные выше. Ниже представлены возможные сочетания желаемого нового покрытия со старой основой.

СОВМЕСТИМОСТЬ ЛАКОКРАСОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА РАЗЛИЧНЫХ ОСНОВАХ

+ - совместимы
- - не совместимы

Существующие правила маркировки позволяют определять по обозначению лакокрасочных материалов их свойства, назначение и условия эксплуатации. Буквы в первой части марки лакокрасочного материала указывают на его пленкообразующую основу. Укажем наиболее распространенные из них:

АК — акриловая
БТ — битумная
ГФ — глифталевая
МА — масляная
МЛ — меламиналкидная
НЦ — нитроцеллюлозная
ПФ — пентафталевая
ФЛ — фенолформальдегидная
ХВ — перхлорвиниловая
ХС — винилхлоридная
ЭП — эпоксидная

Следующими за буквами цифрами обозначаются условия эксплуатации и регистрационный номер лакокрасочного материала. Первая цифра в числовом индексе обозначает условия эксплуатации:

1 — для эксплуатации в атмосферных условиях
2 — для использования внутри помещений
3 — консервационное покрытие (на время транспортировки; впоследствии удаляется)
4 — покрытие, устойчивое к воздействию горячей воды
5 — покрытия специального назначения
6 — маслобензостойкие
7 — химически стойкие
8 — термостойкие
9 — электроизоляционные
0 — грунтовки
00 — шпатлевки

Примеры:

Грунтовка ГФ-021 красно-коричневая - глифталевая грунтовка, регистрационный П 21
Эмаль ПФ-115 белая - эмаль пентафталевая для наружных работ, регистрационный П 15
Лак НЦ-218 - лак нитроцеллюлозный для внутренних работ, регистрационный П 18

Иногда при маркировке краски после цифр указываются одна или две буквы, обозначающие некоторые ее особенности:

ГС — горячая сушка
ХС — холодная сушка
М — матовая
ПМ — полуматовая
ВЭ — содержит воду, эмульгированную в пленкообразователе
НГ — негорючая