Лекции по "Материаловедению"

 

ЛАКОКРАСОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ (ЛКМ)

Историки считают, что  слово "лак" родилось на полуострове  Индостан. Именно там был изобретен  первый лак - шеллак, изготовленный на основе смолистых выделений насекомых, обитающих в огромных количествах на тропических деревьях. Буквально слово "лак" означало "сто тысяч".

1.1. ОСНОВЫ ПЛЁНКООБРАЗОВАНИЯ

Переход пленкообразующего  вещества из вязкожидкого состояния в твердую сплошную пленку, прочно прилипающую к поверхности покрываемого изделия, зависит от соотношения сил адгезин между молекулами пленкообразователя и сил адгезии между пленкообра-зователем и покрываемой поверхностью.

Пленкообразователи с  сильным межмолекулярным взаимодействием (с высокой когезией) обычно обладают слабой адгезией и, наоборот, при относительно слабом межмолекулярном взаимодействии пленкообразователя адгезия выше. Объясняется это тем, что при сильном межмолекулярном взаимодействии молекулярные цепи пленкообразующего вещества (например, кристаллизующего полимера) менее гибки и хуже проникают в неровности и поры покрываемого изделия, что препятствует установлению молекулярного контакта на возможно большей площади касания пленки покрытия с поверхностью покрываемого тела.

Адгезия к покрываемой  поверхности тем выше, чем большей способностью вытеснять адсорбированные газы и мономолекулярные слои влаги с поверхности покрываемого изделия обладают молекулы пленкообразующего вещества. Эта способность тем выше, чем большей гибкостью обладают макромолекулы пленкообразователя. Поэтому ослабление межмолекулярного взаимодействия пленкообразо-вателя растворителями, пластификаторами, повышением температуры всегда приводит к улучшению его адгезии к покрываемой поверхности. Рациональный выбор лакокрасочного состава позволяет обеспечивать хорошую адгезию и достаточно высокую когезию. При слабой когезии пленка покрытия может быть несплошной и недостаточно механически прочной.

Образование пленки в  результате испарения растворителей из лака и краски и дисперсионной среды из водной эмульсии (водоэмульсионной краски) является процессом физическим. Исходное пленкообразующее вещество не претерпевает при этом, каких либо химических изменений и с помощью растворителей может быть вновь переведено в растворенное состояние. Такой процесс пленкообразо-вания является обратимым. По этому типу образуются пленки из растворов (спиртовых лаков, нитролаков и эмалей и др.) и эмульсий.

Пленкообразование из эмульсий имеет некоторые отличия от пленкообразования из растворов. При постепенном испарении дисперсионной среды (воды) из эмульсионной пленки частицы пленкообразующего вещества начинают слипаться (происходит процесс ауто-гезии). Хорошие защитные свойства такой пленки достигаются только при полном самослипании частиц пленкообразующего вещества эмульсии. Эмульгаторы, введение которых в эмульсию обязательно, затрудняют самосливание (аутогезию), поэтому эмульсионные покрытия более пористы, чем лаковые. Степень пористости (проницаемости) пленок часто регулируют соотношением растворителей и разбавителей. Если из лакокрасочного состава в первую очередь будет испаряться растворитель, а не разбавитель, то получаются более пористые пленки.

Пленкообразование во многих случаях идет в результате реакций полимеризации или поликонденсации между молекулами пленко-образователя под действием кислорода воздуха, тепла, катализаторов и инициаторов, а также специальных отвердителей. Это обусловлено необратимым переходом пленкообразующего вещества в неплавкое и нерастворимое состояние, с установлением поперечных химических связей в его структуре. Образование твердой пленки в этом случае является необратимым химическим процессом. Такие процессы происходят при пленкообразовании из масляных и алкидных лакокрасочных составов, ненасыщенных полиэфирных лаков, эпоксидных смол и др.

Процесс пленкообразования  в ряде случаев происходит сначала  в результате испарения растворителей, а затем вследствие происходящих химических реакций. Так образуются пленки из лакокрасочных составов, содержащих растворители, например на основе уплотненных олиф и алкидных смол.

Способность масляных лакокрасочных составов высыхать и образовывать твердые пленки, прочно прилипающие к поверхности различных тел, связана с содержанием и ненасыщенностью жирных кислот, входящих в их состав. Чем больше содержится в масле ненасыщенных жирных кислот и чем выше их ненасыщенность, т.е. чем больше их в молекулах двойных связей, тем быстрее идет высыхание масла и тем прочнее образующаяся пленка.

Процесс высыхания масляной пленки связан с интенсивным поглощением кислорода (масса пленки увеличивается), поэтому высыхание масла на воздухе рассматривается как процесс окисления и полимеризации, в результате которого мономерные молекулы масла постепенно укрупняются (полимеризуются) и превращаются в твердые неплавкие и нерастворимые трехмерные полимеры, называемые ли-ноксинами. Не растворяясь в органических растворителях, линоксины лишь набухают в них. Предполагается, что в начальной стадии высыхания идут реакции окисления благодаря присоединению кислорода воздуха по месту двойных связей молекул масла. Далее в результате реакций полимеризации происходит процесс постепенного укрупнения молекул масла, проявляющийся сначала в повышении его вязкости, а в конечном итоге в образовании неплавких и нерастворимых полимеров с трехмерной структурой.

1.2. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА  И КЛАССИФИКАЦИЯ ЛКМ

Лакокрасочные материалы (ЛКМ) – это вещества и составы, которые наносятся тонким слоем на поверхность, подлежащую отделке, где они образуют достаточно прочную и твердую плёнку, хорошо сцепляющуюся с основанием. ЛКМ относятся к группе товаров бытовой химии, куда также входят клеи, средства для стирки и мытья, средства для чистки и ухода за предметами домашнего обихода и изделиями личного пользования, средства для ухода. Они предназначены для улучшения санитарно-гигиенических качеств помещений, создания определённой соответствующей цветовой среды и архитектурно-художественного оформления интерьера и фасада зданий, придания товарам определённой декоративности и удобства ухода за ними, улучшения санитарно-гигиенических качеств помещений, повышения хемо- и огнестойкости, защиты материалов конструкций от воздействий окружающей среды.

Лакокрасочные товары делят на:

· основные (олифы, лаки, красочные составы);

· вспомогательные (грунтовки, шпатлевки и др.). 
Основой лакокрасочных составов являются пленкообразующие

вещества (пленкообразователи). Кроме того, в них могут входить  пигменты, растворители и разбавители, пластификаторы, сиккативы, отвердители, химические добавки.

Пленкообразующие вещества (масла, смолы, эфиры целлюлозы) способны образовывать на поверхности твердую блестящую пленку, а также связывать и закреплять частицы других компонентов состава, например, пигмента в красках благодаря испарению растворителя или дисперсионной среды (у спиртовых лаков, нитролаков, водоэмульсионных красок) или химическим превращениям, сопровождаемым сшиванием цепных молекул и образованием полимера (у полиэфирных лаков). Превращение жидкого пленкообразователя в твердую пленку происходит под действием отвердителей, тепла, кислорода и других факторов.

Существует  общепринятая отечественная система обозначений (маркировка) лакокрасочных материалов, которая указывает на их свойства, назначение и условия эксплуатации. По преимущественному назначению и применительно к условиям эксплуатации они обозначаются цифрами (см. таблицу 1).

Таблица 1 –  Индексация условий эксплуатации лакокрасочных

 

Обозначение	Условия эксплуатации
1	Атмосферостойкие
2	Ограниченно атмосферостойкие
3	Защитные, консервационные
4	Водостойкие,
5	Специальные (светящиеся, противообрастающие, терморегулирующие, стойкие  к излучениям, пропиточные, отражающие и т.п.)
6	Маслобензостойкие
7	Химически стойкие
8	Термостойкие
9	Электроизоляционные
0	Лак, грунт, полуфабрикат
00	Шпатлёвка

В классификации тип  пленкообразователя обозначается двумя буквами. Лаки, эмали, грунтовки и шпатлевки выпускаются на основе различных смол (см. таблицу 2).

Таблица 2 –  Унифицированные марки ЛКМ и  маркировки плёнкообразующих основ

Обозначение                        Плёнкообразующая основа
Поликонденсационные смолы
КО	Кремнийорганические
ГФ	Глифталевые
ПФ	Пентафталевые
КС	Ксифталевые
МЛ	Меламино-алкидные
МЧ	Мочевинные (карбамидные)
АУ	Алкидно-уретановые
УР	Полиуретановые
ПЭ	Полиэфирные ненасыщенные
ПЛ	Полиэфирные насыщенные
ФЛ	Фенольные
ФА	Фенолальдегидные
ФМ	Фенольно-масляные
ЭТ	Этрифталевые (полиэтилен и др.)
ЭП	Эпоксидные
ЭФ	Эпоксидноэфирные
ЦГ	Циклогексановые
ФР	Фуриловые
На основе эфиров целлюлозы
АБ	Ацетобутиратцеллюлозные
АЦ	Ацетилцеллюлозные
НЦ	Нитроцеллюлозные
ЭЦ	Этилцеллюлозные
Полимеризационные смолы
КЧ	Каучуковые
ИК	Идиенкумароновые
НП	Нефтеполимерные
АС	Сополимеры олиакрила
АК	Полиакрилатные
ВН	Винилы и винилацетаты
ХВ	Перхлорвиниловые, поливиниловые
ВА	Поливинилацетатные
ВС	Сополимеры поливинилацетали
ВЛ	Поливинилацетальные
ПД	Полиамидные
ХС	Сополимеры винилхлорида
КС	Сополимеры карбинола
МС	Масляностирольные, алкидностирольные
ФП	Фторопластовые
ПС	Полистирольные
Природные смолы
БТ	Битумные и пековые
КФ	Канифольные
ШЛ	Шеллачные
КП	Копальные
ЯН	Янтарные
МА	Масляные

Например, обозначение  ЛАК БТ-783 расшифровывается так: Лак  – вид материала, БТ–обозначение по химическому составу (битумный), 7 – номер группы преимущественного назначения (химически стойкий), 83– порядковый номер, присвоенный данному материалу.

Каждый лакокрасочный  материал имеет наименование и обозначение, состоящее из букв и цифр (обозначение лаков состоит из четырех, пигментированных материалов — из пяти групп знаков).

Первая  группа означает вид лакокрасочного материала и записывается словом – лак, краска, эмаль, грунтовка, шпатлевка.

Вторая  группа указывает тип пленкообразующего, обозначаемый двумя буквами, указанными выше (ГФ – глифталевые, НЦ – нит-роцеллюлозные, эмаль МЛ-..., лак ПФ-...).

Третья  группа указывает на назначение материала. Обозначение состоит из одной цифры (от 1 до 9): 1 означает – для наружных работ, 2 – для внутренних работ, 4 – водостойкие и т.д. (между второй и третьей группой знаков ставят дефис - эмаль МЛ-1..., лак ПФ-2...).

Четвертая группа – это порядковый номер, присвоенный лакокрасочному материалу при его разработке (его разновидности), обозначаемый одной, двумя или тремя цифрами (эмаль МЛ-1110, лак ПФ-283). В обозначении масляных красок вместо порядкового номера краски ставят цифру кода олифы, на основе которой она изготовлена.

Пятая группа (для пигментированных материалов) указывает цвет лакокрасочного материала полным словом (эмаль МЛ-1110 серо-белая). Например, лак НЦ-223 расшифровывается как нитроцеллю-лозный лак для внутренних работ (мебельный) с порядковым номером 23; краска МА-21 голубая – масляная краска (МА) для внутренних работ (2) на натуральной олифе (1) голубого цвета.

При обозначении первой группы знаков для масляных красок, содержащих в своем составе только один пигмент, вместо слова «краска» указывают наименование пигмента, например, «сурик», «мумия», «охра» и т.д. (сурик МА-15).

Для ряда материалов между первой и второй группой знаков ставятся индексы:

Б – без летучего растворителя;

В – для водоразбавляемых;

ВД – для водно-дисперсионных;

ОД – для органо-дисперсионных;

П – для порошковых.

Для лакокрасочных материалов, полученных на смешанных пленкообразователях, вторую группу знаков обозначают по пленкообразующему веществу, определяющему свойства материала.

Третью  группу знаков для грунтовок и полуфабрикатных лаков обозначают одним нулем (грунтовка ГФ-021), а для шпатлевок – двумя нулями (шпатлевка ПФ-002). После дефиса перед третьей группой знаков для масляных густотертых красок ставится один нуль (сурик МА-015).

В четвертой группе знаков для масляных красок вместо порядкового номера ставят цифру, указывающую, на какой олифе изготовлена краска: 1 – натуральная олифа, 2 – олифа «Оксоль», 3 – глифта-левая олифа, 4 – пентафталевая олифа, 5 – комбинированная олифа.

В некоторых случаях  для уточнения специфических  свойств лакокрасочного покрытия после порядкового номера ставят буквенный индекс в виде одной или двух прописных букв, например: В – высоковязкий, М – матовый, Н – с наполнителем, ПМ – полуматовый, ПГ – пониженной горючести и т.д.

Кроме того, предприятие-изготовитель может на основании внутризаводских  ТУ выпускать продукцию, имеющую  дополнительные символы.

За рубежом  вся информация о лакокрасочном материале или изделии содержится в их техническом описании (условия и сроки применения, нанесения на окрашиваемую поверхность, условия эксплуатации) и может содержать следующие обозначения:

· T – ядовитое;

· O – пожароопасное;

· F – легко воспламеняющееся;

· E – взрывоопасное;

· C – едкое;

· Xl – вызывающее раздражение;

· Xn – вредное для здоровья.

Имеющийся на маркировке «голубой ангел» указывает на то, что  данный маркированный лакокрасочный  материал является менее опасным  для здоровья человека и окружающей среды.

В зависимости от состава  пленкообразующего вещества различают красочные составы:

· масляные;

· эмалевые;

· водоэмульсионные;

· клеевые.

Классифицируют  готовые окрашивающие составы по виду, химическому составу и назначению. По виду их делят на:

· краски;

· лаки;

· эмали;

· грунтовки и шпаклевки, которые могут содержать различ 
ные добавки (пластификаторы, сиккативы) и др.

1.2.1. МАСЛЯНЫЕ КРАСКИ – это суспензии пигментов или смеси пигментов с наполнителями в олифах (связующее вещество), тщательно протёртых до получения однородной смеси. Допускается добавка наполнителей к масляным краскам для экономии пигмента (тальк, сернокислый барий, барит).

Масляные  краски разделяются на:

· цветные;

· белила.

Белила изготовляют  цельными (без наполнителя) и с наполнителем (тогда в их сокращенном обозначении после пятого знака добавляется буква «Н»). Цветные масляные краски для внутренних работ по сравнению с красками для наружных работ выпускают в более широком ассортименте: под слоновую кость, палевую, бежевую, желтую, голубую, синюю, серую, фисташковую, зеленую, красную, бордо, коричневую и др. цветов.

По консистенции краски подразделяют на:

· густотертые (пасты);

· жидкотертые (готовые к употреблению).