Лакокрасочные материалы

   Зеленые пигменты -- оксид хрома, цинковая зелень и другие смешанные пигменты. Оксид хрома Сг₂О₃ обладает многими достоинствами: устойчив к действию щелочей, кислот и повышенных температур; для получения зеленовато-синих оттенков добавляют ультрамарин. Цинковую зелень получают смешением кронов с малярной лазурью и наполнителем (BaSO₄); она устойчива к действию щелочей.

   Синие пигменты: ультрамарин и лазурь малярная. Ультрамарин получают сплавлением каолина с содой и серой (или Na₂SO₄ и углем). Наибольшее распространение нашел синий ультрамарин, служащий пигментом в строительных красках, применяемый также для окраски бумаги и в быту («синька» используется для подсинивания белья, льна). Состав ультрамарина приближенно выражается формулой Na₄Al₃Si₃S₂O₁₂. Хотя он стоек к воде, мылу и слабым щелочам, кислоты обесцвечивают ультрамарин, разлагая его с выделением сероводорода и кремневой кислоты. Малярная лазурь представляет собой интенсивно-синюю соль трехвалентного железа состава Fе₄[Fе(СN)₆]₃ В воде и кислотах лазурь практически нерастворима, но щелочи ее разлагают с выделением

   Fe(OH)₃. Поэтому при нанесении на бетон или свежую штукатурку эта краска теряет свой синий цвет.

   Красные пигменты. Из этой группы пигментов наиболее известны: железный сурик -- тонкий порошок оксида железа кирпично-красного цвета, искусственная мумия -- пигмент, имеющий различные оттенки в зависимости от соотношения составных частей Fe₂O₃ и CaSO₄, природная мумия -- тонкий минеральный порошок, окрашенный в естественных условиях оксидами железа в красный цвет, свинцовый сурик -- порошок красно-оранжевого цвета, содержащий в основном PbO*Pb₂O₃. Редоксайд -- красный железооксидный пигмент, стойкий к щелочной среде.

   Черные и серые пигменты -- малярная сажа, диоксид марганца, тонкомолотый графит. Малярная сажа -- порошок почти чистого углерода. Пигменты, содержащие углерод в свободном состоянии (к ним относится сажа), образуют с железом гальваническую пару, ускоряющую коррозию стали. Диоксид марганца МnО₂ (пиролюзит), получаемый из марганцевой руды, свето- и щелочестойкий, сравнительно дешевый пигмент. Графит содержит 70--95 % углерода, в измельченном виде применяется как серый пигмент.

   Основные свойства пигментов. Дисперсность пигмента влияет на все его основные свойства. Чем мельче частицы пигмента, тем выше его укрывистость и красящая способность (до достижения оптимальной степени дисперсности). Полифракционный состав пигмента позволяет получить плотное красочное покрытие при минимальном расходе связующего вещества. Укрывистость характеризует расход красочного состава (по массе) на единицу окрашиваемой поверхности. Красящая способность -- это свойство пигмента передавать свой цвет белому пигменту.

   Маслоемкость характеризуется количеством (в г) олифы, необходимым для превращения 100 г пигмента в пастообразное состояние. Светостойкость -- свойство сохранять свой цвет при действии ультрафиолетовых лучей. Большинство природных пигментов (охра, железный сурик и др. ) светостойки. Литопоновые белила желтеют на свету, некоторые органические пигменты обесцвечиваются. Атмосферостойкость -- свойство длительное время противостоять воздействию атмосферных факторов: воды, кислорода воздуха, сернистых и других газов, попе

   ременному увлажнению и высыханию, нагреванию и охлаждению.

   Антикоррозионные свойства характеризуют способность пигмента (в сочетании с соответствующим связующим) образовать покрытие, защищающее сталь от коррозии (анодная защита). При окраске стальных конструкций следует использовать антикоррозионные пигменты. К числу таких пигментов относятся, например, алюминиевая пудра, цинковые белила, цинковые и свинцовые кроны, свинцовый и железный сурик. Алюминии в ряду напряжений металлов занимает место выше железа. При образовании гальванической пары алюминии становится анодом, стремится перейти в состояние ионов, а железо является катодом и не подвергается изменению; образующаяся пленка гидроксида алюминия защищает поверхность стальной конструкции. Другие из перечисленных пигментов, например свинцовый сурик, дают в смеси с маслом олифы нерастворимые соли жирных кислот, тоже предохраняющие металл от коррозии.

   Химическая стойкость к действию щелочей и кислот. Ряд пигментов изменяет свой цвет или обесцвечивается при соприкосновении с щелочными растворами. Например, малярная лазурь в щелочной среде обесцвечивается, свинцовый железный крон краснеет. Подобные пигменты не применяют для изготовления красочных составов, наносимых на поверхность свежею бетона или цементно-известковой штукатурки. Щелочестойкими являются почти все природные пигменты (охры, мумия, умбра, перекись марганца), а также многие искусственные пигменты (титановые белила, оксид хрома, органические пигменты: алый и оранжевый). Для изготовления специальных кислотостойких красок применяют только кислотостойкие пигменты (графит, титановые белила, оксид хрома). Пигменты, содержащие соединения свинца (свинцовые белила, свинцовые крон и сурик), токсичны и при их применении необходимо соблюдать установленные правила охраны труда.

3. Растворители и разбавители

   Растворители применяют при изготовлении полимерных и каучуковых красок, лаков, эмалей и некоторых других красочных составов. Способностью растворять полимеры, каучук и масла обладают большей частью углеводородные продукты: ацетон, скипидар, бензол, лаковый керосин, уайт-спирит, сольвент-нафта, комбинированный растворитель Р-4.

   Разбавители не растворяют пленкообразующие вещества и предназначены лишь для уменьшения вязкости красочного состава, т. е. их добавляют для придания краске удобонаносимости. Роль разбавителя выполняет олифа, добавляемая в густотертую масляную краску, или вода, вводимая в водоэмульсионный красочный состав.

§ 2. ПОЛИМЕРНЫЕ КРАСОЧНЫЕ СОСТАВЫ

1. Полимерные краски

   Полимерная  краска  представляет   собой   суспензию пигмента в растворе   полимера   или   перхлорвиниловой смолы. К числу хорошо зарекомендовавших себя фасадных красок   принадлежат   кремнийорганические   эмали, перхлорвиниловая краска, эпоксидно-полиамидная композиция. Вследствие высокой атмосферостойкости краски отделка фасада здания сохраняется 10--12 лет и более, ее можно очищать от пыли, промывая водой. Кремний-органические покрытия непроницаемы для капельно-жидкой воды, но пропускают водяной пар из помещения наружу. Такие покрытия не препятствуют естественной вентиляции   помещений, но   в   то   же   время   защищают наружные   степы   зданий   от  увлажнения. Полимерные краски широко применяют для отделки стеновых панелей и блоков полной заводской готовности, а также для окраски и восстановления фасадов построенных зданий. Затраты на отделку единицы поверхности полимерными красками, отнесенные к одному году эксплуатации, ниже по сравнению с другими красочными составами.

   Каучуковые краски получают путем диспергирования хлоркаучука в летучем растворителе. Поскольку каучуковые краски химически стойки и обладают высокой водостойкостью, то их применяют для защиты от коррозии металлических и железобетонных конструкций. Положительным свойством хлоркаучуковых и кумаронокаучуковых красок является высокая эластичность пленки, благодаря чему защитное покрытие следует за деформациями конструкции и сохраняется без трещин,

   Эфироцеллюлозные краски представляют собой пигментированные дисперсии нитро- или этилцеллюлозы в летучих растворителях. Нитролаки часто применяют взамен масляных красок, причем эти лаки высыхают значительно быстрее масляных красочных составов.

   Как видно, полимерная краска содержит органический растворитель в таком количестве (30--50% по массе), которое необходимо для придания составу малярной консистенции. После нанесения покрытия растворитель испаряется (улетучивается) и на окрашиваемой поверхности образуется атмосферостойкая пленка. Дисперсия полимера в летучем растворителе должна смачивать материал, тогда она проникает в поры материала (бетона, кирпича и т. д. ), обеспечивая прочное сцепление образующейся пленки с основанием.

   Полимерные краски быстро высыхают, однако при этом безвозвратно теряются ценные продукты -- летучие органические растворители. Большинство растворителей горит, их пары огнеопасны и взрывоопасны. Накапливаясь в закрытых помещениях, пары растворителей вредно влияют на здоровье людей; кроме того, они могут быть причиной пожара, поэтому при их использовании должны соблюдаться установленные меры охраны труда и противопожарной безопасности.

   Более безопасными и экономичными являются эмульсионные красочные составы па основе полимеров, не содержащие летучих растворителей или содержащие их в небольших количествах.

2. Полимерные эмульсионные (латексные) краски

   Полимерной эмульсионной краской называют красочный состав из двух несмешивающихся жидкостей, в котором частицы (глобулы) одной жидкости (дисперсная фаза) распределены в другой жидкости (дисперсионная среда или внешняя фаза). Для получения устойчивой, практически не расслаивающейся эмульсии необходимо при ее изготовлении ввести соответствующий эмульгатор. Эмульгатор представляет собой поверхностно-активное вещество, которое адсорбируется одной из жидкостей на поверхности раздела фаз, понижая ее поверхностное натяжение. Вместе с тем вокруг частиц (глобул) дисперсной фазы образуется механическая прочная оболочка, препятствующая укрупнению и слиянию глобул.

   К числу эмульгаторов относятся преимущественно вещества, обладающие значительной полярностью, они содержат активную полярную и неактивную группы. Полярная группа нередко представлена гидроксилом ОН, карбоксилом СООН, а также группами COONa. При изготовлении эмульсий, применяемых в строительстве, эмульгаторами часто служат лигносульфонаты (обычно в виде сульфитно-дрожжевой бражки), натриевые соли нафтеновых кислот (мылонафт), абиетат натрия (омыленная канифоль) и др.

   Эмульсионные красочные составы типа «полимер в воде» содержат полимер, диспергированный в воде, в виде мельчайших глобул. Кроме пленкообразующего вещества (синтетической смолы или каучука) и воды, красочный состав содержит эмульгатор, пигмент и добавки, улучшающие свойства краски. Эмульсионные краски обычно поставляют в виде пасты, которую на месте применения разбавляют водой до малярной консистенции. Воду из нанесенной на поверхность эмульсионной краски частично впитывает пористое основание (бетон, штукатурка и т. п. ), а оставшаяся в покрытии вода испаряется. В результате эмульсия распадается и через 1--2 ч образуется прочное гладкое матовое покрытие, свето- и водостойкое. Благодаря своей пористости покрытие газопроницаемо. Поэтому эмульсионными красками нередко окрашивают непросохшие поверхности штукатурки или бетона, так как влага из материала подложки может испаряться через поры покрытия. Эмульсионные краски нетоксичны, пожаро- и взрывобезопасны. Их применяют для наружных и внутренних малярных работ.

   Поливинилацетатная краска представляет собой пигментированную водную дисперсию поливинилацетата, пластифицированную дибутилфталатом; применяют для окраски по бетону, штукатурке, дереву, для отделки древесно-волокнистых плит и деталей из гипсобетона.

   Бутадиенстиролъную краску используют преимущественно для высококачественной окраски внутри зданий. Для этой же цели применяют эмульсионную краску марки СЭМ, состоящую из глифталевого лака, воды, эмульгатора и специальных добавок.

Краски на основе стирол-бутадиеновых латексов

    Стирол-бутадиеновые сополимеры получают путем эмульсионной сополимеризации бутадиена-1,3 с различными количествами стирола. Сополимеры, содержащие до 50% стирола, являются типичными каучуками. Для изготовления воднодисперсионных красок наибольшее применение находят латексы сополимеров, содержащих 55-70% стирола. Схематически фрагмент цепи стирол-бутадиенового сополимера может быть изображен следующим образом:

    Содержание звеньев бутадиена, присоединенных в положение 1,2, зависит от количества стирола в сополимере. Например, сополимер с 30% стирола содержит 23% бутадиена, присоединенного в положение 1,2, а высокостирольные сополимеры -- еще меньше. Однако реальное строение таких сополимеров сложнее, поскольку кроме указанных выше структур имеют место комбинации присоединений «голова к голове» и «голова к хвосту», а также блочное расположение звеньев.

Наличие большого количества структур 1,4 придает таким сополимерам способность превращаться в сшитое состояние под воздействием кислорода воздуха (по типу высыхающих масел); звенья 1,2 более устойчивы к окислению на воздухе. Увеличение

содержания стирола,  особенно выше 30%, снижает количество образующийся при нагревании полимера на воздухе гель-фракции. Присутствие катализаторов окисления (типа солей кобальта, марганца и др.) усиливает превращение. Немалое значение имеет и глубина полимеризации: сополимеры, полученные при степени превращения  98--100%, под действием  кислорода воздуха сшиваются быстрее и полнее. По-видимому, это связано с образованием более разветвленных и даже частично трехмерных структур при глубокой полимеризации.

    Природа процессов, сопровождающих окисление стирол-бутадиеновых сополимеров  кислородом воздуха, весьма сложна, но довольно подробно изучена. Важно отметить, что в этом случае процесс образования межмолекулярных связей преобладает над деструкционными процессами, и количество летучих продуктов окисления ничтожно. Окисление и сшивка происходят в основном в результате реакций двойных связей главных цепей (структур 1,4) или соседних с ними метиленовых групп: