Яковлев АД 2020

основе кристаллических и пространственно­сшитых аморфных по­ лимеров.

Пигменты могут увеличивать и уменьшать химическую стой­ кость покрытий. Положительный эффект достигается при примене­ нии инертных пигментов и наполнителей ­ диоксида титана, оксида хрома, технического углерода, графита, микроасбеста, барита и др. Пластификаторы, особенно низкомолекулярные, понижают химиче­ скую стойкость пленок. Разрушение покрытий в химически актив­ ных средах резко ускоряется с повышением температуры. Многие покрытия, считающиеся водостойкими при комнатной температуре, в кипящей воде быстро разрушаются. Наиболее часто встречающий­ ся вид химического разрушения покрытий ­ окислительная деструк­ ция. Особенно эффективно она протекает в атмосферных условиях, этому способствует воздействие солнечного излучения.

Окисление полимеров ­ цепной процесс, проходящий по ради­ кальному механизму обычно с автоускорением. Оно включает сле­ дующие акты:

инициирование ­ образование радикалов; развитие кинетических цепей:

обрыв цепей ­ взаимодействие радикалов между собой с образо­ ванием нерадикальных продуктов.

Процесс ускоряется в присутствии металлов переменной валент­ ности. Так, окислительной деструкции (старению) масляных покры­ тий способствуют сиккативы, а также оксид цинка, вводимый в каче­ стве пигмента.

Обеспечение сохранности покрытий достигается разными путя­ ми. Материал покрытия необходимо выбирать с учетом характера воздействующей среды. Наиболее устойчивы к окислительной дест­ рукции насыщенные полимеры линейного и трехмерного строения: полифторолефины, хлорсульфированный полиэтилен, полиэфиры, полиакрилаты и полиметакрилаты, полиорганосилоксаны, мочевино­ и меламиноформальдегидные пленкообразователи. Напротив, быст­ ро стареют (окисляются) ненасыщенные каучуки, полимеры диви­ нилацетилена, битумы, полиолефины. Их применение, особенно в

211

атмосферных условиях, возможно лишь при соответствующей ста­ билизации (введении антиоксидантов).

В растворах кислот наибольшую стойкость проявляют покрытия на основе полифторолефинов, пентапласта, полиолефинов, полиме­ ров и сополимеров винилхлорида, фуриловых, фенолоформальде­ гидных, эпоксидно­фторопластовых пленкообразователей. Для за­ щиты от действия щелочей используются эпоксидные, эпоксидно­ фторопластовые покрытия, а также покрытия на основе виниловых пленкообразователей и хлорированного каучука.

Воздействию горячей воды и водяного пара лучше всего проти­ востоят покрытия, получаемые из фенолоформальдегидных (эмаль ФЛ­61), фуриловых (лак Ф­10), эпоксидно­фторопластовых (лак ФЭН) пленкообразователей и пентапласта.

При контакте с нефтепродуктами (бензин, смазочные масла, жид­ кое топливо) оправдало себя применение многих полярных пленко­ образователей, в том числе эпоксидных, феноло­, мочевино­ и мела­ миноформальдегидных, кремнийорганических, алкидно­стирольных, полиуретановых, а также нитрата целлюлозы, ацеталей поливинило­ вого спирта и др. В органических растворителях стойкими являются лишь немногие покрытия, а именно: полиуретановые, фуриловые и эпоксидно­фуриловые, фенолоформальдегидные (из эмали ФЛ­787), полиамидные, фторопластовые.

Особенно высокая химическая стойкость требуется от покрытий, если на них при эксплуатации воздействуют противоположные по знаку полярности жидкости или составы с разными значениями рН, например жидкое топливо и вода (покрытие внутренней поверхно­ сти танкеров), кислоты и щелочи (защита химических аппаратов) и т. д. В этом случае эффективны только пленкообразователи кристал­ лического или трехмерного строения. В частности, ОАО НПФ "Пиг­ мент" рекомендует для таких случаев алкилуретановую "Акропласт" и фторсодержащую "Винифтор" эмали.

Следует иметь в виду, что долговременная химическая защита достигается только при применении многослойных систем покры­ тий, каждый слой которых должен отвечать требованиям по экс­ плуатации в данной среде.

Стойкость покрытий к статическому воздействию жидкостей оценивают по ГОСТ 9.403 или ISO 2812.

6.4. БИО ЛО ГИЧЕС КАЯ ПО ВРЕЖД АЕМО С ТЬ ПО КРЫТИЙ

Биологическая повреждаемость ­ разрушение покрытий под влиянием биологических агентов ­ плесневых грибов, актиномице­ тов, бактерий. Этот вид разрушения наиболее часто встречается при

212

Внутри помещений, где отсутствует обмен воздуха, степень пораже­ ния покрытий бактериями выше, чем в вентилируемых помещениях или вне помещений на открытом воздухе. Оптимальной для разви­ тия плесени является среда с рН 4­8. Сильнокислая и сильнощелоч­ ная среды губительно действуют на бактерии.

В результате климатических испытаний были определены пленко­ образователи с наименьшей биологической повреждаемостью. К ним относятся все полимеры, обладающие низким водопоглощением: по­ лиолефины, полифторолефины, виниловые, полиакрилатные, крем­ нийорганические, феноло­ и мочевиноформальдегидные (отверждае­ мые при нагревании), эпоксидные и др. Достаточно стойки к дейст­ вию микроорганизмов покрытия на основе природных олигомеров ­ битумов, канифоли, шеллака, что объясняется их кислотными свой­ ствами. В отличие от этих пленкообразующих веществ, большинство воднодисперсионных, нитратцеллюлозных, масляных, алкидных ла­ ков и красок образуют недостаточно стойкие к действию микроорга­ низмов покрытия. В условиях тропиков такие покрытия быстро по­ крываются плесенью, теряют глянец, их защитные функции резко снижаются. Стойкость масляных покрытий заметно возрастает с по­ вышением температуры сушки.

Пигменты и наполнители в большинстве случаев улучшают защитные функции покрытий. Механизм их действия сводится к уменьшению гидрофильности пленок и направленному изменению рН среды. Последнее характерно для пигментов, имеющих основной характер (цинковые и свинцовые белила, карбонат кальция и др.). Ряд пигментов (сульфиды кадмия, соединения меди) оказывают ток­ сическое действие на микроорганизмы. Аналогичный эффект про­ является при введении в состав красок, служащих верхним покры­ тием, 0,1­2,0 % фунгицидов ­ органических соединений меди, оло­ ва, цинка (8­гидроксихинолинат меди, диметилтиокарбамат цинка, бис(трибутил)оксид олова, тетрахлорфенол, о­фенилфенол, пента­ хлорфенолят меди и др.). Хорошие результаты, в частности в эпок­ сидных покрытиях (грибостойкость 0­1 балл), показали тиурам Д, нистатин, трихоцетин, а также смеси салициланилида с изобутило­ вым эфиром и­оксибензойной кислоты в количествах 0,5­10 %.

Из биоцидов, отвечающих более высоким требованиям по ток­ сичности, следует указать на карбендиазим, хлорфталонин, октили­ зотиазолинон и др.

Для защиты покрытий во время транспортировки и складского хранения применяют фунгицидные смазки (ФП­1, ФП­2), состоящие из воска, парафина, уайт­спирита и 10 % трихлорфенолята меди или пентахлорфенола.

214

Обрастание покрытий. От обрастания морскими организмами в наибольшей степени страдает морской флот.

Степень обрастания определяется многими факторами: геогра­ фическим районом моря, температурой, соленостью и скоростью движения воды, глубиной погружения объекта и др. Наибольшая плотность личинок обрастателей (балянусы, мидии, моллюски, мор­ ские уточки и др.) в прибрежных районах тропических морей на глу­ бине до 15 м. Именно там и наблюдается самая большая скорость обрастания, доходящая до 100 г/(м2 • сут).

Для защиты морских судов и гидротехнических сооружений от обрастания применяют необрастающие покрытия. Они состоят из пленкообразующей основы и токсинов (ядов). В качестве пленкооб­ разователей используют канифоль и ее эфиры, перхлорвинил, хлор­ каучук, сополимеры винилхлорида с винилацетатом, хлорсульфи­ рованный полиэтилен, синтетические каучуки. Ядами служат оксид меди(1), бис(трибутил)оксид олова, 10­хлорфеноксиарсин, трифенил­ ацетат свинца, метаборат бария, анилид салициловой кислоты, фе­ нолы и их производные, соединения карбаминовой, тио­ и дитио­ карбаминовой кислот и др. В отдельных случаях функции пленкооб­ разователя и токсина может выполнять одно соединение, например оловосодержащие полимеры и сополимеры акриловой, малеиновой и других кислот.

Некоторые из перечисленных соединений, в первую очередь олово­ и мышьяксодержащие, будучи эффективными биоцидами, не отвечают требованиям по экологии водных бассейнов, поэтому ог­ раниченно применяются в судостроении. В ОАО НПФ "Пигмент" разработана серия новых противообрастающих составов (КФ­5225, ХВ­5286, система покрытий "Шанс" и др.) со сроком защитного дей­ ствия 1,5 года и более.

Необрастающие покрытия служат своеобразным защитным барь­ ером в системах противокоррозионных подводных покрытий. Важ­ ное требование к ним ­ обеспечение такой степени извлечения ток­ синов, которая бы губительно действовала на обрастателей.

Выделение токсинов может происходить: 1) в результате дозиро­ ванной диффузии из пленки, 2) посредством частичного растворе­ ния пленкообразующего вещества (самополирующиеся составы).

Для достижения нужного эффекта содержание ядовитых веществ в пленке должно быть большим [например, 50­70 % Си2 О; скорость растворения этого токсина не менее 0,1 г/(м2 • сут)].

Принцип биологического воздействия на микроорганизмы мо­ жет быть использован не только для борьбы с обрастанием, но и для обеспечения бактерицидного и бактериостатического эффекта. Так,

215

По ГОСТ 9.104 и ГОСТ 9.032 определены макроклиматические районы, различающиеся климатом (умеренный, холодный, умерен¬ но­холодный, морской и т. д.), и основные факторы, воздействую¬ щие на покрытия.

Типичные признаки разрушения покрытий ­ изменение цвета, потеря глянца, меление, растрескивание, отслаивание, появление то­ чек и очагов коррозии металла. В соответствии с макроклиматиче­ скими условиями эксплуатации и факторами, воздействующими на покрытия, рекомендуются для применения соответствующие лако­ красочные материалы и системы покрытий.

Высокую атмосферостойкость проявляют покрытия на основе по­ ливинилфторида, полиакрилатов, хлорсульфированного полиэтиле­ на, сополимеров винилхлорида, перхлорвинила, эпоксидно­винило­ вых, меламиноалкидных, полиэфирных, эпоксиэфирных, полиуре­ тановых, акрилуретановых, алкидноуретановых и пентафталевых пленкообразователей. Эти покрытия успешно используются при за­ щите изделий и объектов, эксплуатирующихся в атмосферных усло­ виях (железнодорожные вагоны, автомобили, сельскохозяйственное и подъемно­транспортное оборудование, мостовые сооружения и др.).

Пигменты могут существенно изменять скорость старения по­ крытий.

На старение многослойных покрытий (изменение блеска, меле­ ние и начало коррозии металла) большое влияние оказывает при­ рода грунтовочного слоя. Особенно эффективны грунтовки и по­ крытия, содержащие в качестве пигмента порошки цинка, а также светоотражающие покрытия, выполняющие роль промежуточного слоя.

В большей степени сохранность покрытий в атмосферных усло­ виях определяется подготовкой поверхности. Оптимальные способы подготовки ­ струйно­абразивная очистка, кристаллическое фосфа­ тирование или оксидирование.

Сложность процессов старения покрытий обусловливает необ­ ходимость их всесторонней и правильной оценки. Наиболее объек­ тивную характеристику стойкости покрытий дают натурные испы­ тания, проводимые на испытательных станциях или атмосферных площадках в различных климатических зонах. Такие климатические зоны определены как в пределах нашей страны, так и на мировом пространстве. Существует огромное количество испытательных стан­ ций, куда могут быть направлены образцы покрытий для проведения испытаний в соответствии с требованиями заказчика. При атмо­ сферных испытаниях оцениваются практически все основные виды разрушений.

217

Г Л А В А 7

С ПО С О БЫ НАНЕСЕНИЯ ЛАКО КРАС О ЧНЫХ МАТЕРИАЛО В НА ПО ВЕРХНО СТЬ

3а многовековую историю применения лаков и красок определи¬ лись разнообразные способы их нанесения на поверхность. Пер­ воначально применяли исключительно ручные способы окрашива­ ния. С увеличением масштабов потребления лакокрасочных мате­ риалов и расширением их ассортимента совершенствовались и спо­ собы нанесения. Основное внимание при этом обращалось на воз­ можность механизации и автоматизации процессов, повышение производительности труда, снижение потерь материалов, уменьше­ ние энергетических и других затрат, улучшение качества покрытий. Существующий набор способов позволяет наносить любые жидкие и порошковые лакокрасочные материалы в непрерывном и периоди­ ческом режимах на изделия и объекты разной формы и размеров. При этом до минимума сократилось время нанесения и резко воз­

росла производительность труда.

7.1. КЛА С С ИФИКА ЦИЯ С ПО С О БО В О КРАШИВАНИЯ

Различают способы нанесения жидких и порошковых лакокра­ сочных материалов.

Нанесение жидких лакокрасочных материалов, как и любых жидкостей, на твердую поверхность основано на:

1) превращении их в аэрозоли с последующим осаждением и коагуляцией в тонком слое;

2)смачивании поверхности (адсорбции);

3)отложении (осаждении) вещества из жидкой среды (раствора или дисперсии) при воздействии электрического тока, нагревания и т. д.;

4)испарении и последующей адсорбции из газовой или паровой фазы (для мономеров).

К первой, наиболее распространенной группе способов относят­ ся: пневматическое распыление, электростатическое распыление, гид­ равлическое (безвоздушное) распыление, аэрозольное распыление. Общим для всех этих способов является то, что жидкий лакокрасоч­ ный материал предварительно диспергируется ­ превращается в со­ стояние аэрозоля. От свойств аэрозоля и от того, насколько он полно

219

осаждается и коагулирует на поверхности, зависят экономика и каче¬ ство получаемых покрытий.

Вторую группу способов составляют окунание, облив, окраши­ вание валиками, в барабанах, кистями и другими ручными приспо­ соблениями. Для их осуществления необходим прямой контакт твер­ дой поверхности и жидкого лакокрасочного материала и возможно более полное взаимодействие (смачивание).

Третью группу представляют такие перспективные способы, как электро­ и хемоосаждение.

К четвертой группе относятся сравнительно новые способы: по­ лимеризация в тлеющем разряде, инициированная полимеризация мономеров из паровой фазы и др. В этом случае, как и при электро­ полимеризации, процесс нанесения (осаждения) мономерного или олигомерного пленкообразующего вещества совмещается с процес­ сом его химического превращения, приводящего к образованию го­ тового покрытия. В других случаях процессы нанесения и отвержде­ ния (сушки) материала четко разделяются как во времени, так и по аппаратурному оформлению.

Нанесение порошковых лакокрасочных материалов основано на их способности легко превращаться в аэрозоли. Аэрозоли осаж­ даются на твердой поверхности в результате:

1) электризации аэрозольных частиц (сообщается заряд, проти­ воположный по знаку заряда изделия);

2)контактирования аэрозоля с нагретой поверхностью;

3)контактирования аэрозоля с липкой поверхностью субстрата;

4)конденсации аэрозоля на холодной поверхности.

В отдельных случаях применяют нанесение порошковых красок на горизонтальную поверхность насыпанием, насеиванием и т. д.

На схеме (см. с. 222) приведены основные способы нанесения ла­ кокрасочных материалов на поверхность. Удельное значение указан­ ных способов в промышленности Российской Федерации и потери при этом лакокрасочных материалов иллюстрируются данными табл. 7.1.

Более 75 % всех лакокрасочных материалов (как жидких, так и порошковых) в настоящее время наносят способами, основанными на аэрозольной технологии. Это связано с тем, что в состоянии аэро­ золей наиболее легко осуществляются дозирование лакокрасочных материалов, зарядка и тонкослойное распределение на поверхности. Однако многие из этих способов неэкономичны, так как связаны с большими потерями лакокрасочных материалов. Особенно это от­ носится к способу пневматического распыления, где среднее значе­ ние потерь составляет 45 %.

Все способы нанесения жидких и порошковых красок подраз­ деляются на механизированные и ручные. Первые используют при

220