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:

1. Пленкообразующие вещества.
2. Пигменты.
3. Наполнители.
4. Разбавители.
5. Сиккативы.
6. Отвердители.
7. Ускорители.
8. Целевые добавки.
9. Растворители.

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:

1. Связывают наполнители и пигменты;
2. Растворяют органические наполнители;
3. Образуют защитную пленку;
4. Способствуют адгезии с обрабатываемой поверхностью.

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:

• глифталевая,
• пентафталевая,
• этрифталевая,
• ксифталевая.

Каждая из них на основе:

• глицерина,
• пенраэтитрита,
• этиола,
• ксилита.

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:

• сверхтощими,
• тощими,
• средней жирности,
• жирные.

Алкидные смолы могут быть:

• высыхающими,
• невысыхающими.

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:

• Водоразбавляемой и нерастворимой в воде;
• Разбавляемой органическими растворителями и растворимой в них.

Таблица 3. Пленкообразующие, применяемые при изготовлении лакокрасочных материалов.

Наименование	Характеристика	Область применения
Латекс СКС-65 ГП ГОСТ 10564-75*	Продукт совместной полимеризации дивинила со стиролом. Масса белого цвета. Вязкость — 11…16 с. рН — не менее 11.	Изготовление водоэмульсионных красок КЧВД-26, состав «ФСЛ» и др.
Поливинилацетатная дисперсия ПВАД ГОСТ 18992—80*	Однородная вязкая масса белого цвета. Получают путем полимеризации винилацетата в присутствии инициатора и защитного коллоида. Условная вязкость по кружке ВМС — 6…10 с.	Изготовление водно-дисперсионных красок ЭВА-17, ЭВА-27, состав «Дефас»
Олифа «Оксоль» ГОСТ 190—78*	Маслянистая жидкость темно-желтого цвета. Вязкость по вискозиметру ВЗ-4 — 18…20 с, время высыхания до 24 ч. Получают путем .окисления растительных масел при температуре 160°С с добавлением сиккатива	Изготовление масляных красок, грунтовок, шпатлевок
Олифа натуральная ГОСТ 7931—76*	Маслянистая жидкость желтого цвета, вязкость по вискозиметру ВЗ-4 — 12…16 с, время высыхания до 24 ч. Получают на основе полимеризации высыхающих масел при температуре 160… 180 °С, не содержит растворителя	Изготовление высококачественных масляных красок и грунтовок
Жидкое стекло калийное ГОСТ 18958—73	Жидкость желтого цвета , плотностью 1,15. ..1,18 кг/см3 . Получают путем разогрева и перемешивания в горячей воде кусков силикатного растворимого стекла.	Изготовление силикатных красок
Лак ГФ-046 ТУ 6-10-612—76	Раствор глифталевой смолы в сольвенте или уайт-спирите, вязкость по ВЗ-4 — 40…60 с, содержание нелетучих —	Изготовление эмали ГФ-230
ЛакПФ-06 0 ТУ 6-10-612—76	Раствор пентафталевой смолы в уайт-спирите, вязкость по ВЗ-4 — 45… 60 с, содержание нелетучих — 58…62 %	Изготовление эмали ПФ-115, ПФ-14
Фосфатное связующее ФС-3 ТУ 6-59-0204852-8—89	Бесцветная вязкая жидкость без механических включений	Изготовление фосфатных красок

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:

1. Природные или естественные;
2. Искусственные или синтетические. В свою очередь делятся на: органические и неорганические.

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:

• лазурь,
• киноварь,
• свинцовый сурик,
• различные белила.

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:

1. Не растворяются в применяемой среде.
2. Имеют высокую степень дисперсности и белизны.
3. Содержат минимальное количество водорастворимых примесей.
4. Имеют небольшую плотность и твердость.

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:

1. Усилители противокоррозионных свойств – отработанные наполнители, которыми частично заменяют потивокоррозионный пигмент в рецептуре ЛКМ.
2. Пеногасители - применяют с целью предотвратить возникновение воздушных образований при покраске. Принцип действия основан на способности понижать поверхностное натяжение около пузырей, это способствует их слиянию в более крупные и менее устойчивые соединения, которые в результате разрушаются.
3. Блокирующие осаждение – вещества, которые придают смеси небольшую тиксотропность и предотвращают осаждение пигментов при хранении ЛКМ. Использовать ее нужно с осторожностью, т.к. при чрезмерном употреблении произойдет расслоение системы.
4. Предотвращающие образование пленки на поверхности – сиккативы, входящие в состав лакокрасочных материалов, могут вызвать усыхание поверхностного слоя продукта, в целях избежания этого в рецептуру добавляют метиэтилкетоокси, циклогексаноноксим и подобные им вещества
5. Ингибиторы коррозии тары – добавка, применяемая при производстве водных красок, способных вызвать коррозию упаковки, в которой они хранятся. Чаще всего страдают внутренние спаи, стойки и т.д. Для предотвращения этого процесса вводят в состав, например, нитрит натрия или бензоат натрия. Единственным недостатком применения подобных ингибиторов является уменьшение водостойкости покрытия.
6. Влагопоглащающие и предотвращающие газовыделение – низкое содержание влаги является очень важным условием для хранения ЛКМ. Поэтому очень важно использовать только пигменты, которые практически не содержат адсорбционной воды. Некоторые добавки способны активно реагировать с водой обезвоживая тем самым пигмент.