Основные компоненты лакокрасочных материалов кратко

ОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ ЛАКОКРАСОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ - Морозовский Химический Завод

Для приготовления лакокрасочных материалов используют различные компоненты. Ино-гда рецептура лакокрасочного материала включает в себя до 20 и более компонентов; назовем основные из них.

Лаки — растворы смол в летучих органических растворителях или воде. При введении в лак пигментов и наполнителей получают эмаль. При нанесении лака или эмали на по­верхность растворитель улетучивается, а нелетучая часть образует пленку.

Олифы — растительные масла, обработанные особым способом. Пленка таких масел, на­несенных на поверхность тонким слоем, под влиянием света и кислорода воздуха под­вергается внутренним изменениям и отвердевает. Для приготовления красок используют натуральные (льняные, конопляные, тунговые, касторовые и др.) и синтетические олифы.

Пигменты — сухие красящие вещества минерального происхождения, не растворяющиеся в связующем, имеют устойчивую форму, не меняют форму и цвет. Пигменты вводят в состав грунтовок, шпатлевок, красок, эмалей, чтобы придать им нужный цвет. Вместе с тем пигменты влияют и на защитные свойства покрытий. Они повышают твердость и прочность пленки, уменьшают ее водо-, кислородо-, и солепроницаемость, оказывают влияние на высыхание пленкообразующей основы. Некоторые пигменты придают покрытию дополнительные противокоррозионные свойства.

Наполнители — инертные вещества, вводимые в лакокрасочный материал для снижения расхода пигментов, а также для улучшения барьерных свойств (препятствуют проникновению активных веществ к подложке). В материалах производства Морозовского химического завода используются наполнители чешуйчатой формы, которые увеличивают физико-механические показатели (увеличивают удар и т.д.), делают наполнение пленки более плотным и равномерным.

Пластификаторы — вещества, которые повышают эластичность пленки покрытия. В качестве пластификаторов применяют растительные масла невысыхающего типа, различные смолообразные вещества. Пластификаторы должны хорошо совмещаться с пленкообразующей основой и не изменять цвет покрытия под влиянием солнечных лучей.

Отвердители — вещества, используемые для отверждения термореактивных лакокрасочных материалов (эпоксидных, полиэфирных, полиуретановых и др.). В результате взаи­модействия реакционноспособных групп пленкообразующей основы и отвердителя обра­зуется твердая нерастворимая пленка с трехмерной молекулярной структурой. Важно точно соблюдать количество отвердителя, так как перерасход его приведет к нарастанию жесткости покрытия, которое станет хрупким, а недорасход к плохому отверждению.

Растворители — органические летучие жидкости, способные растворить пленкообразую­щую основу. Вводят в состав лакокрасочных материалов для придания им такой конси­стенции, при которой их можно наносить на окрашиваемую поверхность тонким равно­мерным слоем. После нанесения покрытия растворитель улетучивается из пленки.

Разбавители — органические летучие жидкости, не растворяющие пленкообразующую основу, но способные разводить лакокрасочный материал до рабочей вязкости. Одно и то же вещество, например, ацетон или скипидар, может быть растворителем для одних пленкообразователей и разбавителем для других.

Сиккативы – (катализатор высыхания) вещества, ускоряющие высыхание растительных масел и лакокрасочных материалов, содержащих эти масла. Сиккатив поглощает кислород воздуха и быстро передает его маслу, благодаря чему сокращается время, необходимое для образования твердой пленки покрытия. Сиккативы представляют собой соли различных металлов: ко­бальта, марганца, кальция, свинца и др. В некоторых случаях сами пигменты являются ускорителями высыхания красок (например, свинцовый сурик, свинцовые белила и др.).

Компоненты лакокрасочных материалов

Основными компонентами лакокрасочных покрытий являются: пленкообразующие, растворители, пигменты и красители, пластификаторы, наполнители, сиккативы.

Пленкообразующие вещества являются главной составной частью лакокрасочных материалов. Защитная пленка, создаваемая пленко-образователями, должна обладать хорошей адгезией и быть прочной. Пленка одновременно служит и связующим для порошкообразных частиц пигментов и наполнителей лакокрасочного материала.

Пленкообразующие представляют собой природные или синтетические высокомолекулярные соединения, способные при нанесении на поверхность тонким слоем образовывать покрытие. В качестве пленкообразующих используются олифы и лаки. Исходным материалом для олиф служат растительные масла, для лаков — различные смолы.

Растительные масла разделяются на три группы: высыхающие (льняное, конопляное, тунговое), полувысыхающие (подсолнечное, хлопковое, соевое) и невысыхающее (оливковое, касторовое). Процесс высыхания сырого льняного необработанного масла длится до 14 суток, а конопляное и другие сохнут еще дольше.

После термической обработки этих масел с добавлением сиккатива получают натуральные олифы, срок сушки которых достигает 1 ...2 суток. Термическая обработка заключается в нагреве масла до температуры 275 °С без доступа воздуха или масло нагревают до температуры 160 °С с непрерывным продуванием воздухом. В первом случае происходит полимеризация — уплотнение молекул, второй процесс называется оксидацией с дополнительной обработкой в некоторых случаях серой. Вторым методом получают полунатуральные олифы.

Пленки полунатуральных олиф отличаются от пленок натуральных большей глянцевостью, твердостью и водостойкостью. Однако они быстрее теряют эластичность. В последние годы распространение находят синтетические олифы, являющиеся растворами алкидных смол (глифталевой и пентафталевой) и термически обработанных полувысыхающих масел в бензине — растворителе.

Смолы являются пленкообразователями не только для лаков, но и входят в состав других материалов (эмалевые краски, шпаклевки и др.).

Смолы разделяются на естественные (канифоль, шеллак, янтарь), искусственные (продукты переработки каменного угля, сланцев, древесины) и синтетические (алкиднофенольные, эпоксидные, перхлорвинил овые, полиуретановые, кремнийорганические).

Растворители представляют собой легколетучие органические жидкости, растворяющие пленкообразующую основу лака или краски.

Разбавители в отличие от растворителей разбавляют уже растворенную среду. Растворители и разбавители вводят для того, чтобы придать материалу вязкость, необходимую для нанесения его на поверхность тонким равномерным слоем. После нанесения покрытия растворитель полностью улетучивается из пленки. На вагоностроительных и вагоноремонтных заводах и в депо применяют следующие растворители: продукты перегонки нефти — уайт-спирит, керосин, бензин; ароматические углеводороды — ксилол, бензол, сольвент, толуол; продукты переработки древесины — скипидар.

Пигменты представляют собой тонкодисперсные красящие порошки, нерастворимые или слабо растворимые в пленкообразующей основе и придающие пленке лакокрасочного материала необходимый цвет.

Они повышают твердость и прочность покрытия, уменьшают его водопроницаемость. Пигменты разделяются: по происхождению—на естественные и искусственные; по составу — на минеральные и органические. К естественным пигментам относятся земляные краски, представляющие собой глины, окрашенные окислами металлов в различные цвета от желтого до краснокоричневого — охры, мумие, сиена жженая, железный сурик. Эти пигменты практически не выцветают.

К искусственным пигментам, которые изготавливаются химическим путем, относятся белила цинковые, свинцовые, титановые, лазурь, киноварь и др.

Красители в отличие от пигментов представляют собой органические соединения, растворимые в пленкообразующем веществе и растворителях. Красители используют для придания пленке цвета с сохранением в большинстве случаев прозрачности.

Наполнители — это инертные вещества, представляющие собой мелкодисперсные продукты, которые используют для разбавления слишком насыщенных и укрывистых пигментов, а также для удешевления красок и повышения адгезии, атмосферостойкости, прочности и водостойкости покрытий.

Пластификаторы — нелетучие компоненты, сохраняющиеся в пленке после ее высыхания и сообщающие ей пластичность и лучшую сцепляемость с окрашиваемой поверхностью. Пластификаторы должны хорошо смешиваться с пленкообразующей основой, быть нейтральными и химически стойкими, обладать устойчивостью против действия света и атмосферных осадков, быть безвредными. В качестве пластификаторов применяют дибутилфталат, три-фенилфосфат, касторовое и хлопковое масла.

Сиккативами называются вещества, которые ускоряют высыхание растительных масел и лакокрасочных материалов, содержащих эти масла, за счет поглощения кислорода воздуха и быстрой передачи его маслу. Оптимальная скорость высыхания достигается при определенном количестве сиккатива. Введение сиккатива в больших количествах может привести к липкости пленки, вызывает ускорение процесса старения пленки. В качестве сиккативов применяют растворы свинцово-марганцевых и других солей нафтеновых кислот совместно с кислотами высыхающих и полувысыхающих масел в бензине-растворителе или скипидаре.

краски и лаки - Студенты | Britannica Kids

Введение

Использование красок и лаков для украшения почти так же старо, как и сама человеческая культура. Доисторические люди использовали цветную землю и глину, чтобы делать ритуальные рисунки на стенах пещер. Столетия спустя азиатские культуры разработали твердые прозрачные лаки, чтобы придать блеск своим произведениям искусства и ремеслам.

Однако современные краски и лаки не только украшают, но и защищают поверхности от гниения и коррозии. Например, здания, мосты и машины нуждаются в краске и лаке, которые защищают их поверхности, а управляемые ракеты, ракеты и космические корабли нуждаются в покрытиях, устойчивых к трению и экстремальным температурам. Краска широко используется в быту, а также в промышленности, потому что окрашенные поверхности привлекательны и их легко содержать в чистоте. Производство красок и лаков является основной отраслью промышленности во многих промышленно развитых странах.

Краски и лаки делятся на три категории: архитектурные, продуктовые и покрытия специального назначения. Архитектурные покрытия составляют самый большой сегмент рынка красок и используются для украшения, защиты и ухода за домами и другими зданиями. Покрытия продуктов покрывают автомобили, грузовики, самолеты, корабли, мебель, оборудование и тысячи других продуктов. Покрытия специального назначения разрабатываются для таких применений, как отражающая дорожная краска или для корпусов судов, которые должны выдерживать экстремальные условия.

Ингредиенты для красок и лаков

Краски состоят из трех основных компонентов: пигментов, связующих веществ и растворителей. Пигменты предназначены для окрашивания, покрытия и защиты поверхности. Органические и неорганические пигменты доступны в широком спектре цветов. Органические пигменты, хотя часто и дороже неорганических красок, предлагают более широкий диапазон оттенков. Неорганические пигменты получают из различных металлических руд. Наиболее часто используемым из этих пигментов является белый диоксид титана. Другие пигменты включают сажу, сурик, желтый хром, оранжевый молибдат, желтый цинк и оксиды железа.

Пигменты диспергированы в связующих, часто называемых смолами, которые обеспечивают защитные и механические свойства пленки краски. По мере высыхания связующее вещество или смола образует пленку, которая позволяет краске прилипать к поверхности. Первые связующие были изготовлены из натуральных материалов, таких как льняное и соевое масло. Эти вещества до сих пор используются в масляных красках для дома. Натуральные материалы также можно комбинировать с более быстросохнущими и более прочными синтетическими смолами, составляющими более 90 процентов сегодняшних связующих. К синтетическим связующим относятся алкидные смолы на основе кислот, ангидридов и спиртов; акриловые связующие; и виниловые, эпоксидные, уретановые и другие специальные смолы, которые используются, когда требуется химическая стойкость или дополнительная прочность и адгезия. Акриловые смолы являются обычным компонентом глянцевых латексных красок.

Пигментно-связующая дисперсия растворяется в растворителе, регулирующем консистенцию краски, и испаряется после нанесения краски. Без растворителя смесь пигмента и связующего была бы слишком густой, чтобы ее можно было легко и равномерно распределить по поверхности. Для красок на неводной основе используются масляные растворители, такие как толуол и ксилол. Некоторые растворители получают из спиртов, тогда как другие, в том числе уайт-спирит и лигроин, перегоняют из нефти. Эфиры с резким запахом содержатся в прозрачных лаках, а кетоновые растворители используются для приготовления и удаления краски. До тех пор, пока не были введены синтетические смолы, скипидары древесного происхождения были стандартными растворителями для красок.

Помимо пигмента, связующего вещества и растворителя, краски также содержат другие добавки. Они могут содержать загущающие наполнители, такие как карбонат кальция и тальк, диспергирующие и осушающие агенты или фунгициды, средства против плесени и средства против обрастания. К специальным добавкам относятся антикоагулянты, средства против образования пленки, выравнивающие вещества, дезодоранты и антипирены.

Лаки подчеркивают естественную красоту дерева и других декоративных поверхностей и защищают материалы от влаги, экстремальных температур и износа. Двумя основными классами лаков являются масляные и спиртовые. Масляные лаки используются для отделки морилки или шлифованной древесины. Их изготавливают путем смешивания олифы, такой как льняное или тунговое масло, со смолами, а затем разбавления смеси растворителем. Осушающие агенты включены для ускорения процесса сушки. Лаки с более высоким соотношением смолы и масла дают твердую блестящую поверхность, в то время как более разбавленные лаки менее глянцевые. Хотя в прошлом использовались натуральные смолы, сегодня более популярны синтетические фенольные смолы, кумарон и смолы на основе углеводородов.

Спиртовые лаки состоят из смол, растворенных в растворителях, таких как скипидар. Сушка происходит за счет испарения, а не с помощью осушающих агентов, добавленных к лаку. Обычные спиртовые лаки включают шеллак и лаки. Твердые, устойчивые к истиранию пленки шеллака делают его пригодным для герметизации новой древесины. Прочные лакокрасочные материалы из акрила и других полимеров являются идеальным покрытием для металлических и других недеревянных поверхностей.

Типы и применение

Различные краски и лаки производятся для домовладельцев, художников и промышленных потребителей. Каждая группа требует различных типов красок и лаков для своего конкретного применения.

Внутренние покрытия

Типичный дом строится из различных материалов — дерева, металла, пластика, бетона, бумаги и стеновых панелей. В результате большинство домовладельцев используют различные лаки и различные латексные, масляные, эмалевые и светящиеся краски, чтобы они соответствовали поверхностям и состоянию материалов дома.

Краски на водной основе, называемые латексными красками, составляют около двух третей рынка красок для внутренних работ и обычно используются для наружных поверхностей, внутренних стеновых панелей и отделки. Виниловые смолы смешиваются с большинством интерьерных глянцевых и матовых латексных красок для стен. Полуглянцевые и высокоглянцевые акриловые латексные краски покрывают отделку и часто используемые поверхности.

Покрытия на масляной основе, изготовленные в основном из алкидных смол, составляют баланс рынка красок для внутренних работ. Один класс этих красок — эмали — при высыхании образует твердый глянцевый слой. Эмали часто наносят на поверхности, подверженные высокой влажности или суровым погодным условиям. Краски на масляной основе менее популярны, чем краски на водной основе, которые легче наносятся, быстрее сохнут, относительно не имеют запаха и легко смываются с кистей и других поверхностей.

Люминесцентные краски изготавливаются для испускания света или свечения в темноте. Они сделаны из флуоресцентных пигментов, которые после воздействия источника излучения, такого как солнечный свет, излучают собственный свет. Фосфоресцентные пигменты также будут светиться в темноте после воздействия возбуждающего излучения. Эти краски можно использовать для светящихся номеров домов и маркировки на бордюрах, почтовых ящиках или других объектах, которые должны быть видны на видном месте.

Для защиты деревянных полов, мебели, отделки и других деревянных поверхностей обычно используется несколько слоев лака. Перед нанесением лакового покрытия древесину обычно герметизируют и окрашивают. Лаки часто представляют собой высокоглянцевые разновидности, которые после высыхания образуют прозрачную твердую поверхность.

Художественные покрытия

В прошлом каждый художник готовил свои собственные материалы из доступного сырья. Частные формулы пигментов и смесей ревностно охранялись. Сегодня коммерческие поставщики произведений искусства предлагают широкий ассортимент готовых красок: масляные, акриловые и алкидные, темперные и акварельные.

Элементарный углерод дает черные пигменты, а металлические руды, такие как медь, золото и серебро, производят различные цветные пигменты. Белый свинцовый пигмент, который является токсичным, был заменен оксидом титана. Неорганические красители производятся с использованием минералов с такими металлическими элементами, как кадмий, хром, марганец и кобальт. В настоящее время производится около 30 синтетических органических пигментов, в том числе азоики, дающие красный, оранжевый и желтый цвета, и хинакридоны, дающие красно-пурпурный и фиолетовый.

Льняное масло, полученное из растения льна, широко используется в качестве связующего в масляных красках художников. Эти краски продаются в виде густых паст в тюбиках. Художники добавляют больше масла или других растворителей, чтобы изменить консистенцию краски и облегчить смешивание различных цветов.

Акриловые и алкидные художественные краски были разработаны на основе покрытий, изначально предназначенных для использования в качестве архитектурных и товарных красок. Свойства алкидов аналогичны маслам, и эти два материала можно смешивать. Акриловые краски — это краски на водной основе, которые напоминают гибриды акварели и масла, хотя некоторые акриловые краски более яркие, чем масляные. Однако короткое время высыхания акриловых красок затрудняет смешивание и смешивание акриловых красок на холсте или бумаге. В отличие от акварели акриловые краски при высыхании образуют нерастворимый цветостойкий слой. Поскольку акриловые краски не содержат летучих органических растворителей, они относительно нетоксичны и безопасны для детей.

«Темпера» происходит от глагола «закалка», слова, которое когда-то относилось ко всем краскам в том смысле, что все краски закалены или доведены до желаемого состояния или консистенции путем добавления воды или другого материала. Сегодня термин «темпера» обозначает только связующие для яиц, жевательной резинки и клея, продаваемые в виде жидкостей, паст или сухих порошков и лепешек. Консистенцию темперы контролируют художники, добавляя воду в основу краски. Эти краски нравятся детям и используются в большинстве школ.

Акварель состоит из тонкоизмельченных пигментов, обычно диспергированных в гуммиарабике и растворенных в воде. Когда краска наносится, пигмент встраивается в бумагу или холст, а не образует когезивный слой на поверхности. Акварель может продаваться в пирожных или в тюбиках. Краски с высоким соотношением пигмента и связующего называются непрозрачными акварельными красками и имеют более густую текстуру, чем темперы или акриловые краски. ( См. также покраска, «Материалы для покраски». Производители транспортного оборудования, например, используют различные смолы, которые обеспечивают привлекательную защиту от коррозии и атмосферных воздействий для транспортных средств, которые передвигаются по воде, воздуху или земле. Автопроизводители являются крупнейшими потребителями промышленных ЛКМ. Грунтовки, верхние и защитные покрытия используются для деталей и компонентов днища. Верхние покрытия обычно изготавливаются из акриловых эмалей или лаков, а грунтовочные покрытия состоят в основном из алкидных и эпоксидных смол. Покрытия для морских применений, таких как морские буровые установки, корабли и прогулочные суда, изготавливаются из алкидных красок, а также из эпоксидных, уретановых, хлоркаучуковых или виниловых смесей.

Специальная отделка украшает и защищает широкий спектр стальных и алюминиевых изделий, включая контейнеры для пищевых продуктов, крышки для бутылок, офисную и домашнюю мебель. Машины и оборудование покрываются рядом стандартных алкидных и эпоксидных покрытий. Компьютеры и некоторое электрооборудование, например, требуют специальных антистатических покрытий. Отделка бытовой техники должна быть привлекательной, а также достаточно прочной, чтобы выдерживать частое обращение и чистку. Порошковые покрытия являются относительно новым продуктом, разработанным для уменьшения загрязнения окружающей среды, снижения затрат и улучшения качества покрытия. Порошки наносятся на металлическую поверхность, которая затем нагревается для химического сплавления смол в однородную пленку на поверхности.

Аэрозольные краски относятся к категории специальных покрытий. Большинство этих аэрозольных красок представляют собой цветные эмали для использования в общих отделочных работах и ​​подкраске. Лаки для автоподкраски, антипирены и термостойкие краски также расфасованы в аэрозольные баллончики.

Промышленные лаки, используемые, например, в мебельной и деревообрабатывающей промышленности, в основном применяются для защиты поверхностей от вредного воздействия окружающей среды. Деревянные корпуса кораблей и прогулочных судов, например, покрываются синтетическими лаками, такими как полиуретан, которые образуют прочную прозрачную поверхность. Изделия также могут быть покрыты слегка пигментированными грунтовками, морилками, герметиками, глазурями и верхними покрытиями. Чаще всего используются алкидные смолы, но также используются натуральные смолы, такие как льняное масло.

Производство

Пигменты часто получают из больших кусков руды или другого материала, которые затем измельчают в мелкий порошок. Производимые пигменты обычно осаждаются в твердой форме посредством различных химических реакций. В некоторых случаях пигменты прокаливают или обжигают в печи, чтобы изменить их оттенки.

Мелкоизмельченные частицы затем смачиваются, т. е. воздух или тонкая пленка влаги, окружающая каждую частицу, заменяется дисперсионной средой, смолами и маслами, служащими связующим. Природные смолы извлекаются из растений или перегоняются из нефти. Синтетические смолы готовятся в реакторах для смолы из нержавеющей стали, которые могут вмещать до 10 000 галлонов (38 000 литров) жидкой смолы.

Температура реакции играет большую роль в определении того, какой тип продукта образуется при взаимодействии определенных материалов друг с другом. Например, низкотемпературные реакторы используются для производства акриловых смол. Высокотемпературные реакторы, работающие при температуре около 700°F (370°C), производят алкидные смолы.

Пигменты диспергируются в связующем веществе или смоле путем совместного измельчения двух продуктов. Для густых паст пигментов и связующего используются горизонтальные или вертикальные пластмассовые лопастные смесители и валковые мельницы. Горизонтальный мопс состоит из U-образного стального желоба с водяным охлаждением, оснащенного двумя лопастными валами. Вертикальные смесители имеют относительно медленную мешалку, которую можно опустить в емкость для смешивания.

Для получения более жидких дисперсий можно использовать шаровые и галечные мельницы. Это горизонтально установленные цилиндры, содержащие гальку или стальные шарики. Пигмент и связующее вещество осторожно добавляются во вращающийся цилиндр, чтобы дисперсия не стала слишком густой. Может потребоваться добавление смачивающих агентов, чтобы связующее вещество и пигмент смешались однородно.

Смеси пигмент-связующее можно дополнительно перерабатывать в песчаной мельнице. Эта машина состоит из вертикального бака с водяной рубашкой, содержащего песок. Песок проходит через ротор с несколькими лопастями. Смесь пигмент-связующее подается на дно горшка и поднимается сквозь песок, пока не появится наверху в виде более тщательно перемешанной дисперсии.

Диспергированные пигменты в виде паст или густых жидкостей растворяются в растворителях на масляной или водной основе. Это делается в баке для разбавления и колеровки, оснащенном мешалкой, которая опускается в чан, наполненный диспергированными пигментами и растворителем.

Последним этапом производства краски является процеживание краски для удаления любых загрязнений или нежелательных частиц, гелеобразной смолы, пленки или пленки, волокон или сгустков пигмента. Затем краска переносится на разливочные машины и перекачивается в контейнеры, такие как банки и бочки, для отправки.

Лаки производятся в полимерных реакторах. Температура в реакторе определяет тип производимого лака. Смола падает через клапан на дне реакционного сосуда в резервуар для смешивания и разбавления, где смола смешивается с растворителем. После надлежащего смешивания полученный лак перекачивают из бака для разбавления, процеживают и пропускают через разливочные машины.

Выбор краски и подготовка поверхности

Важно выбрать правильную краску для правильного использования и поверхности. Внутренние краски общего назначения делятся на четыре категории в зависимости от блеска красок: матовые, яичная скорлупа, полуглянцевые и глянцевые. Последние две категории известны как эмали. Плоские краски и краски из яичной скорлупы используются в основном для стен и потолков. Более глянцевые краски покрывают отделку, молдинги и двери.

Для большинства внутренних поверхностей подходят латексные краски и алкидные краски на масляной основе. Подходящую краску для наружных работ выбрать сложнее из-за разнообразия поверхностей и условий окружающей среды, которые необходимо учитывать. Деревянные поверхности обычно покрывают матовыми или глянцевыми универсальными красками. Накладка покрыта глянцевой алкидной краской. Акриловый латекс является популярным выбором для плоских наружных поверхностей, в то время как щебень и черепицу можно покрыть атмосферостойкой алкидной краской. Для бетонных, кирпичных, шлакоблоковых и оштукатуренных поверхностей доступно множество типов латексных и масляных покрытий.

Перед покраской необходимо тщательно очистить поверхность щеткой, долотом, скребком, наждачной бумагой или стальной мочалкой, чтобы удалить грязь, пятна старой краски и другой отслаивающийся материал. Для стойких пятен, например, вызванных жиром, химикатами или жевательной резинкой, более эффективным может быть использование шлифовальных машин, проволочных щеток или растворителей. Камень, кирпич и бетон должны быть очищены и высушены, чтобы краска хорошо держалась. Гипсовые и кирпичные поверхности могут быть сильнощелочными и пористыми. Эмульсия поливинилацетата часто используется на этих поверхностях из-за ее щелочестойкости и способности прилипать к пористому материалу и покрывать его. Для менее пористых оштукатуренных поверхностей грунтовочный слой краски также может служить в качестве герметика.

Деревянные поверхности должны быть отшлифованы до гладкости. При лакировке и лакировке заботятся о сохранении красоты текстуры древесины. Узлы и участки, обесцвеченные соком, заделывают, чтобы дефекты не были видны сквозь краску. Ранее окрашенной древесине придают шероховатость, чтобы обеспечить лучшую поверхность для покраски. Плесень можно удалить чистящими средствами и отбеливателем.

Если поверхности наружных или внутренних материалов слишком гладкие, краска может плохо прилипать. Придание шероховатости поверхности шлифованием, химическим травлением или пескоструйной обработкой обеспечивает закрепляющий рисунок и помогает краске прилипать к стене, отделке, наружной доске или другой поверхности.

Следующим шагом в подготовке поверхности является нанесение грунтовки или первого слоя краски. Он может служить в качестве основы для последующих слоев и, в некоторых случаях, в качестве герметика. Грунтовки для дерева должны быть в некоторой степени эластичными, чтобы расширяться и сжиматься вместе с древесиной при повышении и понижении температуры и влажности.

Для внутренних стен используются грунтовки на основе виниловой эмульсии из-за их щелочестойкости и герметизирующих свойств. Для большинства наружных поверхностей также требуются щелочестойкие грунтовки, такие как акриловые и стирол-акриловые сополимерные эмульсии. Если поверхность сильно изрытая или пористая, может потребоваться толстое, сильно пигментированное покрытие, известное как пробка или наполнитель, для герметизации и сглаживания поверхности. Затем на пробку наносится грунтовочный слой пигментированной краски.

После подготовки поверхности наносится финишный слой. Для наружных поверхностей часто используют алкидные эмали, поскольку они долговечны и высыхают до блеска в течение нескольких часов. Многие краски для плоских стен, которые сегодня почти полностью представляют собой латексные эмульсионные краски, могут покрывать большинство слоев грунтовки или шпаклевки за одно нанесение.

Применение

Перед применением краску или лак тщательно перемешивают. Многие бытовые краски поставляются предварительно смешанными, но перед нанесением их все равно необходимо перемешать механическим миксером или вручную.

Для достижения наилучших результатов краски и лаки наносятся только в умеренную погоду. Чрезмерный холод, жара или влажность могут изменить консистенцию, текстуру, а также время схватывания и высыхания этих покрытий.

Кисти, как правило, являются лучшими инструментами для нанесения грунтовки, особенно при небольших работах и ​​на шероховатых поверхностях; углы, края и необычные формы; и отделка и молдинг. Лучшие щетки из натуральной щетины — это щетки из свиней, сделанные в Китае; щетина длинная, прочная и упругая. Синтетические кисти, сделанные в основном из нейлона, лучше всего подходят для нанесения латексных красок, потому что эти кисти легко чистить.

При нанесении грунтовки необходимы как возвратно-поступательные движения щеткой, так и чистящие движения, чтобы покрыть шероховатые поверхности и труднодоступные места. Для грунтовки и отделки используются длинные ровные мазки и большое количество краски. Лаки наносятся длинными плавными мазками, чтобы избежать разводов и следов от кисти. После использования кисти моют в подходящем растворителе и подвешивают так, чтобы они не упирались в щетину.

Для покрытия больших, относительно гладких поверхностей лучшим инструментом является ручной валик, валик с подачей под давлением или аппликатор с плоской подушечкой. Валик представляет собой цилиндр из пенопласта, ткани или шерсти животных, который можно пропитать краской, перемещая валик вперед и назад в ванне для краски. Затем набухшие волокна выбрасывают свою краску на поверхность, когда валик проходит по поверхности. Плоские аппликаторы изготовлены из вспененной основы, обтянутой ворсованной тканью. Они заряжаются краской так же, как и валик, а краска переносится на поверхности путем скольжения по ним подушечки.

Ручные валики можно использовать для покраски стен и потолков. Однако для больших площадей ролик с подачей под давлением может сэкономить время. В этом типе валика краска перекачивается через полую ручку в валик, который переносит краску на поверхность. Все мягкие ролики должны быть тщательно очищены после использования, иначе они затвердеют и должны быть утилизированы.

Самым быстрым способом нанесения краски является одна из нескольких систем распыления, но эти системы более опасны, чем другие методы нанесения. Распылительные системы, как правило, предназначены для промышленных окрасочных работ, когда необходимо покрасить все здание или несколько этажей. Системы воздушного распыления используют сжатый воздух для подачи краски через отверстие распылителя, из которого краска выходит в виде тумана или тумана. Безвоздушные системы используют гидравлическое давление для создания более высокоскоростного потока распыленной краски. Рабочие должны носить защитные маски и комбинезоны, чтобы не вдыхать туман краски и защищать кожу и одежду.

История

Краски служили декоративным и ритуальным целям, прежде чем они были разработаны как защитные покрытия. Самые ранние известные картины, найденные в пещерах Ласко во Франции и в пещере Альтамира в Испании, датируются 15 000 годом до нашей эры. К 1500 г. до н.э. египтяне производили краски из почвы и импортировали такие красители, как индиго и марена, для изготовления синих и красных пигментов. Эти пигменты были диспергированы в таких материалах, как гуммиарабик (полученный из деревьев), желатин, яичный белок и пчелиный воск. Египтяне также создавали лаки из гуммиарабика около 1000 г. до н.э.

Азиатские культуры разработали свои краски и лаки независимо от ближневосточных культур. Азиатские народы использовали пигментированные мелки, имеющие в качестве связующего вещества глину. Природные руды служили первыми пигментами, а органические пигменты были разработаны до 6000 г. до н.э. Использование лаков и политур в Китае восходит к доисторическим временам. Ко II веку до н.э. эти покрытия украшали здания, произведения искусства и предметы интерьера не только в Китае, но и в Японии и Корее.

Греки и римляне расширили спектр красок и лаков и начали использовать краски для экстерьера домов, кораблей, скульптур, украшений и настенных росписей. Хотя римляне первыми представили краски в Европе, европейские художники, искавшие новые цвета и более универсальные типы красок, в значительной степени ответственны за эволюцию красок вплоть до 17 века.

Египтяне первыми использовали защитные покрытия из смолы и бальзама на кораблях, но только в средние века в Европе краска в качестве защитного покрытия получила широкое распространение. Краски изготавливались вручную из дорогостоящего сырья до 17 века, когда стали доступны недорогие свинцовые белила. Промышленная революция зажгла коммерческую лакокрасочную промышленность. Спрос на защитные покрытия для машин стимулировал разработку новых красок и лаков.

В течение 19-го и 20-го веков обширные исследования открыли новые органические, неорганические и синтетические материалы для использования в пигментах, связующих веществах и растворителях. После Второй мировой войны наука о полимерах произвела синтетические смолы, которые улучшили краски общего назначения и позволили производителям адаптировать покрытия к конкретным материалам, целям и условиям окружающей среды. В 20 веке наиболее значительным изменением стала разработка латексных красок на водной основе, которые заменили многие покрытия на масляной основе.

Иван Амато

Краски

Краска используется для декорирования, защиты и продления срока службы натуральных и синтетических материалов, а также действует как барьер против условий окружающей среды.

Краски можно в широком смысле разделить на декоративные краски, наносимые на месте для украшения и защиты зданий и других объектов, и промышленные покрытия, которые наносятся на заводах для отделки промышленных товаров, таких как автомобили.

Компоненты краски

Краски содержат:

• пигмент(ы) - основные пигменты для придания цвета и укрывистости
• связующее (смола) — полимер, часто называемый смолой, образующий матрицу для удерживания пигмента на месте
• наполнитель - более крупные частицы пигмента добавляются для улучшения адгезии, укрепления пленки и экономии связующего
растворитель
• (иногда его называют разбавителем) - для снижения вязкости краски для лучшего нанесения используется либо органический растворитель, либо вода. Краски на водной основе заменяют некоторые краски, в которых используются летучие органические соединения, такие как углеводороды, вредные для атмосферы.
• добавки - используются для изменения свойств жидкой краски или сухой пленки

Связующее (смола) и растворитель вместе иногда называют носителем. Связующее может быть растворено в виде раствора или находиться в виде дисперсии микроскопически малых частиц в жидкости.

В зависимости от типа краски и назначения добавки могут включать:

• диспергаторы - для разделения и стабилизации частиц пигмента
силиконы
• - для повышения устойчивости к атмосферным воздействиям
• тиксотропные вещества - для придания краскам желеобразной консистенции, распадающейся до жидкости при перемешивании или при окунании в нее кисти
• осушители - для ускорения времени высыхания
• вещества, препятствующие осаждению - для предотвращения осаждения пигмента
• бактерициды - для консервации красок на водной основе в банках
• фунгициды и альгициды - для защиты пленок наружной краски от повреждения плесенью, водорослями и лишайниками

Краски составляются в соответствии с предполагаемым назначением - грунтовка, грунтовка, специальные покрытия (матовые, глянцевые, термостойкие, антикоррозийные, стойкие к истиранию). Порошок пигмента распадается на отдельные частицы, которые покрываются связующим (смолой) и диспергируются в нем, что известно как «смачивание». Затем добавляют растворитель для придания необходимой консистенции. Каждая партия ингредиентов тщательно перемешивается в больших контейнерах с мешалкой и необходимыми добавками (рис. 1). Суммы до 40 000 дм ³ краски могут быть изготовлены в одной партии.

В этом разделе рассматриваются наиболее часто используемые связующие вещества, за которыми следуют пигменты.

Связующие в красках

Три наиболее важных связующих (смолы), используемых в современных красках:

• акриловые полимеры (смолы)
• алкидные полимеры (смолы)
• эпоксидные полимеры (смолы)

Акриловые полимеры (смолы)

Связующее во многих эмульсионных красках основано на гомополимерах или сополимерах этенилэтаноата (винилацетата) и пропеноатного (акрилового) эфира.

Этенилэтаноат получают пропусканием смеси паров этановой кислоты, этилена и кислорода над нагретыми хлоридами палладия(II) и меди(II):

Этинилэтаноат и сложный эфир акриловой кислоты (например, метил-2-метилпропеноат) затем сополимеризуются с образованием случайного массива, в котором эти группы связаны в линейную цепь:

Другие сложные эфиры акриловой кислоты, -мономеры с этенилэтаноатом представляют собой этилпропеноат, бутилпропеноаты или сополимер бутилпропеноата и метил-2-метилпропеноата.

Полимеры, используемые в этих красках, разбавляются водой (водоразбавляемые эмульсионные краски), которые, как описано выше, гораздо безопаснее для окружающей среды, чем краски, в которых связующие вещества находятся в органических растворителях.

Рисунок 2 Водоразбавляемые эмульсионные краски используются в качестве декоративных красок, особенно для внутренней и внешней отделки зданий (включая краски для кладки и грунтовки для наружных работ). С любезного разрешения AkzoNobel.

Эмульсионные краски получают так называемым способом, известным как эмульсионная полимеризация, при котором жидкие мономеры, подлежащие полимеризации, сначала диспергируют в воде в виде эмульсии. Полимеры, полученные этим способом, обычно имеют относительную молекулярную массу от 500 000 до 1 000 000. Как таковые, они используются только в виде дисперсий, так как они были бы чрезвычайно вязкими, если бы их переносили в растворе, и это сделало бы их непригодными для использования.

Рис. 3 График зависимости между относительной молекулярной массой
и вязкостью растворных и дисперсионных полимеров.

Акриловые смолы также могут использоваться в промышленных красках, либо в виде водоразбавляемых эмульсионных красок, либо в качестве красок на основе растворителей. Промышленные краски на основе растворителей могут иметь прочную защитную отделку и широко используются в промышленности в качестве финишных покрытий, например, для кузовов автомобилей. Краска часто представляет собой два компонента, которые смешивают вместе непосредственно перед использованием: основная часть краски обычно состоит из акриловой смолы, полученной полимеризацией сложного эфира пропеноата, образованного из многоатомного спирта (диолы и триолы). Полученный полиэфир имеет многочисленные гидроксильные группы (-ОН), отходящие от основной цепи полимера. Гидроксильные группы реагируют с другим соединением, часто состоящим из полимерного изоцианата, такого как тример 1,6-диизоцианатогексана (гексаметилендиизоцианат):

Такое соединение известно как сшиватель, так как при реакции со смолой оно образует трехмерную структуру, подобную полиуретану, образованному из полиола и изоцианата.

При смешивании этих двух компонентов происходит химическая реакция между гидроксильными группами полимера (акриловой смолы) и изоцианатными группами сшивающего агента:

Эта реакция протекает относительно медленно при комнатной температуре, позволяя достаточно время нанесения краски, после чего растворитель-разбавитель испаряется, а окрашенное изделие помещается в печь для ускорения химической реакции. Это значительно увеличивает молекулярную массу полимера, в результате чего он становится трехмерной молекулой и образует твердую пленку, устойчивую к химическим веществам.

Алкидные полимеры (смолы)

Декоративные глянцевые краски обычно содержат алкидные полимеры (смолы). Типичная смола производится из полиола, такого как пропан-1,2,3-триол (глицерин), с двухосновной кислотой, такой как бензол-1,2-дикарбоновый (фталевый) ангидрид, и олифы (льняное или соевое масло). . При совместном нагревании образуются сложноэфирные связи, а побочным продуктом является вода. Название алкид происходит от спирта и ангидрида.
Первым этапом получения алкидного полимера является реакция между триолом и олифой с образованием моноглицерида. Например:

Затем моноглицерид реагирует с ангидридом с образованием алкидного полимера (смолы):

в органических растворителях (краски на основе растворителей). В прошлом в качестве растворителя использовался скипидар, извлеченный из деревьев, но его заменили растворители из нефтехимического сырья, такие как «уайт-спирит», представляющий собой смесь алифатических и алициклических углеводородов.

После нанесения алкидной смолы боковые масляные осушающие группы реагируют с кислородом воздуха, образуя сшитое твердое термореактивное покрытие с высокой молекулярной массой.

Эпоксидные полимеры (смолы)

Эпоксидные смолы часто используются в качестве связующего в промышленных покрытиях (грунтовках). Они придают краске отличную адгезию вместе с высокой стойкостью к химическим веществам (коррозия) и физической стойкостью, необходимой, например, на кораблях и в резервуарах для хранения химикатов.

Эпоксидные смолы изготавливаются из 1-хлор-2,3-эпоксипропана (полученного из 3-хлорпропена) и замещенных фенолов, таких как бисфенол А:

Значение n можно регулировать, чтобы получить ряд смол, варьирующихся от вязких жидкостей до твердых веществ с высокой температурой плавления. Эпоксидные смолы можно использовать в растворителях, таких как ароматические углеводороды, спирты, кетоны и сложные эфиры (краски на основе растворителей), или в виде дисперсий в воде (краски на водной основе) в виде настоящих эмульсий. Они обычно не используются в верхних покрытиях для наружных работ, потому что они подвержены разрушению под действием УФ-излучения, но из них получаются отличные покрытия для внутренних работ и грунтовки для наружных работ.

Эпоксидные смолы также используются в качестве клеев (например, Araldite) и электрических изоляторов.

Пигменты, используемые в красках

Пигменты придают цвет и непрозрачность краскам. Среди органических пигментов особое значение имеют производные азо-, фталоцианина и антрахинона.

Наиболее распространенным неорганическим пигментом является белый диоксид титана (оксид титана (IV)), который составляет более 70% от общего количества используемых пигментов (Группа 51). Он имеет высокий показатель преломления и придает краске «блеск». Другим широко используемым неорганическим пигментом является мелкодисперсный карбонат кальция. Он имеет низкий показатель преломления и используется вместе с диоксидом титана для производства «матовых» красок. Другие пигменты включают оксиды железа (черный, желтый и красный), оксид цинка и сажу.

Порошкообразные металлы, такие как цинк и некоторые соединения металлов, например фосфат цинка, обладают антикоррозионными свойствами.

Сушка краски

По мере высыхания краски образуется пленка, которая прилипает к поверхности материала, на который она наносится.

Эмульсионные краски высыхают в результате физического процесса, включающего испарение воды с последующим коалесценцией капель полимера и их последующей интеграцией в твердую полимерную матрицу, которая действует как связующее вещество для пигмента.

При нанесении глянцевых красок алкидный полимер сшивается в результате реакции окисления кислородом воздуха после того, как растворитель в значительной степени испарится. Эту реакцию ускоряют с помощью солей переходных металлов (например, нафтенатов кобальта и марганца). Ион переходного металла (с переменной степенью окисления) катализирует сшивание полимерных цепей, образуя твердую пленку на поверхности краски.

Свойства идеальной краски

Они сильно различаются в зависимости от конкретного конечного использования. Требования к автомобильному финишному покрытию, например, будут сильно отличаться от требований к декоративной потолочной краске.

Некоторые из типичных обязательных атрибутов могут включать:

• простота применения
• хорошее растекание следов нанесения (например, следы кисти)
• формирование непрерывной защитной пленки
• высокая непрозрачность
• быстросохнущий
• коррозионная стойкость
• водонепроницаемость
• термостойкость
• стабильность цвета (т.е. к видимому и ультрафиолетовому излучению)
• стойкость к истиранию и царапинам
• долговечность
• гибкость
• легко чистится

Рисунок 4 Это погодоустойчивые стойки. Краски были нанесены на панели и экспонированы под углом 45 ° к горизонтали и южной стороне для оценки долговечности. Среди отслеживаемых свойств: изменение цвета (выцветание), изменение блеска, загрязнение, растрескивание, отслаивание и заражение грибками и водорослями. С любезного разрешения Q-Lab Europe Limited.

Методы нанесения

Используются многочисленные методы, в том числе: кисть, валик, окунание, облив, распыление, горячее распыление, электростатическое распыление, безвоздушное распыление, электроосаждение, порошковое покрытие, вакуумная пропитка и погружение.

Экологические проблемы

Соединения свинца больше не используются в декоративных и автомобильных красках. Количество соединений свинца, все еще используемых в специализированных промышленных красках, значительно сократилось, и в конечном итоге будут найдены альтернативы. Это также относится к хроматам, которые, хотя они хорошо работают и в прошлом широко использовались в автомобилях, очень токсичны.
Поскольку летучие углеводороды могут привести к загрязнению тропосферы, требуются покрытия с более низким содержанием органических растворителей. Способы достижения этого включают:

• полимеры на водной основе (эмульсионные краски)
• полимеры с более высоким содержанием твердых веществ (с использованием меньшего количества растворителя)
• порошковые покрытия

Глянцевые краски на водной основе теперь доступны, но первоначальный блеск отделки обычно не такой высокий, как у красок на основе органических растворителей. Клиент выбирает между продуктом с высокими эксплуатационными характеристиками и продуктом, более безопасным для окружающей среды. Интенсивные исследования продолжаются, чтобы улучшить эти краски.

Краски с высоким сухим остатком (на основе растворителей) теперь доступны, но не без компромиссов в цене и производительности. Относительная молекулярная масса полимерных смол снижена максимум примерно до 1000 по сравнению с 5000 в обычных красках. Это позволяет увеличить долю полимера с 20-30% до 40%, отсюда и термин «высокое содержание твердых веществ». Основная проблема заключается в необходимости поддержания низкой вязкости. По мере увеличения количества твердых веществ увеличивается и вязкость, достигая точки, при которой краска не может быть правильно нанесена. Меньшая доля растворителя имеет тенденцию замедлять процесс высыхания и отверждения пленки, поэтому в структуру полимера вносятся изменения - увеличение разветвления приводит к снижению вязкости при той же молекулярной массе. Нанесение краски более сложное. При нанесении аэрозолем краска должна находиться под давлением. Иногда краску наносят горячей. Трудно получить такой же хороший внешний вид, используя краску с высоким сухим остатком.