Яковлев АД 2020

Внешний вид покрытий характеризуется цветом, фактурой по­ верхности и качеством исполнения (отсутствием или присутствием тех или иных дефектов). Согласно ГОСТ 9.032­74 по внешнему ви­ ду покрытия делятся на семь классов: самый высокий класс I, самый низкий ­ VII.

Менее популярна структурная классификация, введенная А. Я. Дринбергом, по которой все лакокрасочные покрытия подразде­ ляются на две группы: непревращаемые и превращаемые в трехмерное состояние. Однако она не лишена смысла: по ней можно судить о про­ цессах формирования покрытий (получены они без химических пре­ вращений или в результате таких превращений), а также о некото­ рых их свойствах (растворимость, термопластичность и др.).

По строению лакокрасочные покрытия подразделяют на одно­ и многослойные; последние, в свою очередь, могут быть однородными и разнородными, т. е. изготовленными из одного или из разных по химической природе лакокрасочных материалов. Для многослой­ ных разнородных покрытий принято соответствующее название слоев. Первый, контактирующий с субстратом слой называется

грунтовочным или грунтом, далее следуют промежуточные слои и, наконец, верхнее покрытие. При изготовлении декоративных по­ крытий роль промежуточных слоев нередко выполняет шпатле­ вочное покрытие, цель которого ­ выравнивание дефектов поверх­ ности. Широкое применение имеют комбинированные покрытия. Их изготавливают путем сочетания лакокрасочных покрытий с други­ ми видами покрытий (металлическими, термодиффузионными, фосфатными, оксидными и т. д.). Сочетание последовательно нане­ сенных слоев в многослойных, в том числе и комбинированных, покрытиях называют системой покрытия.

Несмотря на общую тенденцию к сокращению числа слоев (по­ лучение однослойных покрытий), многослойные покрытия сохра­ няют свое значение, так как в ряде случаев, особенно в жестких ус­ ловиях эксплуатации, они обеспечивают более надежную защиту.

1.1.3. ИНДЕКСАЦИЯ ПО КРЫТИЙ

Согласно ГОСТ 9.032­74 существует система обозначения по­ крытий, которая учитывает химическую природу лакокрасочного материала, условия эксплуатации, требования к внешнему виду (класс покрытия), характер среды (для покрытий, эксплуатирую­ щихся в химически активных средах).

Указанный ГОСТ касается обозначения и исходных лакокра­ сочных материалов. Ниже указаны буквенные обозначения мате­ риалов разной химической природы:

11

По условиям эксплуатации покрытия из них подразделяются на 11 групп (цифровое обозначение):

Характер климата, в котором предназначена эксплуатация по­ крытий, имеет буквенное обозначение:

Стандартный индекс на лакокрасочный материал излагается в следующем порядке: вид материала (лак, эмаль, грунтовка, шпат­ левка), тип пленкообразователя, группа эксплуатации, порядковый номер регистрации (одно­, двух­ или трехзначная цифра), словес­ ное указание цвета. В случае покрытий к этому индексу добавляется его класс (цифровое обозначение) и указание климата или среды (буквенное или цифровое соответственно), в которых допускается эксплуатация покрытия.

Для ряда лакокрасочных материалов перед обозначением плен­ кообразователя ставятся буквы, характеризующие их отличитель­ ную особенность: Б ­ безрастворительный, В ­ водоразбавляемый,

12

ВД ­ воднодисперсионный, ОД ­ органодисперсионный, П ­ по­ рошковый. Примеры обозначения приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Примеры обозначения лакокрасочных материалов и покрытий

В последнее время при рыночной экономике отечественные про­ изводители лакокрасочных материалов при установке товарного знака на свою продукцию часто пренебрегают требованиями ГОСТа. В результате появилось много новых материалов с фирменными на­ званиями, аналогично тому как это делается за рубежом.

Необходимые сведения о выпускаемой продукции ­ цвет, класс покрытия, назначение и условия эксплуатации (нередко и тип пленкообразователя) указываются в технических условиях или дру­ гой сопроводительной документации на материал.

1.2.РА ЗНО ВИД НО С ТИ ПРИМЕНЯЕМЫХ ЛА КО КРА С О ЧНЫХ МА ТЕРИА ЛО В

1.2.1. ТРЕБО ВАНИЯ К МАТЕРИАЛАМ

Поскольку основное назначение лакокрасочных материалов ­ получение покрытий, можно сформулировать главные требования, которым они должны отвечать:

1)допускать возможность тонкослойного распределения на по­ крываемой поверхности;

2)быть способными к пленкообразованию;

13

3) образовывать покрытия, обладающие комплексом необходи­ мых технических свойств.

Первому требованию наиболее полно удовлетворяют материа­ лы, являющиеся жидкостями или высокодисперсными порошками. Жидкое состояние, как никакое другое, позволяет легко и многими способами получать разные по толщине слои, причем нередко в достаточно широком интервале температур. Не случайно сущест­ вующая тысячелетия технология лакокрасочных покрытий базиро­ валась исключительно на использовании жидких пленкообразующих систем.

Определились две разновидности таких систем:

1) составы, не содержащие летучих компонентов и изготовляе­ мые на основе мономеров, олигомеров или полимеров, наносимые как в жидком состоянии, так и в состоянии расплава; это так назы­ ваемые 100 %­е лаки и краски;

2) составы, содержащие летучие компоненты и представляю­ щие собой растворы, водные дисперсии или органодисперсии твер­ дых полимеров и олигомеров. Летучие компоненты ­ вода и орга­ нические растворители, выполняющие функции "агентов­ожиже­ ния", ­ существенно влияют на технологические приемы получения покрытий, их свойства, экономику и экологию производства.

В 60­х годах прошлого века появился новый вид лакокрасочных составов ­ порошковые. Пленкообразователями в них служат твердые полимеры и олигомеры, а своеобразным ожижающим агентом ­ воздух. Несмотря на то, что порошки по физическому состоянию относятся к твердым телам, имеется ряд признаков, сближающих их с жидкостями: способность перемещаться при разобщении час­ тиц с помощью газового потока, заряжаться подобно гидрозолям в электрическом поле высокого напряжения. При использовании порошковых материалов, в отличие от традиционной технологии покрытий, перевод твердых пленкообразователей в вязкотекучее состояние осуществляется не вне субстрата, а непосредственно на нем.

Все порошковые, а также жидкие материалы, не содержащие органических растворителей и других токсичных веществ (водные, 100 %­е лаки и краски), по экологическим соображениям относят к числу прогрессивных лакокрасочных материалов. Удельный объем их производства и потребления постепенно возрастает.

Второе важное свойство лакокрасочных материалов ­ способ­ ность к образованию пленок ­ обеспечивается присутствием в со­ ставе лаков и красок пленкообразователей ­ мономеров, олигоме­ ров или полимеров аморфной или кристаллической структуры.

14

Свойства покрытий весьма разнообразны, многообразны и тре­ бования к ним со стороны потребителей. Нередко возникает заин­ тересованность в покрытиях с прямо противоположными свойст­ вами, например электроизоляционных и токопроводящих, гибких, эластичных и хрупких, трескающихся при малейшей деформации, с высокой адгезионной прочностью и антиадгезионных (съемных) и т. д. Удовлетворение этих требований достигается, с одной сторо­ ны, соответствующим подбором лакокрасочных материалов, с дру­ гой ­ применением необходимой технологии покрытий.

1.2.2. ХАРАКТЕРИС ТИКА ЖИДКИХ МАТЕРИАЛО В

Жидкие лакокрасочные материалы ­ традиционный и домини­ рующий вид лакокрасочной продукции. По химической природе они подразделяются на растворы, органодисперсии, водные дис­ персии, безрастворительные (100 %­е) составы.

Растворы как пленкообразующие системы ­ наиболее распро­ страненный вид лакокрасочных составов. Летучими компонентами в них служат органические растворители или вода.

Поскольку подавляющее число известных пленкообразователей растворяется в органических растворителях, а не в воде, несмотря на экологические соображения, пока используют преимущественно органорастворимые составы. В зависимости от содержания рас­ творителя (оно может находиться в пределах от 10 до 90 % масс.) лакокрасочные составы условно разделяют на материалы с низким сухим остатком ­ до 70 % (так называемые традиционные) и с вы­ соким ­ более 70 %. В первом случае пленкообразователем служат, как правило, полимеры, олигомеры или их смеси, во втором ­ ис­ ключительно жидкие олигомеры с небольшой молекулярной мас­ сой и нередко с добавкой реакционноспособных мономеров (ак­ тивных растворителей), участвующих в химическом образовании пленки.

В материалах растворного типа, в зависимости от природы плен­ кообразователя и способа нанесения, применяют самые разные рас­ творители ­ как индивидуальные, так и смесевые с различной сте­ пенью летучести; они испаряются при формировании покрытий.

Необходимый растворитель для того или иного пленкообра­ зователя в простейшем варианте может быть выбран, исходя из их параметров растворимости 81 и 82, значения которых для разных пленкообразователей и растворителей имеются в справочной ли­ тературе.

в = (51 ­ S J2 .

15

Величина в ­ параметр совместимости. Чем она меньше, т. е. чем ближе между собой параметры растворимости компонентов, тем более приемлем растворитель.

Растворы являются термодинамически равновесными однофаз­ ными системами. Из­за присутствия органического растворителя они имеют низкое поверхностное натяжение (25­35 мДж/м2 ), поэтому удовлетворительно смачивают как гидрофильные, так и гидрофобные поверхности. Изменяя содержание растворителей, т. е. сухой остаток, можно получать покрытия разной толщины. Органорастворимые ма­ териалы можно хранить в холодном помещении и на улице, однако для их хранения требуется герметичная тара. Примером таких мате­ риалов могут служить эфироцеллюлозные, виниловые, многие поли­ акрилатные лаки и эмали. Их главные недостатки ­ повышенная по­ жароопасность, токсичность, неэкономичность применения, загряз­ няемость атмосферы, связанная с испарением растворителей. Поэтому традиционные материалы (с низким сухим остатком) считаются не­ перспективными, их удельное значение в ассортименте лакокрасочной продукции разных стран постепенно снижается, уступая место мате­ риалам с высоким сухим остатком и безрастворительным.

Из материалов растворного типа заслуживают внимания соста­ вы, растворителем в которых служит вода или их смесь с водорас­ творимыми алифатическими спиртами или неполными простыми эфирами (этил­, бутилцеллозольв и др.). Присутствие растворите­ лей делает эти составы более стабильными, одновременно снижает­ ся их поверхностное натяжение. Условно такие материалы можно отнести к экологически чистым, но они, как правило, требуют го­ рячей сушки (температура 140­170 °С).

Полимерные органодисперсии, применяемые для получения покрытий, изготовляют преимущественно на основе полимеров ­ аморфных и кристаллических. Это двухфазные системы, занимаю­ щие промежуточное положение между коллоидными системами и грубыми дисперсиями. Размер частиц дисперсной фазы колеблется от долей микрометра до десятков микрометров. Дисперсионной средой служит органический растворитель или смесь растворите­ лей: активного (диспергатора) и неактивного (разбавителя). Наи­ большее применение в технологии покрытий получили органодис­ персии фторопластов, пентапласта, поливинилхлорида, полиакри­ латов, полиэтилена, хлорированного полиэтилена. В зависимости от состава они могут быть дисперсиями как лиофобного, так и пе­ реходного типа.

В лиофобных дисперсиях (например, дисперсиях фторопластов) отсутствует заметный переход жидких компонентов в полимерную

16

фазу; частицы полимера практически не набухают в дисперсионной среде. Такие дисперсии обладают большим избытком поверхност­ ной энергии АСп о в , которая зависит от удельной поверхности Буд (дисперсности порошка) и межфазного натяжения о на границе полимер ­ среда:

Поскольку в лиофобных дисперсиях величина межфазного по­ верхностного натяжения выше критической, для повышения агре­ гативной устойчивости в них вводят поверхностно­активные веще­ ства или используют принцип внутренней стабилизации ­ вклю­ чают в полимерную цепь или прививают звенья, имеющие сродство к дисперсионной среде. Такие дисперсии могут быть дос­ таточно стабильны при хранении, а в случае расслаивания легко переходят в исходное состояние при взбалтывании.

Дисперсии переходного типа (поливинилхлоридные, полиак­ рилонитрильные и др.) вследствие более высокой степени взаимо­ действия полимерной фазы со средой (они состоят из частиц, огра­ ниченно набухших в растворителях) имеют меньшие значения меж­ фазного натяжения и соответственно более низкое значение АСп о в . Они более стабильны кинетически, но неустойчивы термодинами­ чески.

Дисперсионное распределение полимеров в растворителях при­ водит к получению менее вязких составов по сравнению с однотип­ ными растворами и, соответственно, с более высоким сухим остат­ ком (до 40­60 %). Кроме того, представляется возможным получать лакокрасочные материалы на основе кристаллических и других по­ лимеров, нерастворимых или труднорастворимых в естественных условиях.

Важное значение также имеет экономия дорогих и дефицитных органических растворителей, поскольку значительную часть дис­ персионной среды могут составлять разбавители ­ дешевые про­ дукты типа нефтяных углеводородов и спиртов.

Органодисперсионные материалы получили наибольшее приме­ нение для получения химически стойких покрытий и окрашивания рулонного металла, это в основном составы горячей сушки. Лишь дисперсии эластомеров (хлорсульфированный полиэтилен, каучуки) могут формировать покрытия при комнатной температуре.

Водные дисперсии, получившие развитие в последние 60 лет, считаются в настоящее время одним из доминирующих видов эко­ логически чистой лакокрасочной продукции. В ведущих странах мира объем их потребления достигает 50 % всех лакокрасочных ма­ териалов.

17

Основой таких материалов являются синтетические дисперсии полимеров (латексы), получаемые, как правило, эмульсионной по­ лимеризацией или сополимеризацией мономеров, и искусственные дисперсии, изготавливаемые посредством эмульгирования в воде жидких пленкообразователей (олигомеров), а также растворов и расплавов полимеров.

Особую группу дисперсий представляют водносуспензионные составы, получаемые диспергированием в воде твердых полимеров, олигомеров или готовых порошковых красок.

Краткая характеристика воднодисперсионных материалов дана в табл. 1.2.

Все указанные водные материалы ­ двухфазные системы, отно­ сящиеся к дисперсиям лиофобного или переходного типа.

Синтетические дисперсии содержат 40­50 % (масс.) полимеров в виде сферических частиц (глобул) размером 10­104 нм и ПАВ, распределенных на поверхности частиц и водной фазе. Они имеют поверхностное натяжение порядка 35­55 мДж/м2 , что выше крити­ ческого поверхностного натяжения на межфазной границе поли­ мер ­ среда (2­10 мДж/м2 при степени адсорбционной насыщенно­ сти эмульгаторов 60­90 % ) .

Таблица 1.2

Характеристика воднодисперсионных лакокрасочных материалов

18

Такие дисперсии представляют многие виды воднодисперси­ онных красок: поливинилацетатные, бутадиен­стирольные, поли­ акрилатные, стирол­акрилатные, на основе виниловых и этилен­ винилацетатных сополимеров и др.

Искусственные дисперсии, в зависимости от агрегатного состоя­ ния входящего в них пленкообразователя, могут быть: эмульсиями или суспензиями, содержать органический растворитель или не со­ держать его.

Стабилизация таких дисперсий достигается посредством соответ­ ствующих ПАВ ("внешних" или "внутренних") и защитных коллои­ дов. Наиболее распространенные лакокрасочные материалы это­ го типа ­ алкидные, полиэфирные, эпоксидные, полиуретановые, нитратцеллюлозные, перхлорвиниловые, кремнийорганические. Диспергированию в воде могут быть подвергнуты практически любые твердые и жидкие пленкообразователи. Например, извест­ ны воднодисперсионные составы на основе полиэтилена, поли­ амидов, фенолоформальдегидных олигомеров, эпоксиэфиров, би­ тумов и др.

В последнее время в ассортименте воднодисперсионных лакокра­ сочных материалов стали популярны так называемые смешанные системы, представляющие собой смеси синтетических и искусствен­ ных дисперсий, а также искусственных дисперсий с водными раство­ рами олигомеров. Их применение позволяет целенаправленно изме­ нять свойства покрытий и обеспечивать качества покрытий, не дос­ тигаемые при использовании индивидуальных систем.

Воднодисперсионные материалы из­за присутствия в них ПАВ формируют покрытия с повышенной гидрофильностью, что долгое время делало их неконкурентоспособными органорастворимым со­ ставам в сфере противокоррозионной защиты металлов. Выход из этого положения достигается разными путями:

­применением безэмульгаторных (самоэмульгируемых) систем;

­использованием эмульгаторов латентного типа, разрушаю­ щихся или улетучивающихся при формировании покрытий;

­введением в лакокрасочные материалы эффективных противо­ коррозионных пигментов и ингибиторов коррозии;

­применением горячей сушки покрытий.

Тем не менее главными областями применения воднодисперси­ онных материалов остаются строительная индустрия, использование в быту, а также промышленности при окрашивании древесины, бу­ маги, пластмасс, кожи.

Противокоррозионные составы представлены в основном грун­ товками холодной и горячей сушки.

19

Безрастворительные (100 %­е) составы ­ один из перспективных видов жидких лакокрасочных материалов. Старейшим и простейшим видом таких составов с сухим остатком, близким к 100 %, являются почти забытая натуральная олифа, получаемая на основе высыхаю­ щих растительных масел, и краски, изготовляемые с ее применением.

Стремление к сокращению потребления пищевых масел в лако­ красочной промышленности и повышению качества покрытий при­ вели к созданию серии новых материалов на синтетической основе. Наибольшее применение получили составы, представляющие собой:

1) растворы жидких олигомеров в реакционноспособных (актив­ ных) и не способных к реакциям (неактивных) разбавителях;

2)растворы твердых полимеров и реакционноспособных олиго­ меров в мономерах;

3)низкоплавкие составы, наносимые в нагретом (расплавленном) состоянии.

Наиболее типичные представители лакокрасочных материалов первой группы ­ безрастворительные эпоксидные составы (БЭП). Это растворы низкомолекулярных эпоксидных смол в смеси жидких нелетучих компонентов ­ разбавителей (глицидиловые эфиры, эпок­ сидированный каучук, гликоли, этилсиликат и др.) и отвердителя аминного типа, вводимого перед применением состава. Эмали БЭП нашли широкое применение в судостроении, химическом машино­ строении и пищевой промышленности.

Ко второй группе безрастворительных материалов можно отне­ сти составы на основе ненасыщенных полиэфиров (олигоэфирма­ леинатов и олигоэфиракрилатов), применяемых в виде растворов в мономерах (стирол, акриловые эфиры и др.) с добавлением (перед применением) инициирующей системы для ускорения отверждения. Лаки и эмали этого типа нашли применение в мебельной, радиотех­ нической и других отраслях промышленности.

Низкоплавкие составы получают на основе природных и синте­ тических мономеров и олигомеров (битумы, канифоль и др.) с до­ бавлением пластификаторов. Их используют в судостроении, при защите подземных сооружений, труб и других объектов.

1.2.3. ХАРАКТЕРИС ТИКА ПО РО ШКО ВЫХ МАТЕРИАЛО В

Порошковые материалы ­ один из наиболее перспективных ви­ дов лакокрасочной продукции промышленного назначения. Главные их достоинства: отсутствие растворителей, практически безотходная технология покрытий (близкая к 100 % степень утилизации краски при нанесении), относительная простота и экономичность процесса получения покрытий, хорошие их защитные свойства. Существуют

20