2. Материалы защитно-декоративных покрытий и их свойства

2.1. Классификация материалов защитно-декоративных покрытий

Изделия из древесины и древесных материалов, на которых форми­руются защитно-декоративные покрытия, могут эксплуатироваться в различных условиях: в закрытых отапливаемых помещениях (ме­бель) ; в атмосферных (окна, двери, садовая мебель, спортивный инвен­тарь) ; в среде, насыщенной парами растворителей и других реагентов (лабораторная мебель) и т. д. В соответствии с этим к ним предъявляет­ся комплекс специфических требований, в частности по атмосферостой-кости, термостойкости, химической стойкости, твердости, эластичности, адгезии, цвету, глянцу и т. д. Отсюда вытекают и соответствующие требо­вания к лакокрасочному материалу, который должен обеспечить получе­ние покрытий с заданными свойствами. Зта задача решается нанесением на поверхность изделия адгезированной пленки на основе органических веществ. Пленки при этом могут быть одно-, двух- и многослойными. Композиции, способные обеспечить формирование на подложке сплош­ных полимерных покрытий с заданным комплексом свойств (адгезия, механическая прочность, термо- и химическая стойкость, цвет и др.), называютсялакокрасочнымиматериалами.

Лакокрасочные материалы представляют собой многокомпонентные системы, в состав которых входят пленкообразующие вещества, раст­ворители и разбавители, красящие вещества, наполнители, целевые добавки (катализаторы, ингибиторы, структурирующие и антифлота­ционные добавки и пр.).

Среди различных компонентов лакокрасочных материалов в наиболь­шей степени определяют свойства лакокрасочных покрытий пленкооб­разующие вещества (пленкообразователи), в качестве которых приме­няют полимеры, олигомеры, мономеры или их композиции, способные формировать адгезированную пленку (покрытие) в результате физико-химических или химических превращений на подложке.

Пленкообразующие вещества можно классифицировать по их хими­ческой природе, молекулярной массе, способности к химическим прев­ращениям при формировании покрытия, происхождению и т. д.

В технике отделки древесины в качестве пленкообразователей при­меняют природные и синтетические материалы. Природные пленко­образователи подразделяются по молекулярной массе на низкомолеку­лярные (канифоль и ее производные, тропические и субтропические смолы, ископаемые смолы, растительные масла, битумы, воски) и высо­комолекулярные (нитроцеллюлоза и ее производные, белки). Синте­тические материалы, являющиеся высокомолекулярными соединения­ми, чаще всего классифицируют по способности к химическим превра­щениям при формировании покрытия. По этому признаку известны полимеризационные (полихлорвинил, поливинилацетат, полистирол, полиакрилаты) и поликонденсационные (феноло- и карбамидоформаль-дегидные, полиэфирные, эпоксидные, полиуретановые) материалы.

Основные требования к пленкообразующему веществу: 1) достаточ­ная химическая инертность после его превращения в адгезированное покрытие, природа "активной" внешней среды определяется условия­ми эксплуатации покрытий (температура, концентрация химических реагентов, активность газовой и жидкой фаз и пр.); 2) низкая прони­цаемость, необходимо, чтобы компоненты внешней среды не только не разрушали покрытие, но и не проникали через него в течение заданного периода; 3) высокая адгезия, необходимо, чтобы прочность сцепления покрытия с подложкой не менялась или менялась незначительно при заданных режимах эксплуатации изделия; 4) комплекс физико-механи­ческих показателей (прочность, твердость, эластичность и пр.).

Связующее вещество - полимер с высокой молекулярной массой, обеспечивающий технические свойства покрытия. При получении покры­тий из мономеров или олигомеров необходимо создать химические связи между молекулами пленкообразователя, при достаточной частоте которых полимерная часть пленки превращается в одну пространствен­ную молекулу. В результате повышается твердость, прочность, атмосфе-ростойкость, снижается растворимость и обеспечиваются другие техни­ческие свойства. Такие покрытия являются необратимыми.

Применяются также покрытия (например, шеллачные) со связую­щим с небольшой молекулярной массой, в котором межмолекулярное взаимодействие обусловливается только силами Вандер-Ваальса (физи­ческой, а не химической природы). Такие покрытия относятся к низкокачественным. Полимеры могут формировать покрытия с хорошими защитными свойствами также без химических превращений на подлож­ке, приводящих к образованию пространственного полимера. Такие пленки называют термопластичными, а покрытия — обратимыми, так как они могут быть смыты с помощью растворителей.

Пленкообразующаясистема(ПС) — это состояние пленкообразующего вещества, обеспечивающее возможность его сме­шения с другими компонентами лакокрасочных составов (красящими веществами, пластификаторами, наполнителями, отвердителями и т. д.) и последующего пленочного распределения всей композиции и под­ложке. Пленкообразующая система может быть однофазной (100%-ный пленкообразователь или его раствор — лак) или двухфазной (дисперсия пленкообразователя в водной, органической или газовой фазе в порош­ковых красках).

Как правило, превращение пленкообразующего вещества в пленко­образующую систему — физико-химический процесс (растворение, дис­пергирование) . В отдельных случаях пленкообразующая система получа­ется уже при синтезе пленкообразующего вещества (например, при лако­вой и эмульсионной полимеризации мономеров). Иногда оба термина сов­падают: например, высыхающие масла, некоторые так называемые 100 %-ные пленкообразователи и мономеры, не содержащие растворите­лей, одновременно являются и пленкообразующими системами. Они не содержат "лишних" компонентов, необходимых для перевода пленко­образующего вещества в состояние пленкообразующей системы (напри­мер, растворителя или разбавителя).

Лаки — пленкообразующие системы или лакокрасочные материа­лы, представляющие раствор полимерного или олигомерного пленкооб­разующего вещества в летучей жидкости.

Грунтовки— лакокрасочные материалы, предназначенные для получения первого (от подложки) слоя лакокрасочного покрытия. Основные функции грунтовки: обеспечение адгезии всего покрытия к подложке, улучшение розлива последующих слоев лакокрасочных материалов, создание изолирующего слоя, препятствующего впитыва­нию лаков в подложку, проявление текстуры древесины.

Ш патлевки— высоконаполненные материалы, предназначенные для выравнивания поверхности, а также улучшения адгезии и розлива покровных лакокрасочных материалов.

Краски— это суспензия тонкоизмельченных пигментов в раство­рах пленкообразующих систем, предназначенная для формирования непрозрачных цветных покрытий.

Эмалиотличаются от красок наличием более диспергированных пигментов и большим содержанием синтетических пленкообразователей, что позволяет получить более блестящие покрытия.

6 зависимости от требований, предъявляемых к лакокрасочным покрытиям, используются различные пленкообразующие вещества, различающиеся как по физическим, так и по химическим свойствам. За последние годы для отделки древесины получили широкое распрост­ранение полиэфирные, карбамидоформальдегидные, уралкидные, поли-винилбутеральные, полиуретановые и нитроцеллюлозные лакокра­сочные материалы.

При выборе лакокрасочных материалов следует учитывать их физико-технические свойства в связи с выбором метода нанесения и эксплуата­ционными требованиями к покрытиям, психофизиологическое воздейст­вие покрытия на человека (блеск, матовость, цвет, фактура), требова­ния технической эстетики.

В настоящее время все больше в производстве изделий из древесины применяют матовые покрытия, поэтому разработка лакокрасочных материалов с матовым эффектом, обладающих высокими физико-механическими свойствами, полученных на основе доступного сырья, чрезвычайно актуальна и отвечает требованиям дальнейшего совершенст­вования технологии защитно-декоративных покрытий.

'Матовая отделка отвечает современным эстетическим требованиям: не утомляет зрение, подчеркивает текстуру и цвет ценных пород древе­сины. Применение матовых лаков диктуется также экономическими соображениями, так как матовое покрытие не требует дополнительного облагораживания поверхности, меньше расход лакокрасочного материа­ла и трудоемкость отделки.

При получении матовых покрытий важно выбрать способ достижения матирующего эффекта. Чаще всего в лаки вводят матирующие добавки, такие как тонкокристаллический полиэтилен, стеараты цинка, кальция, алюминия, магния.

Разработан очень простой способ изготовления лаков с матирующим эффектом. Микронизированная двуокись кремния вводится в лак и перемешивается. Малые размеры частиц двуокиси кремния имеют очень большую удельную поверхность. Как известно, степень, блеска поверх­ности находится в прямой зависимости от количества отраженного света. При введении матирующего агента в пленке создаются микроне­ровности, обусловливающие рассеивание света, что воспринимается как матирующий эффект. Показатель преломления двуокиси кремня 1,452 близок к показателю преломления смол, используемых в качестве пленкообразующих, поэтому дисперсии матирующей добавки на основе обработанной двуокиси кремния в лаковых покрытиях образуют про­зрачные системы.

Ежегодное увеличение выпуска мебели и других изделий из древеси­ны и древесных материалов в нашей стране приводит к постоянно воз­растающему дефициту древесных и облицовочных материалов, особенно _: строганого шпона древесины ценных пород. Это является основной причиной того, что в промышленности в последние годы все шире используют синтетические облицовочные материалы, к которым отно­сятся декоративные бумажно-слоистые пластики, различные бумажные пленки из синтетических полимерных материалов.

При использовании синтетических облицовочных материалов обеспе­чиваются не только высокие декоративность и защитные свойства по­крытий, но необходимо изменить технологию изготовления изделий. Так, при использовании некоторых видов отделочных пленок совме­щаются операции облицовывания деталей и получения защитно-декора­тивных покрытий. При этом отпадает необходимость в отделке жидкимилакокрасочными материалами, что значительно повышает производитель­ность, сокращает производственный цикл, экономит дорогостоящиематериалы, упрощаются операции нанесения, не требуется сложного оборудования для отверждения и облагораживания покрытий, умень­шается потребность в производственных площадях и вентиляционных устройствах.

Применяемые для отделки древесины лакокрасочные материалы по своим свойствам с учетом способа нанесения,, отверждения, физико-механическим характеристикам и декоративности не являются универ­сальными. Поэтому одно из направлений совершенствования технологии отделки связывают с возможностью регулирования свойства материалов за счет применения модифицирующих добавок или создания особых условий проведения технологических операций. Однако основным фактором, оказывающим существенное влияние на свойства лакокра­сочных материалов, являются свойства пленкообразующих веществ, которые, в свою очередь, определяются их химическим составом, вели­чиной и структурой молекул.

Все материалы защитно-декоративных покрытий делятся натри груп­пы: твердые облицовочно-отделочные, жидкие лакокрасочные и порош­ковые.

В группу твердых облицовочно-отделочных материалов входят шпон строганый и лущеный, в том числе микрошпон; пластики, в том числе слоистые (ДБСП); полимерные пленки (ПВХ и другие сополимеры); бумажно-смоляные пленки. Последние делятся на ламинаты (пленки, обладающие собственной адгезией), грунтовочные, декоративные без окончательного эффекта (после облицовывания ими требуется отделка жидкими лакокрасочными материалами) и декоративные с окончатель­ным эффектом.

Жидкие лакокрасочные материалы могут быть на основе природных пленкообразователей и на основе синтетических пленкообразователей. Материалы каждой из подгрупп могут быть органорастворимые и водоразбавляемые. Водоразбавляемые делятся на водорастворимые и водо-дисперсионные. Все жидкие лакокрасочные материалы имеют следующие готовые к использованию формы: грунтовки, шпатлевки, лаки, краски, эмали.