Лекции по "Материаловедению"

Уплотненные олифы, как  и натуральные, бывают:

· полимеризованными;

· окисленными (оксоль).

Из полунатуральных  олиф, получаемых полимеризацией, следует отметить глифталевую и пентафталевую. Для их приготовления используют растительные масла, глицерин и фталевый ангидрид (образующий глифталевую смолу), сиккативы и органические растворители.

Окисленные (оксоль) олифы получаются окислением нагретого льняного масла при длительном пропускании воздуха в присутствии сиккативов, в результате обработки масло окисляется и густеет. Пленки этих олиф твердые, блестящие и влагостойкие, но при нагревании темнеют. Олифы содержат повышенное количество свободных жирных кислот, которые с минеральными пигментами образуют металлические мыла, что приводит к загустеванию красок при хранении. Поэтому такие олифы не пригодны для изготовления густотертых красок, а используются лишь для их разведения до малярной консистенции. Срок службы их меньше, чем натуральных олиф – 2 года.

Олифу оксоль выпускают  марок В и ПВ.

Для изготовления олифы  марки В используют льняное и  конопляное масла. Эта олифа используется при изготовлении масляных красок для наружных и внутренних малярных работ (за исключением окраски пола).

Для изготовления олифы марки ПВ используют подсолнечное, соевое, кукурузное, виноградное масла. Олифа предназначена для приготовления масляных красок для внутренних работ, а также для разведения густотертых красок.

Полунатуральной олифой является также касторовая. Ее изготавливают дегидратацией и уплотнением касторового масла в присутствии катализаторов и последующей полимеризацией касторового масла в присутствии катализаторов с добавлением летучих растворителей (уайт-спирит или скипидар). Применяют данную олифу для разведения густотертых красок.

В отличие от других полунатуральных  олиф, касторовая олифа имеет самый  светлый цвет. Пленка касторовой олифы  эластичная, блестящая, но менее твердая, чем у льняной олифы.

Алкидные (переэтерифицированные) олифы являются продуктами термохимической переработки (переэтерификации) полувысыхающих и невысыхающих растительных масел (хлопкового и др.) и представляют собой 50%-ные растворы алкидных (глифталевых и пентафталевых) смол, модифицированных растительными маслами, в уайт-спирите. Переэтерификация их основана на частичном вытеснении спиртового или кислотного остатка в глицеридах жирных кислот более высокоатомным спиртом – пентаэритритом или двухосновной фталевой кислотой (фталевым ангидридом) или их смесью. Замена остатка трехатомного спирта глицерина в молекулах масла на остаток четырехатомного спирта – пентаэритрита и остатков одноосновных жирных кислот на двухосновные увеличивает число реакционноспо-собных групп масла и его способность к реакциям поликонденсации и полимеризации, т.е. способствует ускорению высыхания.

Получаемые путем переэтерификации алкидные олифы (глиф-талевые и пентоли) обладают высокой высыхающей способностью (могут заменять тунговое масло) и в большом количестве необходимы для замены натуральной олифы при приготовлении лаков и красок. Для снижения вязкости в них вводят растворители (до 50%). По своим свойствам глифталевая и пентафталевая олифы примерно равноценны уплотненным олифам, а в ряде случаев лучше их. Покрытия на основе глифталевой олифы более долговечны, чем покрытия на основе олифы Оксоль. Еще более высоким качеством характеризуются пентаф-талевые олифы. Их пленки имеют более высокие показатели твердости, водостойкости, атмосферостойкости и долговечности.

Высыхают, как и натуральные  олифы, за 24 ч. Из них изготовляют лаки и эмали.

Алкидные олифы перспективны, так как их применение приводит к сокращению расхода ценных пищевых растительных масел (льняного и конопляного) на производство олиф, причем получаемые на их основе пленки обеспечивают более длительную службу покрытий. В связи с этим производство натуральных и уплотненных олиф сокращается. Все более предпочтительными становятся методы химической переработки малоценных растительных масел (переэтерифи-кация, эпоксидирование и др.).

Эпоксидированные масла (например, соевое масло, обработанное муравьиной кислотой) выполняют роль не только пленкообразо-вателей, но главным образом пластификаторов, отвердителей и стабилизаторов многих синтетических лакокрасочных материалов.

Недостатком уплотненных и алкидных олиф является повышенное содержание свободных жирных кислот, которые с минеральными пигментами основного характера (окись цинка и др.) дают нерастворимые металлические мыла, что служит причиной загустения красочных составов при их хранении. Поэтому для приготовления густотертых красок их не применяют, но широко используют для разведения густотертых масляных красок до малярной консистенции.

Комбинированные олифы получают путем смешивания уплотненных олиф с окисленными и прогретыми (обезвоженными) маслами или варкой специально подобранной смеси растительных масел или смешиванием уплотненных олиф с оксидированными и прогретыми высыхающими и полувысыхающими растительными маслами с последующим их растворением в уайт-спирите. Содержание масел в этих олифах не менее 70%. В отличие от уплотненных олиф они содержат меньше свободных жирных кислот, а поэтому их применяют для производства густотертых масляных красок. Комбинированные олифы среди полунатуральных олиф имеют меньше недостатков.

Искусственные олифы – это третья группа олиф, которые получают из искусственных пленкообразующих веществ. Их часто называют синтетическими, что не совсем верно, так как большую часть исходных материалов для них получают не путем синтеза из элементов, а при переработке отходов химических производств. Эти олифы имеют, однако, вспомогательную роль, значение их невелико.

Отличаются от натуральных  и полунатуральных тем, что не содержат растительных масел вовсе или содержат не более 35 %.

Показатели  качества олиф: цвет, прозрачность, плотность, вязкость, содержание золы и неомыляемых веществ, кислотное и йодное числа, число омыления.

Цвет определяют сравнением с эталонами йодометрической шкалы. Льняные олифы имеют цвет от светло-желтого до темно-желтого. Конопляные олифы имеют более темный цвет. После 24 ч отстаивания прозрачность олифы должна быть полной. Сиккатив, добавляемый при варке масла, должен хорошо смешиваться с ним без образования осадка или помутнения.

Полностью высохшая пленка натуральной олифы (за время не более 24 ч) должна быть твердой, гладкой и блестящей. При соскабливании ее должны получаться прозрачные эластичные не разрывающиеся, а завертывающиеся спиралью стружки. Если вместо такой стружки при соскабливании образуются порошок или крупные чешуйки, то это свидетельствует о вероятном присутствии в олифе примесей канифоли. Такая олифа, как правило, высыхает быстрее, чем натуральная, но пленки ее менее долговечны.

Йодное  число – это число граммов йода, присоединяемое" к 100 г масла при обработке его раствором йода. Оно является важнейшим показателем качества растительных масел и олиф, характеризующим скорость их высыхания. С повышением этого показателя скорость высыхания возрастает. Высыхающие масла имеют йодное число примерно в пределах 150-200, а невысыхающие – около 100 и ниже.

Кислотное число определяют числом миллиграммов едкого калия, необходимым для нейтрализации свободных жирных кислот, содержащихся в 1 г масла. Качество олиф и масел тем выше, чем ниже их кислотное число, т.е. чем меньше в них свободных жирных кислот. Повышенное содержание последних, например, в прогорклом масле, в уплотненных и алкидных олифах и лаках обусловлено расщеплением молекул масла на глицерин и свободные жирные кислоты, которые в ряде случаев являются причиной желатинизации (загустевания) красок при хранении.

Качество  растительных масел и олиф характеризуется  также их чистотой (количеством отстоя).

1.2.6. ЛАКИ

Лаки представляют собой растворы природных или синтетических пленкообразующих веществ в органических растворителях или воде, образующие после высыхания твердые, однородные, прозрачные (кроме асфальтобитумных лаков) и блестящие пленки с хорошей адгезией к отделываемому материалу (за счёт полимеризации плёнкообразующих), защищающие изделия из металла, дерева, кожи и других материалов от коррозии, гниения и придающие им красивый внешний вид. В масляных лаках пленкообразователем, кроме смолы, является также переработанное растительное масло. Их применяют для лакирования окрашенных и неокрашенных поверхностей изделий. На основе лаков с различными наполнителями и пигментами приготовляют грунтовки, шпаклевки, эмалевые краски. В состав лаков входят:

· пленкообразующие вещества;

· растворители;

· разбавители;

· пластификаторы;

· отвердители;

· катализаторы;

· инициаторы;

· органические красители (для окрашенных лаков) и др. 
Пленкообразователями являются смолы естественные (шеллак,

канифоль, природные битумы) и синтетические, эфиры целлюлозы  и термически обработанные масла (олифы).

Растворители  – летучие органические жидкости, растворяющие пленкообразователи и пластификаторы.

Разбавители самостоятельно пленкообразователи не растворяют, но после растворения последних ими разбавляют лак до необходимой вязкости. Например, этиловый спирт хорошо растворяет многие смолы, но не растворяет нитроцеллюлозу и по отношению к ней является разбавителем.

Пластификаторы  применяют при изготовлении смоляных и нит-роцеллюлозных лаков для смягчения пленки, повышения ее эластичности и адгезионной способности.

По назначению лаки подразделяют на следующие группы:

· для наружных работ (атмосферостойкие);

· для внутренней отделки;

· для художественных работ;

· стойкие к агрессивным средам;

· термостойкие;

· электроизоляционные;

· лаки специального назначения (например, лаки для отделки 
кожи, для покрытия жести консервных банок и др.).

По характеру пленкообразования лаки подразделяют на две группы:

· лаки, образующие твердые пленки исключительно за счетиспарения содержащихся в них летучих растворителей (спиртовые,нитро- и асфальтобитумные). Такие лаки иногда называют летучими; 
их пленки, как правило, термопластичны и растворимы в органических растворителях;

· лаки, образующие пленки не только за счет испарения растворителей, но и в результате химических превращений (сшивания) пленкообразующих веществ; пленки этих лаков имеют трехмерное строение, вследствие чего они не плавятся и не растворяются (все маслосодержащие лаки - масляные, алкидные, а также полиэфирные ненасыщенные, бакелитовые и некоторые эпоксидные.

Классифицируют  лаки по природе пленкообразующего вещества на:

· масляные (масляно-смоляные), изготовленные на основе растительных масел, естественных и синтетических смол;

· смоляные, изготовляемые на основе естественных и синтетических смол;

· эфироцеллюлозные, изготовляемые на основе эфиров целлюлозы;

· асфальтобитумные, приготовляемые на основе естественных и искусственных асфальтов и битумов.

Смоляные  и эфироцеллюлозные лаки не содержат растительных масел. Асфальтобитумные лаки приготовляют без масел и  с добавкой масел.

Масляные лаки (или жирные) – растворы природных или синтетических смол (канифоли, копалов, глифталевых) в высыхающих маслах (льняном, конопляном, тунговом) или полувысыхающих маслах и их растворителях (скипидаре, уайт-спирите, ксилоле и др.) с добавлением сиккативов (7-10% от массы масел). Но даже при добавлении сиккативов сроки сушки масляных лаков в несколько раз превышают сроки сушки спиртовых и нитролаков, что ограничивает их применение при отделке изделий из древесины.

Ассортимент масляных лаков  составляют лаки общего потребления и специального назначения. В продажу поступают масляные лаки общего потребления, представляющие собой вязкие прозрачные растворы алкидных или канифольных смол, модифицированных растительными маслами. Цвет их от светло-желтого до коричневого. Применяют для наружных и внутренних покрытий по окрашенным масляными красками древесине и металлам, а также для разведения густотертых масляных красок.

В их производстве преобладает применение синтетических  смол (алкидных, маслорастворимых фенолоформальдегидных и др.). Из естественных смол наибольшее значение сохранили продукты переработки канифоли (резинаты кальция и цинка, эфиры канифоли). В процессе сплавления смолы с маслом происходит их химическое модифицирование (переэтерификация и др.).

Назначение масляных лаков определяется их составом и свойствами лаковых пленок, которые в зависимости от состава имеют большую или меньшую твердость и эластичность. Степень твёрдости пленок обусловлена природой смолы и ее количеством, а эластичность связана с наличием в них масла. Чем больше содержится в лаке масла (жира), тем более жирным считается этот лак, тем более эластична и атмосфероустойчива его пленка. Вязкость лаков регулируют добавлением растворителей и разбавителей, скорость высыхания – сиккативами, твердость и блеск – подбором соответствующих смол. Высыхают они продолжительное время - от 1 до 4 суток.

В зависимости от выбранного соотношения масла и смолы  лаки подразделяются на:

· жирные;

· средние;

· тощие.

Жирные масляные лаки содержат большое количество масла (75% пленкообразующей основы), в результате чего образуют более декоративные, долговечные (сопротивление к истиранию), эластичные и морозо-, водо- и атмосферостойкие пленки. Благодаря этому их применяют для наружных работ и для окраски изделий, подверженных изгибанию и другим деформациям. Однако пленки жирных лаков имеют недостаточную твердость, плохо шлифуются и полируются, а поэтому их стараются применять в основном для тех поверхностей, которые не подвержены трению, удару и т.п.