1943

для наружных и внутренних работ, в смеси с другими пигментами ля образования серых тонов.

8. Металлические пигменты А) Алюминиевая пудра – пигмент серовато-серебристого цвета, полу-

чаемый тонким измельчением чистого алюминия с последующей специальной полировкой. Частицы пудры имеют лепесткообразную форму. В растворе пленкообразующего они располагаются наподобие многослойной рыбьей чешуи и создают как бы сплошную алюминиевую броню. Алюминиевые краски обладают высокими защитными свойствами. Лучше других предохраняют древесину от влажного воздуха, хорошо отражают солнечные лучи. Алюминиевые пигменты применяют для окраски древесины и металла.

Б) Медная или золотистая бронза – порошок из сплава меди с цинком. Применяют для декоративных окрасок под золото. С течением времени она быстро темнеет и теряет блеск.

2.1.4.2. Растворители и разбавители

Растворители – это летучие жидкости, применяемые для растворения пленкоообразователей и доведения их растворов до состояния, при котором они могут легко наноситься на поверхность и растекаться по ней тонким и ровным слоем. Растворители могут самостоятельно растворять пленкообразователь или служить только для разбавления готовых растворов. Жидкости, самостоятельно не растворяющие пленкообразователь, называют разбавителями. Растворители и разбавители улетучиваются в процессе сушки и не входят в состав сухого покрытия, то есть являются вспомогательным материалом для создания ЛКМ. Однако состав и свойства растворителей во многом определяют свойства жидких лаков и красок (вязкость, скорость высыхания, токсичность, огнеопасность) и режимы их применения. При отделке древесины наиболее употребительны следующие растворители:

А) Спирты – этиловый, бутиловый, изобутиловый, изопропиловый. Этанол – растворитель шеллака, сандарака, идитола и некоторых других смол для приготовления спиртовых лаков. Используется также в качестве разбавителя растворов коллоксилана в нитролаках и нитроэмалях.

Б) Простые эфиры. Наибольшее распространение получил моноэтиловый эфир этиленгликоля или целлозольв. Он растворяет коллоксилон, глифталевые и другие смолы; применяется в нитролаках для замедления их высыхания.

В) Сложные эфиры уксусной кислоты: этилацетат, бутилацетат, амилацетат. Хорошо растворяют коллоксилан и используют в ЛКМ, содержащих нитроцеллюлозу.

81

Г) Кетоны. Широко применяется ацетон, растворяющий многие смолы, масла и жиры.

Д) Терпены. Смесь терпенов – скипидар. Лучший из них – живичный скипидар – хороший растворитель многих масел и смол.

Е) Нефтяные углеводороды – бензин, лигроины, керосин. Большое распространение получил лаковый бензин – уайт-спирит.

Ж) Ароматические углеводороды – бензол, толуол, ксилол, сольвентнафт – хорошо растворяют многие масла и смолы. Они токсичны, но из-за хорошей растворяющей способности и низкой стоимости применяются во многих ЛКМ, в том числе как разбавители в нитролаках и нитроэмалях. Особое место среди ароматических углеводородов как растворителей занимает винилбензол или стирол. Он хорошо растворяет полиэфирные смолы и при определенных условиях способен к полимеризации и сополимеризации, т.е. к превращению из растворителя в пленкообразователь. Токсичен.

Хлорированные углеводороды – дихлорэтан, трихлорэтилен и другие являются хорошими растворителями масел и многих смол. Сильно токсичны, но малогорючи. К растворителям ЛКМ предъявляется ряд требований, а именно: высокая растворяющая способность по отношению к пленкообразователям лакокрасочного состава, испаряемость – без сохранения запаха растворителя в пленке; меньшая огне- и взрывоопасность, меньшая токсичность и невысокая стоимость.

Растворяющая способность или активность растворителей находится в связи с полярностью молекул. Полярные вещества хорошо растворяются в полярных растворителях, а неполярные – в неполярных. Многие смолы и производные целлюлозы растворимы в тех растворителях, дипольный момент которых примерно одинаков с их собственным. О растворяющей способности растворителей судят по вязкости растворов: чем ниже вязкость раствора при одинаковой концентрации пленкообразователя, тем активнее считается растворитель.

Испаряемость оценивают сравнительной продолжительностью испарения данного растворителя по отношению к продолжительности очень быстро испаряющегося серного эфира.

На практике часто растворитель подбирают по температуре кипения, хотя прямой связи между продолжительностью испарения растворителей и пределами его кипения не наблюдается. По температуре кипения различают растворители низкокипящие с температурой кипения до 70-80 С, среднекипящие с температурой кипения от 70-80 до 110 С, высококипя-

щие с температурой кипения выше 110 С.

Для быстрого высыхания ЛКМ желательно применять быстро испаряющиеся растворители. Однако слишком высокая скорость испарения может вызвать помутнение и побеление пленки. Это связано с охлаждением поверхности из-за значительного поглощения тепла на паро-

82

образование быстро испаряющегося растворителя. Так, при 27 С и 63%-й относительной влажности воздуха испарение ацетона понижает температуру поверхности на 26 С. Столь сильное охлаждение поверхности часто влечет за собой конденсацию паров воды из воздуха, вызывающую сворачивание и выпадение из еще не высохшей пленки коллоксилина смол

идругих пленкообразователей. Дефект может быть устранен заменой низкокипящих растворителей высококипящими.

Большая часть органических растворителей огне- и взрывоопасна. При определенных концентрациях в воздухе пары растворителя способны взрываться от искры, от соприкосновения с пламенем или раскаленным предметом, причем взрыв происходит только в определенных границах концентраций. Границы концентрации, внутри которых паровоздушная смесь способна взрываться, называются низшим и высшим пределами взрываемости.

Значительная часть органических растворителей токсична и оказывает вредное влияние на человеческий организм при вдыхании их паров и попадании на кожу. Наиболее вредными являются хлорированные углеводоро-

ды. Так, ССl4 и С2Сl4 вызывают заболевание печени, раздражение дыхательных путей и кожные заболевания. Очень вредны ароматические углеводороды, особенно бензол, вызывающий тяжелое заболевание крови. Из

спиртов наиболее токсичен метиловый спирт СН3ОН. Длительное вдыхание его паров может привести к слепоте, а принятие внутрь – к смерти.

Пары других спиртов, эфиров, ацетона, предельных углеводородов вызывают наркотическое воздействие и раздражение слизистых оболочек,

ау некоторых людей – дерматит и экзему. Токсичность растворителей повышается с увеличением их летучести. В цехе для нанесения ЛКП должна быть хорошая вентиляция.

Стоимость растворителей важный экономический фактор, поскольку во многих ЛКМ растворители составляют большую часть. Так, в спиртовых лаках содержание растворителей составляет 60-70%, а в нитролаках – 70-80%. Поэтому стоимость растворителей оказывает большое влияние на стоимость лаков и красок. Для снижения стоимости ЛКМ дорогостоящие растворители, например, эфиры уксусной кислоты в нитролаках частично заменяют более дешевыми разбавителями: спиртами ароматическими углеводородами – бензолом, толуолом, ксилолом.

Промышленностью выпускаются смеси растворителей для разведения готовых лаков и красок до рабочей вязкости. Они имеют условные номера

иназвания, под которыми известны в промышленности. Например, смесь растворителей №646 состоит из 7% ацетона, 8% этилцеллозольва, 15% бутилового спирта, 10% бутилацетата, 50% толуола, 10% этанола. Используется для разбавления нитроцеллюлозных лаков и эмалей. Смесь Р-4 состоит и 26% ацетона, 12% бутилацетата, 62% толуола. Используется для разбавления лаков, эмалей и грунтов на перхлорвиниловой смоле.

83

2.1.4.3. Наполнители

Это тонкодисперсные нерастворимые в воде и других растворителях минеральные вещества в большинстве своем белого цвета, добавляемые в лакокрасочные составы для их удешевления или придания этим материалам особых свойств. Наполнители могут повышать прочность, атмосферостойкость, кислотостойкость, адгезию и водостойкость покрытий, придавать им глянец, матовость, ускорять высыхание пленки. В ЛКМ наполнители заменяют часть дорогих пигментов без ухудшения свойств красок. В шпатлевках и порозаполнителях наполнители составляют основную массу этих материалов. Наполнители должны отличаться высокой химической инертностью, растворяться и по возможности не набухать в растворителях и пленкообразователях, с которыми они применяются.

Наполнители с пленкообразователем должны давать лессирующие покрытия. Это важно для наполнителей, применяемых в порозаполняющих составах. Для прозрачной отделки древесины большое значение имеет плотность и форма частиц наполнителей. Тяжелые наполнители хорошо заполняют поры древесины, но приготовленные с ними составы быстро расслаиваются и наполнитель оседает на дно сосуда. По форме частиц различают наполнители зернистые, пластинчатые и волокнистые. Лучшими для порозаполняющих составов являются наполнители, частицы которых – окатанные зерна. Приготовленные с ними порозаполняющие составы имеют меньшую вязкость, легче втираются в поры и удаляются с поверхности древесины. В качестве наполнителей применяют тонкоизмельченные порошки горных пород и пигментов белого цвета (аморфный кремнезем, мел, тальк, каолин, легкий шпат и др.).

Кремнезем SiO2, плотность =1,9-2в в,35 г/см3, показатель преломления 1,4-1,5. Аморфный кремнезем применяется в виде осадочных пород – диатомитов, известных под названием кизельгур, инфузорная земля, трепел. Они в большинстве имеют частицы в форме окатанных зерен.

Кизельгур и инфузорная земля – легкие и пористые горные осадочные породы, образовавшиеся из кремнистых панцирей диатомитовых водорослей. Состоят из аморфного SiO2 с примесью кальцита СаСО3, Al2O3, Fe2O3 и др. После обжига и размола имеют вид серовато-белого порошка. Трепел отличается от диатомита тем, что в нем аморфный SiO2 не имеет следов органического происхождения.

Диатомиты – один из лучших наполнителей для порозаполняющих составов. В зависимости от месторождения могут иметь окраску за счет содержащихся в нем оксидов железа.

Мел – мягкий белый пигмент. Содержание СаСО3 в нем 98%,=2,5-2,73 г/см3, показатель преломления 1,55-1,68. Мел разлагается НCl и HNO3 – кислотах, применяется для приготовления клеевых красок, шпатлевок, замазок и реже порозаполнителей. Не годится для составов, содержащих кислотные отвердители.

84

Тальк – мягкий природный минерал белого цвета. Химический состав: 4SiO2 3MgO H2O, =2,74 г/см3, показатель преломления 1,57. Встречается тальк зернистого и пластинчатого строения. Применяют его в качестве наполнителя в красках, шпатлевках и грунтовка.

Каолин – продукт распада алюмосиликатных глин (Al2O3 2SiO2 2H2O).=2,58-2,62 г/см3, показатель преломления 1,56. Чистый каолин нежная белая масса. Форма частиц пластинчатая, поэтому приготовленные с ним порозаполняющие составы тяжелее, чем составы с другими наполнителями.

Барит – тяжелый шпат BaSO4; =4,35-4,48 г/см3, показатель преломления 1,64. В чистом виде бесцветен, но примеси придают ему разнообразную окраску. Форма частиц зернистая. Барит тяжел. Приготовленные с баритом порозаполнители быстро расслаиваются.

Легкий шпат СaSO4 2H2O – минерал белого цвета, =2,32 г/см3, показатель преломления 1,5226. Используется в качестве пигмента в клеевых краска и в качестве наполнителя в некоторых порозаполняющих составах.

2.1.4.4. Пластификаторы

Это вещества, вводимые в состав полимеров и пленкообразователей для придания им эластичности и понижения температуры стеклования (хрупкости). Физическая сущность пластификации заключается в подвижности структурных элементов (сегментов, больших молекул, надмолекулярных и кристаллических структур) за счет ослабления межмолекулярных взаимодействий или понижения степени кристалличности. Сущность пластификации в случае неполярных полимеров заключается в следующем.

Полимер состоит из больших цепных молекул, имеющих подвижные звенья, однако изменение формы той или иной молекулы в непластифицированном полимере требует большой затраты энергии, т.к. оно всегда связано с необходимостью изменения конфигурации всех окружающих таких же громоздких молекул. С введением пластификатора изменение конфигурации отдельных цепных молекул и их перегруппировка относительно друг друга облегчаются, т.к. между ними оказываются малые подвижные молекулы пластификатора. Сущность пластификации заключается в снижении вязкости системы и уменьшении затрат энергии для изменения конфигурации цепных молекул или их перегруппировки. При полярности полимера и пластификатора сущность пластификации объясняют взаимодействием полярных молекул пластификатора с полярными группами в молекулах полимера, что ведет к нарушению существовавших ранее сильных связей между молекулами полимера. К пластификаторам предъявляется ряд требований: совместимость или растворимость пластификатора в полимере. Пластификаторы плохо совмещаются с высоко-

85

молекулярным веществом. В табл. 2.3 представлены некоторые пластификаторы, вводимые в ЛКМ.

Таблица 2.3 Основные свойства некоторых пластификаторов

В лакокрасочных материалах содержатся до 20-50% и более различных пластификаторов.

2.1.4.5. Сиккативы

Это вещества, выполняющие роль катализаторов окисной полимеризации, которые при введении в ЛКМ ускоряют процесс высыхания (образования) пленки.

К ним относятся соединения, содержащие кобальт, марганец, свинец, кальций, цинк. Количество сиккативов, вводимых в готовые ЛКМ, не

86

должно превышать 3-5%. Излишнее количество сиккативов ускоряет процесс старения пленок. В табл. 2.4 представлены разновидности и способы получения сиккативов.

Таблица 2.4 Разновидности и способы получения сиккативов

2.1.4.6. Отвердители

Это вещества, которые при введении в пленкообразователь вступают с ним в реакцию, образуя твердую пленку или выступают в качестве катализатора. Отвердители – вещества быстрого действия, поэтому они вводятся в состав ЛКМ непосредственно перед употреблением.

В табл. 2.51 представлены отвердители для пленкообразователей ЛКМ.

87

Таблица 2.5 Основные свойства некоторых отвердителей

2.1.4.7. Матовые добавки

Для получения лаковых матовых покрытий в ЛКМ вводят микронизированную добавку – диоксид кремния SiO2. Матовый эффект покрытия является результатом возникновения на поверхности микронеоднородностей в виде выступающих неровностей. Такие микронеоднородности создаются частицами матирующей добавки. Пространственная ориентация частиц SiO2 в отверждаемом покрытии позволяет создавать такие послойные структуры, которые равномерно распределяются по площади покрытия и образуют на поверхности микропрофиль. На степень матовости оказывают влияние содержание и размер частиц матирующей добавки. Введение в основу лака матовой добавки и механическое перемешивание является одной из важных технологических операций приготовления матовых лаков. Перемешивание позволяет также равномерно распределить матовую добавку в объеме основы – лака. В процессе перемешивания частицы матовой добавки обволакиваются раствором лака,

88

образуя частички сложной формы. Размеры и форма этих частичек зависят от фактической площади частиц матовой добавки, которые имеют большую удельную поверхность и обладают высокой реакционной способностью. Однако это приводит к образованию силикатных аэрогелей цепного типа, в результате чего образуются агломераты, средние размеры которых составляют в поперечнике более 10 мкм. Значительные размеры частиц матовой добавки и повышенное ее содержание способствуют образованию крупных агломератов, существенно увеличивающих вязкость получаемых лаковых систем: вследствие чего получаются крупные неровности, создающие грубошероховатые покрытия. Целью перемешивания является не только равномерное распределение по объему частиц матовой добавки, но и механическое разбиение образовавшихся агломератов. Продолжительное и интенсивное перемешивание приводит к нежелательным последствиям. Происходит дробление исходных частиц матовой добавки и образование вторичных структур с малыми размерами, которые неспособны образовать на поверхности покрытия микропрофиль, характеризующийся определенной степенью матовости. На степень матовости покрытия оказывает влияние седиментация (оседание) частиц матовой добавки. Чем больше плотность, тем интенсивнее происходит оседание частиц матовой добавки. Полидисперсность частиц приводит к расслоению их в основе лака. Если перед нанесением лак дополнительно не перемешать, то покрытие будет иметь неравномерную матовость. Такое явление затрудняет комплектование изделий, фасадные и лицевые поверхности которых должны быть с одинаковой степенью матовости. Получение матового эффекта в поверхностном слое возможно у покрытий, толщина которых сравнима с размерами объемных структур, образованных частицами матовой добавки. При большей толщине покрытия матовый эффект может не наблюдаться, так как в поверхностном слое будет недостаточное количество частиц матовой добавки для того, чтобы создать необходимый микропрофиль поверхности покрытия. На матовый эффект влияет толщина покрытия, которая зависит от содержания пленкообразователя в лаке, плотности лаковой пленки, расхода и способа нанесения лака на подложку. Шероховатость и пористость подложки также оказывают влияние на матовость лакового покрытия через изменение микропрофиля поверхности покрытия. Шероховатость древесины под отделку не должна быть больше 16 мкм по параметру шероховатости Rmmax. Пористость древесной подложки гораздо больше шероховатости и зависит от породы древесины. Эти факторы существенно оказывают влияние на матовость при образовании тонких слоев покрытий за счет получения эффекта профилирования лаком поверхностного слоя подложки.

Шероховатость и пористость оказывают влияние на смачивание и растекание лака, что способствует уменьшению расхода и получению тонкослойных матовых покрытий, обладающих высокими защитно-

89

декоративными свойствами. Для матирования лаковых покрытий используют синтетические формы SiO2. Известны несколько таких форм, имеющих свои отличительные особенности. Такими особенностями являются загущающий и тиксотропный эффекты, предотвращение расслаивания наполненных композиций, хорошая диспергируемость в большинстве полимеров. Загущающий и тиксотропный эффекты объясняются наличием на поверхности частиц SiO2 силанольных групп Si – OН. Образование их в процессе получения препятствует слипанию частиц при их росте. Наличие групп Si – OН на поверхностях соединений частиц способствует образованию между ними водородных связей. При этом возникает трехмерная решетчатая структура, состоящая из частиц SiO2 и которая обусловливает нарастание вязкости жидких систем, в которые он вводится в качестве наполнителя. В процессе образования матовой поверхности происходит испарение летучей части лака, что сопровождается объемной усадкой покрытия. Равномерное распределение матовой добавки в слое, нанесенном на подложку лака при его сушке, позволяет образовать в объеме покрытия равномерную послойную структуру, последним (верхним) слоем которой будут частицы, выходящие на поверхность покрытия. На рис. 2.3 представлен фрагмент структуры матового ЗДП.

Рис. 2.3. Фрагмент структуры матового защитно-декоративного покрытия древесины

Общая толщина покрытия

Нп=Н0+Н,

где Нп – толщина покрытия; Н0 – толщина слоя грунта.

Толщина ЗДП, содержащего матовую добавку SiO2, рассчитывается по формуле

Н 10R4xKD ,

где R – расход лака, г/м2;

90