18.1. Общие сведения.

Лакокрасочные покрытия широко применяются для защиты аппаратуры и оборудования от воздействия разнообразных агрессивных сред, для архитектурной отделки фасадов зданий, для придания помещениям красивого вида, создания в них необходимых санитарно-гигиенических условий.

Защита металлических, бетонных и др. поверхностей от различных реагентов может быть осуществлена успешно лишь при правильном выборе лакокрасочных материалов и систем покрытий. Для этой цели должны применяться соответствующие лакокрасочные материалы, стойкие к тем или иным агрессивным средам.

Лакокрасочными материалами называют вязкожидкие составы, наносимые на поверхность тонким слоем, затвердевающие на ней в виде пленки, прочно сцепляющейся с подложкой адгезионными или химическими связями.

К лакокрасочным материалам относят: грунтовки и шпаклевки для подготовки поверхности к окраске (выравнивание шероховатостей); вязкожидкие или пастообразные краски нужного цвета; связующие вещества и пигменты: лаки, создающие пленку с блеском; растворители и разжижители; пластификаторы; отвердители.

18.2. Основные компоненты лакокрасочных композиций.

18.2.1. Связующие (пленкообразующие) вещества.

Связующее вещество - главный компонент лакокрасочной композиции, который определяет консистенцию краски, прочность, твердость, долговечность образующейся пленки. Связующими веществами могут являться: полимеры - в полимерных красках, лаках, эмалях; масла и олифы - в масляных красках; клеи (животный и казеиновый) - в клеевых красках; неорганические вяжущие - в цементных, известковых, силикатных красках.

Применение синтетических полимеров значительно сократило расход растительных масел на приготовление строительных красок, для производства которых прежде основным сырьем являлись природные смолы (щеллок, копалл, даммер) и растительные масла. Синтетические полимерные материалы, используемые в качестве связующих должны удовлетворять следующим требованиям:

а) легко растворяться в различных растворителях;

б) хорошо совмещаться с различными пластификаторами, пигментами и др. компонентами лаковой композиции;

в) образовывать эластичные лаковые пленки с высокой адгезией.

В качестве связующих из синтетических полимерных материалов могут быть использованы:

1. Немодифицированные полиэфиры фталевого и малетнового ангидрида с глицерином, этиденгликолем, диэтиденгликолем, пентаэритритом. Эти полимеры хорошо растворяются в ацетоне, спиртах, сложных эфирах, циклогексаноне, но не растворяются в алифатических углеводородах и скипидаре.

При получении лаков из ненасыщенных полиэфиров, последний растворяют в мономере, а затем для отверждения добавляют инициатор полимеризации (перекись бензоила) и ускоритель (диметиланилин, нафтенат кобальта).

2. Модифицированные полиэфиры. Немодифицированные полиэфиры имеют ограниченное применение, т. к. плохо растворяются в углеводородах и скипидаре, а также плохо совмещаются с другими компонентами лаков. Для устранения этих недостатков в них вводят кислоты канифоли и растительные масла. Кислоты канифоли придают полиэфирам способность совмещаться с маслами, увеличивают твердость покрытия и улучшают его блеск, насыщенные жирные кислоты растительных масел повышают теплостойкость покрытия, а ненасыщенные - придают полиэфирам способность высыхать при нормальной температуре на воздухе.

3. Аминоальдегидные олигомеры. Применяют мочевино- и меламиноформальдегидные олигомеры, модифицированные бутиловым спиртом. Введение в состав олигомера бутоксильных групп придает ему способность растворяться а органических растворителях, совмещаться с другими добавками лаков и позволяет получать покрытия, стойкие к действию воды, но хрупкие. Для устранения этого недостатка их пластифицируют добавлением в состав лака касторового масла илиглифталевого полиэфира. Иногда аминоальдегидные олигомеры совмещают с нитроцеллюлозой и фенольными полимерами, что улучшает свойства покрытий.

4. Феноло-формальдегидные олигомеры. Немодифицированные олигомеры обладают ограниченной растворимостью и плохой совместимостью с другими компонентами лаков. Применя.тся в основном для получения спиртовых лаков. Растворимость олигомеров в растительных маслах и совместимость с пластифицирующими добавками улучшают путем введения в их состав канифоли, мочевины, бутилового спирта, глифталевых полиэфиров, растительных масел.

5. Эпоксидные олигомеры. Обладают отличной адгезией, высокими механическими свойствами, химической стойкостью. Получают из дифенилолпропана и эпихлоргидрина. Большой практический интерес для получения лаковых полимеров представляет глицидилметакрилат, аллилглицифиловый эфир, фенилглицифиловый, бутилглицидиловый эфиры. Для перевода их огломеров в сетчатую структуру, обеспечивающую большую прочность и улучшение свойств лаковых покрытий, применяют отвердители, которые вступают во взаимодействие с функциональными группами макромолекул и сшивают их (диамины, полиамины, полиамиды). Можно их перевести в трехмерное состояние и без добавки отвердителей. Продукты этерификации эпоксидных полимеров жирными кислотами растительных масел способны отверждаться в присутствии сиккативов при обычной температуре.

6. Элементоорганические олигомеры. Широкое применение нашли олигомеры, в макромолекулах которых углеводородные звенья сочетаются с атомами . Они сочетают свойства, присущие неорганическим материалам - высокую твердость, стойкость к высокой температуре, с эластичностью, термопластичностью и растворимостью, свойственными полимерным органическим веществам. Для увеличения водостойкости олигомера в состав макромолекул вводят арильные радикалы (из арилзамещенных эфиров ортокремневой кислоты).

Полиорганосилоксаны можно модифицировать полиэфирами, модифицированных маслами, поливинилацетолями, фенолоформальдегиными и другими полимерами. При этом повышается адгезия и появляются антикоррозионные свойства. Для получения термостойких покрытий применяют титаноорганические соединения на основе эфиров ортотитановой кислоты.

7. Циклогексанонформальдегидные олигомеры. Циклогексанонформальдегидные олигомеры применяют при получении спиртовых лаков и политур для окраски дерева и пропитки тканей с целью придания им непромокаемости и огнестойкости.

8. Изоцианатные олигомеры. При взаимодействии диизоцианатов и диолов получают полиуретаны линейного строения. Полимеры с хорошей адгезией получают, используя в качестве гидроксилсодержащих соединений, полиэфиры. Стабильные полиуретановые лаки изготавливают на основе изоцианатов повышенного молекулярного веса (диизоцианат+диэтиленгликоль). Такие диизоцианаты можно использовать для лаков холодной и горячей сушки.

В последнее время в промышленности находят применение однокомпонентные лаки горячей сушки. В их состав входят различные полиолы и “блокированные” изоцианаты, которые распадаются при нагревании с выделением изоцианата. Однокомпонентные полиуретановые лаки холодного отверждения получают на основе низкомолекулярных соединений, содержащих концевые изоцианатные группы (преполимеров), которые способны в пленке переходить в нерастворимое состояние в результате взаимодействия с влагой воздуха. Полиуретановые лаки применяют для окраски по металлу, по дереву, для окраски тканей, бумаги, резины, кожи, пластиков, каменных стен и бетонных полов.

9. Полимеризационные олигомеры. Олигомеры стирола, акриловой и метакриловой кислот, их эфиров, винилхлорида, винилового спирта, винилацетата, винилдехлорида, глицидилметакрилата, аллиглицидилового эфира и их сополимеры, характеризуются различной растворимостью в органических растворителях и дают пленки с хорошей адгезией к основанию.

10. В качестве связующих могут быть использованы препарированные масла растительного происхождения. Они входят в состав олиф, а также служат в качестве модификаторов разнообразных смол (алкидных, фенолформальдегидных, карбамидных, эпоксидных и др.). Масла применяют как в сыром виде, так и переработанные: полимеризованные, окисленные, малеинизированные и др. Наличие тех или иных жирных кислот в триглицеринах определяет способность масла к высыханию. Масла делят на 5 групп: I - быстровысыхающие, II - высыхающие, III - полувысыхающие, IV - невысыхающие, V - тип касторового.

Полимеризованные масла применяют для изготовления олифы, масляных лаков, в производстве полиэфиров. Эти масла образуют блестящие, водо- и атмосферостойкие пленки. Процесс полимеризации осуществляется при нагревании масла до 250-350 °С. Окисленные (оксидированные) масла применяют в производстве олиф. Окисление осуществляется при продувании воздуха через нагретое масло.

Дегидратированное касторовое масло применяется как заменитель высыхающих масел. Дегидратация касторового масла осуществляется при температуре выше 220°С в присутствии катализаторов.

Малеинизированное растительное масло используют при синтезе водоразбавляемых полиэфиров, а эпоксидированное масло (особенно соевое) служит как стабилизатор старения пленок.

Натуральные олифы получают путем варки льняного или конопляного масла при температуре до 220°С. В целях ускорения высыхания олифы в процессе варки масел в них добавляют сиккативы - соли оксидов марганца, кобальта или растворы металлических солей жирных кислот в органических растворителях. Образование пленок на окрашенной поверхности происходит вследствие окисления кислородом воздуха тонкого слоя олифы. По физико-механическим свойствам натуральная олифа должна соответствовать требованиям, указанным в табл. 18.1.

Таблица 18.1. Основные свойства натуральной олифы.

Показатели	Значение показателей для олифы
	льняной высшего сорта	Льняной І сорта	Конопляный
Цвет по йодометрической шкале, йода, не темнее	200	400	1600

Прозрачность после отставания в течение 24 ч при t=202°С

полная
Отстой, % (по объему), не более	0,3		1	1
Условная вязкость по вискозиметру В3-246 (или В3-4) при t=200,5°С	28-32		26-32	26-32
Плотность, г/см3	0,938-0,950		0,936 -0,950	0,980 -0,940
Кислотное число, мг КОН (г, не более)	6		6	7

Продолжение таблицы 18.1.

Йодное число, г йода на 100 г, не менее	155	155	150
Массовая доля фосфоросодержащих веществ в пересчете на Р2О5, %, не более	0,016	0,026	0,026
Массовая доля неомыляемых веществ, %, не более	_	1,0	1,0
Массовая доля золы, %, не более	0,2	0,3	0,3
Время высыхания при t=202°С до степени 3, ч, не более	24	24	24

Полунатуральные олифы получают обработкой растительных масел нагреванием до полимеризации или продуванием воздуха. Для придания рабочей вязкости разбавляют органическими растворителями. Полунатуральные олифы - олифа полимеризационныя, олифа - оксоль, оксоль - смесь. Они содержат до 55% уплотненных масел и 45% растворителя. Полунатуральные олифы в настоящее время наиболее широко применяют в строительстве.

Искусственные олифы - это связующие, которые получают химической обработкой различных органических веществ. Они не содержат растительные масла или содержат их не более 35%. Наибольшее распространение получили глифталевая - раствор глифталевой синтетической смолы в органических растворителях с 35% по массе растительных масел; синтоловая - продукт окисления кислородом воздуха с последующим растворением в органических растворителях; олифа - карболь - раствор алюминиевых и кальциевых солей органических кислот в уайт-спирите или других легких растворителях.

Лаки представляют растворы природных или синтетических смол в легких растворителях. Их разделяют на масляно-смоляные, синтетические, канифольные, битумные, пековые. Лаки масляно-смоляные представляют растворы в органических растворителях синтетических смол, модифицированных высыхающими маслами. Синтетические лаки - раствор синтетических смол в органических растворителях. Наибольшее применение в строительстве нашли перхлорвиниловый и другие синтетические лаки.

Глифталевый лак изготавливают из глифталевой смолы, сикатива и растворителя.

Канифольный лак получают растворителем канифоли, обработанной глицериновым эфиром в скипидаре или спирте. Он применяется для красящих составов, используемых при окраске внутренних помещений.

Битумные лаки - однородная смесь твердых битумов с легким растворителем. Применяются для окраски металлических элементов конструкций. Цвет черный.

Животные клеи (мездровый, костный и казеиновый) применяют в качестве связующих веществ водоклеевых красочных составов, для клеевых грунтовок и шпаклевок. Мездровый клей изготавливают развариванием в воде кожных покровов животных с последующей сушкой раствора. Костный клей изготавливают путем переработки клеящего вещества, извлекаемого из обезжиренных костей. Казеиновый клей изготавливают путем воздействия кислот на снятое молоко с последующей сушкой продукта. При смешивании части клея с двумя частями воды при температуре 18-20С должен образоваться однородный раствор. Казеиновый клей применяют в качестве связующего для клеевых грунтовок, шпаклевок и красочных составов со щелочно-устойчивыми пигментами.

Растительные клеи (декстрин, крахмал пшеничный и картофельный) применяются для водорастворимых красочных составов, клеевых грунтовок и шпаклевок. Декстрин получают при обработке крахмала кислотой и нагревании до температуры 150-200С.

Клей К-17 (МФ-17), состоящий из мочевиноформальдегидного полимера, наполнителя, древесной муки и отвердителя (щавелевой кислоты), используют для крепления декоративного бумажно-слоистого пластика, а также древесноволокнистостружечных плит к дереву.

Универсальный клей “Бустилат - М” - белая сметанообразная масса, изготавливаемая на основе поливинилацетатной дисперсии. Он представляет собой водную дисперсию латекса, мела, натрийкарбоксиметилцеллюлозы и поваренной соли. “Бустилат - М” широко используют при наклеивании синтетических ковров, линолеума, облицовочных плиток, пленочных материалов и обоев на различные основания.