Тема 16: Лакофарбові покриття

16.1 3агальні відомості

Для захисту металевих і неметалевих виробів і конструкцій від руйнівної дії навколишнього середовища (напр., металів - від корозії, деревини - від гниття) та надання їм потрібного декоративного вигляду застосовують лакофарбові матеріали - речовини, здатні після висихання залишати тонкі плівки, міцно зчеплені з поверхнею, на яку вони нанесені.

Нанесення ЛФП не змінює фізичних характеристик матеріалу виробу. Всі ЛФП діляться на 9 груп за призначенням і умовами експлуатації ( табл.1).

Таблиця 1 – Класифікація ЛФП умовами експлуатації

№	Група	Властивості ЛФП і умови експлуатації
	Атмосферостійкі	Стійкі до впливу атмосфери в різних кліматичних умовах і на відкритих ділянках.
	Обмежено атмосферостійкі	Використовуються під навісами і всередині приміщень.
	Консервуючі	Для тимчасового захисту в процесі виробництва, транспортування і зберігання.
	Водостійкі	Стійкі до прісної і морської води.
	Спеціальні	Стійкі до рентгенівського та інших випромінювань, протиобростаючі, флюоресцентні і ін.
	Маслобензостійкі	Стійкі до дії бензину, гасу, мінеральних мастил, які містять менше 20% ароматичних сполук.
	Хімічностійкі	Стійкі до дії кислот, лугів та інших реагентів.
	Термостійкі	Стійкі до дії підвищеної температури.
	Електроізоляційні	Стійкі до дії електричної напруги, струму, електричної дуги і поверхневих розрядів.

 

Лакофарбові покриття бувають одно - і багатошаровими. В багатошарових покриттях першим наносять шар ґрунту для міцного зчеплення з поверхнею та заповнення пор в ній, потім шар шпаклівки для вирівнювання поверхні і насамкінець покривний шар.

Малюнок 1. - Захисне лакофарбове покриття (у розрізі): 1-фосфатний шар; 2 - грунт; 3 - шпаклівка. 4 і 5 - шари емалі. 

Лакофарбові матеріали складаються із плівкоутворювальних речовин, розчинників, пігментів, наповнювачів, пластифікаторів, сикативів та інших добавок.

Плівкоутворювальні речовини - основні компоненти лакофарбових матеріалів. Вони можуть утворювати плівки: — не перетворювані — виникають після висихання розчинника — перетворювані — виникають як наслідок складних фізико- хімічних процесів при висиханні розчинника.

В якості плівкоутворювачів використовують синтетичні та натуральні смоли (полімерні продукти), ефіри целюлози, рослинні масла (олії). Рослинні масла поділяють на: висихаючі (льняне, тунгове) для виготовлення лаків, фарб, оліф; напіввисихаючі (соєве, бавовняне, соняшникове) для виготовлення сумішей і виробництва оліф і фарб; невисихаючі (рицинове) для виготовлення (після спеціальної обробки) оліф і лаків.

Розчинники - леткі органічні рідини здатні розчинювати плівкоутворюючі речовини. У кожному розчиннику розчиняються тільки певні види плівкоутворювачів. Тому розрізняють активні розчинники та розріджувачі. Активні розчинники розчиняють тільки певний плівкоутворювач. Звичайно, для лакофарбових матеріалів використовують декілька розчинників підібраних так, щоб окремі розчинники випаровувались поступово і покриття висихало з певною швидкістю. Найбільш відомі ацетон, етиловий спирт, бутиловий спирт, толуол і ксилол.

Розріджувачі — розбавляють лакофарбовий матеріал до потрібної робочої в'язкості. Переважно використовують суміші летких органічних рідин. Для розріджування дозволяється використовувати тільки певні суміші розчинників і розріджувачів (бензол, сольвент, уайт -спірит, і т.д.)

Пігменти - порошкові речовини, які надають лакофарбовим матеріалам певного кольору, а також підвищують захисні властивості плівки термо-, водо- і хімічну стійкість. До них належать: білі пігменти (білила цинкові, свинцеві, титанові), жовті (свинцевий крон, охра), червоні (сурик свинцевий і залізний), зелені (оксид хрому) та ін.

Наповнювачі - порошкоподібні неорганічні речовини, які вводять до складу матеріалів як для поліпшення властивостей покриття (підвищення атмосферостійкості, міцності та щільності плівки), так і для здешевлення. Найчастіше використовують крейду, тальк, барит і мікроазбест. У ряді випадків наповнювачі одночасно можуть бути і пігментами.

Пластифікатори - малолеткі рідкі органічні речовини, які сприяють збереженню еластичності плівки, підвищенню морозостійкості, понижують здатність горіння. їх вводять до складу матеріалів на основі полімеризаційних смол (перхлорвінілових, акрилових і т.д.) та ефірів целюлози. Найчастіше використовують дибутилфталат, ди- октилфталат тощо, які мають високу температуру кипіння та низьку здатність випаровуватись.

Ініціатори — спеціальні сполуки для затвердіння плівок на основі ненасичених поліефірів (перекис бензола, гідроперекис ізопро- пилбензола тощо).

Стабілізатори — зберігають властивості лаків і фарб, які окислюються, полімеризуються або поліконденсуються.

Емульгатори — для виготовлення водоемульсійних фарб.

16.2 Види лакофарбових матеріалів

Виробляємі лакофарбові матеріали поділяють на основні, допоміжні та підсобні (мал. 8.28)

Лаки — розчин плівкоутворюючих речовин в органічних розчинниках з додаванням інших компонентів. Їх використовують як оздоблювальний, електроізоляційний та захисний матеріал, а також для виробництва пігментованих лакофарбових матеріалів.

Емалі (лакові фарби) — готові до використання суспензії пігментів, або їх суміші з наповнювачами у лаках, які використовують для нанесення шарів покриття.

Фарби — це композиції зазначених вище компонентів лакофарбових матеріалів. Якщо плівкоутворювачем у них є оліфа, то їх називають масляними фарбами, а якщо введено лак, — то емалями .

оліфа +пігмент = масляна фарба;

лак + пігмент = емалева фарба.

Їх використовують для внутрішнього та зовнішнього фарбування будь-яких поверхонь.

Ґрунтовки і шпаклівки - це емалі або фарби з великою кількістю пігментів наповнювачів, які введені для одержання густої консистенції. Грунтівки призначені для захисту поверхні та збільшення адгезії наступних шарів лакофарбових матеріалів. Шпатлівки вирівнюють поверхні перед фарбуванням. Велика кількість пігментів і наповнювачів знижують їх захисні властивості та стійкість до вібрації і тому їх не наносять товстим шаром. Використовують після ґрунтування.

Допоміжні лакофарбові матеріали

Оліфи — масляниста рідина здатна при висиханні створювати міцні, тонкі, еластичні та водонепроникні плівки. Їх використовують для виготовлення фарб, лаків, грунтівок і шпатлівок. Оліфи виготовляють з рослинних висихаючих (льняного, конопляного, тунгового) або невисихаючих (рицинове) масел, жирів та органічнихречовин, що не містять лакових смол. Якість оліф визначається прозорістю, кольором, тривалістю висихання, в’язкістю, еластичністю та довговічністю плівки. Вони бувають натуральні, напівнатуральні та штучні.

Сікативи — додають у кількості 5...8% до оліф і масляних фарб для прискорення висихання. Збільшення кількості прискорює висихання, але робить плівку крихкою.

Смоли — речовини, які розчиняючись у висихаючих рослинних маслах з додаванням розчинників і сіккатівів перетворюються у масляні лаки. Використовують смоли: натуральні та синтетичні.

Підсобні лакофарбові матеріали

Змивки — видаляють старі лакофарбові покриття. Плівка набухає та розм’якшується.

Пасти — суміші різного призначення: шліфувальна; полірувальна; декоративні різних кольорів; для герметизації роз’ємних деталей; для захисту поверхонь від обростання мікроорганізмами і т.д.

Мастики — розчин бітуму в органічних розчинниках з добавками наповнювачів, смол, пластифікаторів, інгібіторів тощо. Їх використовують для захисту металевих конструкцій від корозії та зменшення шумів від вібрації.

16.3 Підготовка поверхні для нанесення покриття

Якісне покриття можна одержати на добре підготовленій поверхні, ретельно очищеній від продуктів корозії, різних забруднень, старого покриття.

Підготувати поверхню для нанесення покриття можна механічним, хімічним або термічним способами.

До механічних способів підготовки поверхні належать піскоструминне гідропіскоструминне очищення, очищення наждачними шкyрками і щітками. Ці способи можуть суміщати також знежирення поверхні добавкою водного розчину лугів.

Хімічні методи передбачають знежирення поверхні органічними розчинниками і травлення водними розчинами кислот для видалення іржі та окалини.

Термічним способом видаляють іржу, окалину, сліди старого покриття, нагріваючи поверхню полум'ям ацетиленокисневого пальника.

16.4 Нанесення лакофарбових матеріалів

Незалежно від виду лакофарбового покриття, і мети з якою воно наноситься на поверхню виробу, процес його нанесення складається з наступних операцій:

a)   підготовка поверхні виробу (металу) до покриття;

б) нанесення ґрунту, що покращує зчеплення покриття з металом і антикорозійні властивості;

в) нанесення проміжного шару для вирівнювання поверхні металу чи для ізоляції ґрунту від дії розчинника шару, яким покривають;

г) нанесення одного чи декількох шарів покриття на поверхню виробу.

Найпростішим способом нанесення лакофарбових матеріалів є ручне нанесення їх щітками або шпателем. Проте цей спосіб мaлопродуктивний, а якість покриття значною мірою залежить від кваліфікації виконавця.

До продуктивніших способів належать пневматичне і рідке розпилення, нанесення в електричному полі високої напруги та ін.

Пневматичне розпилення здійснюють пульверизатором під дією стисненого повітря.

При рідкому розпиленні лакофарбовий матеріал витісняється крізь отвори сопла під дією гідравлічного тиску. Цей спосіб економніший, ніж пневматичний, не супроводжується утворенням туману, дає змогу використовувати матеріали з більшою в'язкістю.

При нанесенні лакофарбових матеріалів в електричному полi частинки цих матеріалів у зоні електричного поля заряджаються і осідають на виріб з протилежним зарядом. Розпилення може здійснюватися будь-яким способом.

16.5 Сушіння покриттів

Лакофарбові матеріали, нанесені на поверхню виробів, повинні бути добре висушені.

Терміни висихання лакофарбових матеріалів залежать від виду фарб, товщини шару і температури середовища, де відбувається процес сушіння покриття. Щоб прискорити висихання лакофарбового покриття, застосовують штучну сушку: шляхом акумулювання тепла в деревині (попередній підігрів деревини); конвекцією (рухом повітря); терморадіацією і конвекційно-радіаційну.

Сутність процесу акумулювання тепла полягає в наступному: поверхню виробу перед фарбуванням попередньо підігрівають в камері до температури 100 — 105 ° С, потім фарбують і подають в іншу камеру для природної сушки. У зв’язку з тим що виріб був попередньо підігрітий, при проходженні через другу камеру розчинники швидко випаровуються і поверхня таким чином висихає.

Застосування цього процесу сушіння особливо ефективно при обробці швидковисихаючими лакофарбовими матеріалами, так як при цьому скорочуються терміни сушки покриттів, і витрата розчинників.

Донедавна конвекційний спосіб сушіння пофарбованих поверхонь був єдиним з штучних способів сушіння. При цій сушці конвекційна передача тепла виробляється від джерела тепла до пофарбованої поверхні нагрітим повітрям до температури 40-60 ° С. Зважаючи невеликій теплотворної здатності повітря тепло від пофарбованої поверхні передається повільно, тому й сушка поверхні виробу протікає також повільно. Для посилення процесу сушіння необхідно створити більш інтенсивну циркуляцію повітря.

Найбільш раціональним є терморадіаційний спосіб сушіння лакофарбових покриттів, при якому прискорюється сам процес сушіння і потрібні камери менших габаритів.

Процес сушіння скорочується за часом за рахунок поглинання поверхнею, що фарбується інфрачервоних променів, випромінюваних нагрітими трубчастими, ламповими або іншими нагрівачами. Поверхня забарвлених виробів, поглинаючи інфрачервоні промені, нагрівається, причому шар фарби нагрівається знизу, що дає можливість вільно випаровуватися нагрітим розчинників. Випаровуючись і проходячи через шар фарби, розчинники одночасно прогрівають його, що викликає інтенсивне нагрівання всього шару фарби і значно прискорює його сушку.

Досить часто лакофарбові покриття сушать одночасно конвективним і терморадіаційним методами.