Лекции по "Материаловедению"

Тощие масляные лаки содержат меньше масла (30%). Они высыхают быстрее, образуя более блестящие и твердые, но менее эластичные пленки. Такие пленки хорошо шлифуются, но менее атмосферо-стойки. Эти свойства обусловили применение тощих масляных лаков для различных внутренних работ (лакирование мебели и др.).

Средние масляные лаки (55% масла) по своим свойствам занимают промежуточное место между жирными и тощими лаками. Пленки их достаточно влагостойки, тверды и сравнительно хорошо шлифуются. Применяются преимущественно для внутренних (покрытие полов) и в меньшей степени для наружных работ.

В зависимости от назначения делят на лаки:

· общего назначения;

· специальные.

Асфальтобитумные  лаки – вязкие растворы (черного цвета) нефтяных битумов, а также каменноугольных пеков в бензине-растворителе, скипидаре, сольвент-нафте и их смесях. Обычно используют твердые битумы с высокой температурой размягчения (110-135°С).

Достоинства: получают из дешевого сырья; способны образовывать блестящие черные пленки, отличающиеся высокой влагостойкостью, химической стойкостью и электроизоляционными свойствами; применяют для предохранения черных металлов от коррозии, древесину – от гниения.

Недостатки: пониженная теплостойкость пленок и слабая стойкость их к действию прямых солнечных лучей, которые вызывают через некоторое время разрушение (растрескивание) лакового покрытия. Эти недостатки устраняются введением в асфальтобитумные лаки по-лимеризованных масел и производных канифоли.

Применение: безмасляные асфальтобитумные лаки применяют для покрытия скобяных изделий, предметов домашнего инвентаря и других изделий из черных металлов для предохранения их от коррозии, в частности в течение времени хранения их на складах. Масляные асфальтобитумные лаки применяют для покрытия многих металлических изделий, в частности велосипедов, деталей автомашин (шасси, рамы и др.). Они известны в основном как влагозащитные, электроизоляционные и кислотоустойчивые лаки.

Асфальтобитумные масляные лаки получают сплавлением битумов и пеков с растительным маслом и продуктами переработки канифоли при температуре до 280°С с последующим добавлением сиккативов и охлаждением, а затем растворением в растворителях. Введение канифоли и ее производных в состав асфальтобитумных лаков улучшает свойства пленок, а также совместимость асфальтов и битумов с растительными маслами (содержание масел в лаках можно повысить).

Смоляные лаки представляют собой растворы синтетических или естественных смол в органических растворителях. В отдельные лаки для повышения эластичности их пленок добавляют пластификаторы.

Высыхание лаковой  пленки смоляных лаков длится от нескольких минут до 2-4 ч., т.е. значительно быстрее, чем у масляно-смоляных лаков. Полное высыхание их лаковых пленок достигается уже при испарении летучих растворителей и разбавителей. Такие лаки иногда называют летучими (спиртовые лаки).

В зависимости  от вида используемых смол смоляные лаки подразделяют на следующие группы:

· лаки на основе спирторастворимых смол (спиртовые лаки);

· алкидные;

· ненасыщенные полиэфирные;

· полиакриловые;

· полиуретановые;

· эпоксидные и др.

Они занимают наибольший удельный вес в производстве и  потреблении лаков. Смоляные и масляные лаки содержат больше смолы, чем масла, или равное количество (тощие и средние). "Тощие" лаки быстро высыхают (от 6 до 24 часов), дают твердые, но хрупкие пленки, неатмосферостойкие; отличаются сильным блеском.

Средние лаки высыхают за время до 48 часов, имеют среднюю  эластичность и сильный блеск, хорошо шлифуются, но недостаточно атмосферостойки. Лак средней жирности содержит примерно 30% масла, 42% шеллака и 28% растворителя. Такой лак является хорошим покрытием для мебели, сохраняя текстуру древесины. Покрытая им древесина легко полируется спиртом до полного блеска.

Спиртовые лаки – это 30-35%-ные растворы смол, например, шеллака в этиловом спирте (летучих растворителях). Для высыхания спиртовых лаков при комнатной температуре достаточно 15 минут. Пленки спиртовых лаков образуются в результате испарения растворителя и могут быть снова растворены в нем. Пленка прозрачная, с высоким блеском, но недостаточно водо- и морозостойкая. Необходимость нанесения нескольких слоев спиртовых лаков и недостаточная прочность лаковых пленок – основные причины их ограниченного применения.

Промышленностью выпускаются следующие спиртовые лаки:

· канифольные;

· шеллачные;

· канифольно-шеллачные;

· карбинольные.

Наибольшее применение нашли шеллачные лаки (в мебельной  промышленности), которые образуют быстросохнущие, твердые и эластичные покрытия, легко полируются до зеркального блеска. Их недостаток – низкая водо- и морозостойкость.

Канифольный лак –  это раствор производных канифоли (хрупкая стекловидная смола желто-коричневого цвета, получаемая из живицы хвойных деревьев) в уайт-спирите. Он бывает безмасляным и маслосодержащим и применяют его для внутренних работ по дереву и металлу, не подвергающихся действию повышенной температуры и влаги.

Спиртовые лаки и политуры раньше были единственными смоляными лаками, применяемыми для отделки мебели, кожи, музыкальных инструментов, изделий из стекла, металлов и т.д. В настоящее время для их приготовления чаще всего применяют шеллак – из природных смол, фенолоформальдегидные смолы – из синтетических.

Спиртовые политуры отличаются меньшим содержанием  смолы (10-25%), чем спиртовые лаки (не менее 30%). Они лучше впитываются в древесину, обеспечивая лучшее заполнение пор и прочное прилипание. Ими полируют нелакированные и лакированные поверхности деревянных изделий. В некоторых случаях спиртовые лаки и политуры подкрашивают органическими красителями.

1.2.6.1. Лаки на основе термопластичных  полимеров

Шеллачные лаки. Шеллак образуется в результате жизнедеятельности насекомых, питающихся соком лакового дерева. Ввозится главным образом из Индии. Шеллачный лак получают растворением шеллака в этиловом спирте с добавлением канифоли. В отличие от идитольных лаков пленки более светостойки. Лак предназначен для отделки мебели, не подвергающейся воздействию влаги.

Эфироцеллюлозные  лаки – раствор эфиров целлюлозы с добавкой смол и пластификаторов в органических растворителях.

Ацетобутиратцеллюлозные лаки готовятся на основе ацетобу-тирата целлюлозы – смешанного сложного эфира целлюлозы с уксусной и масляной кислотами.

Лаки на основе хлорсодержащих полимеров. Основной частью их является перхлорвиниловая смола ПСХ, которую получают хлорированием поливинилхлоридной смолы до содержания хлора 62-65%.

1. 2.6.2. Лаки на основе термореактивных  полимеров

Алкидные лаки – растворы алкидно-масляных смол или их смесей с другими смолами в уайт-спирите, сольвентнафте и других растворителях. В зависимости от вида пленкообразующего вещества пленки бывают:

· глифталевыми (ГФ);

· пентафталевыми (ПФ);

· алкидно-мочевиноформальдегидными (МЧ);

· алкидно-меламиноформальдегидными (МЛ) и др.

Их получают из соответствующих смол (с сиккативами) путем растворения их в уайт-спирите, сольвентнафте и др. Они несколько сходны с масляно-смоляными лаками, но существенное различие заключается в том, что масляно-смоляные лаки состоят преимущественно из смеси масла со смолой, тогда как в глифталевых и пентафта-левых лаках молекулы растительного масла химически связаны с фта-левым ангидридом и пентаэритритом.

В зависимости  от количества жирных кислот растительных масел, применяемых для модификации смол, и степени их ненасыщенности различают:

· жирные;

· средней жирности;

· тощие алкидные смолы.

Более жирные алкидные смолы  используют для наружных, а тощие – преимущественно для внутренних лаковых покрытий. Пленки лаков на основе жирных алкидных смол атмосферостойки, эластичны и достаточно тверды, поэтому глифталевые и пентафталевые лаки успешно заменяют лаки на основе натуральных масел: они идут на приготовление эмалевых красок. Но пленки алкидных лаков и эмалей недостаточно устойчивы к воздействию нефтепродуктов. Для повышения устойчивости их к действию бензина и минеральных масел (например, для автомобильных эмалей) алкидные смолы сочетают с ал-килфенольными, а также мочевино- и меламиноформальдегидными смолами.

Покрытия  на основе алкидных лаков отличаются высокой атмо-сферо- и водостойкостью, достаточной твердостью и эластичностью. Они применяются для внутренних и наружных работ по металлу и дереву. В продажу поступают лаки ГФ-166 для наружных работ, ПФ-231, МЛ-248 для паркетных полов, ПФ-283 для внутренних работ по масляной краске, МЧ-52 для отделки мебели и др. Среди лаков на основе синтетических полимеров наиболее распространены алкидные и полиэфирные.

Мочевино и  меламиноалкидные лаки (МЧ и МЛ) дают более быстросохнущие пленки, стойкие к действию бензина и минеральных масел. Эмали на таких лаках (с горячей сушкой в течение 1 ч) успешно используют для покрытия автомобилей, велосипедов и др. Моче-вино-алкидный лак МЧ-52, например, используют для покрытия футляров, лыж и др. Пленки его высыхают в течение 2 ч при температуре 18-22°С. При холодной сушке пленки таких лаков и эмалей долгое время выделяют свободный формальдегид, содержащийся в мочеви-ноформальдегидной смоле, что является существенным недостатком.

Полиэфирные лаки приготовляют на основе ненасыщенных полиэфирных смол (полиэфирмалеинатных, полиэфиракрилатных, поли-эфирумаратных), получаемых при взаимодействии ненасыщенных двухосновных кислот (малеиновой, метакриловой, фумаровой) с двухатомным спиртом гликолем.

Наиболее известны полималеинатные  ненасыщенные лаки (многокомпонентные), используемые для высококачественной отделки мебели, радиоприемников, телевизоров и др. Они состоят из трех компонентов: полуфабрикатного лака – раствора ненасыщенной смолы в жидком реакционноспособном мономере (стироле или метилме-такрилате) или олигомере, инициатора (гидроперекись кумола) и ускорителя (нафтенат кобальта). Последние добавляются в лак перед его употреблением. Такие полиэфирные лаки не содержат летучих растворителей или содержат их (ацетон, бутилацетат) в очень небольшом количестве, а поэтому могут образовывать уже при однократном нанесении относительно толстые пленки (200-300 мкм).

В результате реакции сополимеризации жидкая пленка целиком (без испарения каких-либо веществ) отверждается, превращаясь в трехмерный полимер, не размягчающийся при нагревании, причем практически без усадки, так как побочных продуктов реакция не дает. Для предотвращения окисляющего действия кислорода воздуха на пленку, задерживающего процесс сополимеризации со стиролом, в полуфабрикатный лак вводят немного парафина или синтетических жирных кислот, образующих на поверхности пленки тончайший защитный слой.

Лаковые пленки ненасыщенных полиэфиров отличаются высокой твердостью и при нагревании не размягчаются. Они отличаются также от размягчающейся пленки нитролаков более высоким (зеркальным) блеском, морозостойкостью, водостойкостью и химической стойкостью, в частности стойкостью к действию бензина, спирта и пищевых жиров. Эти достоинства благоприятствуют применению полиэфирных лаков для покрытия кухонных столов, лицевой поверхности шкафов и др.

Лаки на основе полиакрилатов образуют прозрачные атмосфе-ростойкие эластичные покрытия с хорошей адгезией; их применяют для электроизоляции, для отделки кожи, в живописи и др. Покрытия, однако, недостаточно теплостойки. В качестве растворителей применяют ароматические углеводороды, ацетон, дихлорэтан. Для разбавления используют лаковый бензин. В сочетании с нитроцеллюлозой акриловые смолы применяют при изготовлении эмалевых красок для легковых автомобилей.

Полиуретановые  лаки – двухкомпонентная система, состоящая из полуфабрикатного лака – отвердителя. При взаимодействии изо-цианатов, содержащих две и более реакционноспособные группы с соединениями, имеющими несколько гидроксильных групп, получают вначале моноуретаны, которые затем превращаются в полиуретаны -высокомолекулярные смолы. При смешении компонентов начинается реакция полимеризации, поэтому их смешивают перед употреблением.

Применяют лаки для высококачественной прозрачной матовой отделки мебели, паркета, кожи, резины и др. Они образуют очень твердую эластичную пленку, которая сопротивляется износу и истиранию в несколько раз лучше, чем пленка нитролака. Лаки обладают диэлектрическими свойствами. В зависимости от состава они дают твердые и эластичные покрытия с хорошей адгезией и высокой стойкостью к действию тепла, влаги, атмосферных факторов и химических реагентов.

Они образуют покрытия с  высокими декоративными свойствами, обладающие хорошей адгезией к древесине, высокой прочностью, твердостью, стойкостью к действию воды, атмосферы, перепаду температур.

Эпоксидные  лаки применяют обычно в виде двухкомпонентных составов (раствора эпоксидной смолы и отвердителя). С помощью от-вердителей (полиаминов и др.) пленки лаков приобретают трехмерную структуру. Часто отвердителями служат полиамидные и другие смолы, взаимодействующие с эпоксидными соединениями (эпоксидно-полиамидные лаки).

Пленки эпоксидных лаков отличаются большей твердостью, хе-мо- и влагостойкостью. Поэтому  эпоксидные лаки применяют для покрытия химической аппаратуры и изделий, работающих в условиях повышенной влажности и температуры.

Политуры – это 10-14%-ные растворы твердых смол в этиловом спирте-сырце. Применяются они для полировки древесины после шлифовки и грунтовки ее поверхности. Среди полимерных пленкообразующих ведущее место принадлежит конденсационным полимерам – алкидным, мочевино-меламино-формальдегидным, эпоксидным, фенолоформальдегидным.

Лаки  битумные – растворы смол (20%) и природного и искусственного битума (45%) в летучем растворителе (35%).