Лекции по "Материаловедению"

Достоинства: пленки таких лаков черного цвета и обладают сильными блеском, влаго- и хемостойкостью, высокими антикоррозийными и электроизоляционными свойствами.

Недостатки – пониженная теплостойкость и слабая устойчивость к действию солнечных лучей. Эти недостатки в значительной степени устраняются при введении в лаки масла. Применяют лаки для защиты изделий из черных металлов от коррозии, например, скобяных изделий.

Нитроцеллюлозные  лаки (нитролаки) – это раствор нитрата целлюлозы (лакового коллоксилина различных марок), смол и пластификаторов в смеси органических растворителей (ацетон, этилацетат, бу-тилацетат, амилацетат и др.) и разбавителей (спирты и ароматические углеводороды).

Применение: при отделке различных столярных изделий, для лакирования мебели (нитроглифталевые лаки), кожи, карандашей, клеёнки и др. изделий, в автомобилестроении и самолётостроении и др. отраслях промышленности. Нитролаки также предназначены для окраски стен специального назначения в поликлиниках и других лечебных учреждениях.

Достоинства: они просты в применении, быстро высыхают (улетучивание растворителей происходит при температуре 18-20°С и значительно ускоряется при камерной сушке при температуре 35- 50°С за 15-60 мин.), дают прочные, эластичные, водостойкие, атмосферостой-кие, бензостойкие плёнки; придают твердость и механическую прочность пленкам; обеспечивают легкость в исправлении дефектов изделий (способны шлифоваться и полироваться); пленки прозрачны, бесцветны и могут окрашиваться в любой цвет.

При добавлении в лак  органических красителей получают окрашенные прозрачные лаки (цапонлаки) различного цвета. Цапонлаки (состоят из нитроцеллюлозы и пластификатора) применяют для покрытия изделий из цветных металлов (бронзы, латуни, серебра), стекла, бумаги и т.д.

Недостатки покрытий – низкая свето-, теплостойкость (не более 60⁰С), адгезионная способность, сильная горючесть, сильное растрескивание на сгибах (устраняется добавками различных смол и пластификаторов).

Нитролаки делятся  на:

· прозрачные - холодного и горячего нанесения;

· матирующие;

 кислотного отверждения  – прозрачные и матирующие.

Прозрачные  нитролаки образуют на поверхности древесины блестящие покрытия, которые сохраняют естественный цвет и текстуру древесины. Путем нанесения нитролаков можно получить покрытия высокого качества. Нитролаки холодного нанесения имеют более низкий процент пленкообразователей (17-25%) при рабочей вязкости, а нитролаки горячего нанесения содержат 33-35% пленко-образователей. Поэтому для получения лаковой пленки одной и той же толщины приходится наносить большее количество слоев нитролака холодного нанесения, чем горячего.

Матирующие  лаки являются разновидностью нитролаков. Они образуют на поверхности матовые шелковистые покрытия, частично скрывающие (вуалирующие) текстуру и цвет древесины за счет содержания в лаке мелкозернистых наполнителей и восковых веществ.

В состав нитролаков кислотного отверждения дополнительно вводят карбамидные смолы, которые повышают морозо-, водо- и химическую стойкость нитролаковых покрытий. Введение карбамидных смол позволяет повысить прочность покрытий при резких колебаниях температур.

Нитролаки имеют неограниченную жизнеспособность, достаточно технологичны. К недостаткам можно отнести невысокую атмо-сферостойкость покрытий, огнеопасность и горючесть, низкую массовую долю нелетучих веществ, высокое содержание органических растворителей.

Лаки кислотного отверждения – лаки, которые образуют прозрачные, глянцевые или матовые покрытия, обладающие повышенной атмосферостойкостью, испаряемостью и меньшей по сравнению с нитролаками горючестью. Покрытия получаются необратимыми и не требуют облагораживания. Промышленностью выпускается несколько видов мочевиноалкидных лаков: МЧ-52, МЧ-270, МЛ-2111 – для отделки мебели, лыж, музыкальных инструментов; МЛ-2111 ПМ – для отделки пленочных материалов; МЧ-25 – для отделки паркета; МЧ-22, МЛ-21, МЛ-133, МЛ-158, МЛ-248 – для отделки строительных деталей.

Полиэфирные лаки – лаки, основой которых являются ненасыщенные полиэфирные смолы, получаемые конденсацией непредельных кислот (малеиновой, метакриловой, фумаровой) с гликолями или смесью ненасыщенных и насыщенных кислот. Пленки этих лаков отличаются высокой теплостойкостью и твердостью, зеркальным блеском, хорошей водостойкостью, стойкостью к действию спирта и пищевых жиров. Применяют их для отделки мебели. Полиэфирные лаки разделяют на:

· парафиносодержащие;

· беспарафиновые.

Полиэфирные парафиносодержащие лаки – растворы ненасыщенных полиэфирных смол в стироле с отвердителем, ускорителем и всплывающей добавкой – парафином. Отделочная пленка образуется в результате реакции сополимеризации между полиэфирной смолой и растворителем – стиролом. Последний сначала растворяет полиэфирную смолу, а затем входит в состав твердой лаковой пленки. Процесс отверждения происходит в присутствии катализатора (инициатора полимеризации). Катализаторами служат органические перекиси. Для ускорения реакции сополимеризации в состав лака вводят ускоритель – нафтенат или линолеат кобальта. Добавка парафина создает на поверхности покрытия тонкий защитный слой, который препятствует быстрому испарению стирола из лаковой пленки и предотвращает попадание кислорода воздуха вглубь пленки.

Преимущество  парафиносодержащих лаков перед  лаками, не содержащими парафин: они содержат до 95% пленкообразующих веществ и высыхают при температуре 18-23°С.

Недостатки: их можно  наносить только на горизонтальные поверхности, так как при нанесении на вертикальные поверхности относительно толстый слой лака стекает вниз и участки в верхней части со стекшим слоем парафина не высыхают. Парафин при температуре 18-23°С всплывает на поверхность лакового слоя и образует тонкую пленку, изолирующую его от воздействия кислорода и препятствующую испарению стирола.

Беспарафиновые лаки – растворы двух ненасыщенных полиэфирных смол с добавлением коллоксилина и алкидной смолы в органических растворителях и отвердителя. Коллоксилин в этом случае выполняет функцию тиксотропной добавки, а алкидная смола повышает адгезию лака к древесине. Беспарафиновые лаки отверждаются в результате реакции сополимеризации ненасыщенных полиэфирных смол и частично в результате улетучивания растворителей, введенных в состав лака для растворения коллоксилина и алкидной смолы. Отсутствие парафина упрощает технологию нанесения лаков, т.к. исключает необходимость шлифования и полирования покрытий, а также не требует соблюдения строгого температурного режима при нанесении и высыхании лака. Однако по физико-механическим и декоративным качествам беспарафиновые лаки уступают парафиносодер-жащим.

Водоразбавляемые  лаки – лакокрасочные материалы, содержащие в летучей части воду. Процесс пленкообразования у них протекает за счет различных физико-химических превращений. Водоразбав-ляемые лакокрасочные материалы делятся на:

· водорастворимые;

· вододисперсионные (диспергированные в воде). 
Водорастворимые лаки – лакокрасочные материалы на основе

однофазных  гидрофильных пленкообразующих систем, а вододиспер-сионные – на основе двухфазных гидрофобных пленкообразующих систем.

По назначению все лаки делят на:

· мебельные;

· для кожи;

· для металла;

· художественные;

· изоляционные и др., 
по цвету – на:

· бесцветные;

· цветные.

Названия лаков приняты  по названиям растворителей (например, спиртовые, водорастворимые), или пленкообразующих веществ (например, масляные, смоляные, нитроцеллюлозные, битумные, полиэфирные, мочевинные, полиуретановые, эпоксидные и др.).

В зависимости  от характера отверждения различают  лаки, образующие пленки за счет:

· испарения растворителей (спиртовые, нитроцеллюлозные);

· химических реакций полимеризации и поликонденсации 
(полиэфирные, мочевино-формальдегидные);

· совместного процесса испарения растворителей и химиче 
ских реакций.

Достоинства лаков: высокое содержание пленкообразующих; небольшое количество растворителя; малые выделения в атмосферу органических растворителей; низкая стоимость лакирования; высокие свето- и химическая стойкость; невоспламеняемость.

К недостаткам относятся: большие энергозатраты при сушке покрытий, сложность хранения и транспортировки в зимних условиях из-за высокой температуры замерзания; необходимость водо- и почвоохранных сооружений для удаления остатков лаков из промывочных растворов; большое поглощение их древесиной, что при сушке может привести к необратимой деформации поверхности.

Таким образом, лаки и  краски представляют собой сложные  системы, в состав которых входят плёнкообразующие вещества, пластификаторы, растворители, сиккативы. В составе красок, кроме того, имеются пигменты и наполнители. В качестве вспомогательных материалов имеются грунтовки и шпатлёвки, применяющиеся для подготовки поверхности, различные растворители, разбавители, пластификаторы и сиккативы – вещества, модифицирующие то или иное свойство малярных композиций.

1.3. ИСХОДНЫЕ  МАТЕРИАЛЫ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА КАЧЕСТВО ОЛИФ, ЛАКОВ И КРАСОК

Исходными материалами  для приготовления олиф, лаков  и красок служат растительные масла, синтетические и естественные смолы, сиккативы, растворители и разбавители (разжижители), пластификаторы и пигменты. Некоторые из этих материалов (сиккативы, растворители и разбавители, частично и пигменты) наряду с олифами, лаками и красками также поступают в продажу и служат преимущественно для корректировки состава и свойств уже готовых лакокрасочных товаров.

1.3.1. КРАСЯЩИЕ ВЕЩЕСТВА подразделяют на четыре группы:

· Красители

· Поренбейцы

· Протравы

· Пигменты.

1.3.1.1. Красители применяют в виде водных и, реже, спиртовых растворов 1-3 % -ной концентрации. Они должны быть светостойкими, яркого цвета, не скрывать текстуру древесины. По происхождению различают:

· естественные красители;

· синтетические красители.

Из естественных красителей широко применяют коричневый (ореховая морилка или бейц). Красящим веществом являются гуминовые кислоты, содержащиеся в некоторых почвах и торфе. Они хорошо растворяются в воде, окрашивают древесину в ровный коричневый цвет различных оттенков, светостойки, трудногорючи, экологически чистые.

В производстве мебели нашел применение торфяной краситель, получаемый из суспензии аммонизированного торфа (CAT). СAT с содержанием нелетучих веществ 9% разбавляют водой до концентрации 3-3,5%, получая краситель. Крашение выполняют по типовому режиму, а последующую отделку производят любым лаком. Краситель хорошо выявляет текстуру древесины, незначительно поднимает ворс, не мигрирует в отделочные материалы.

Синтетические красители получают из каменноугольной смолы. По способам крашения они делятся на:

· прямые;

· основные;

· кислотные;

· нигрозин и др.

В крашении древесины  широкое применение нашли кислотные красители и нигрозин.

Кислотные красители – это натриевые, калиевые или кальциевые соли органических кислот. Они хорошо растворяются в воде, смешиваются между собой, светостойки. Промышленность выпускает множество кислотных красителей: № 1, № 2, № 3 и № 4 – темно-красный, коричневый, красновато-коричневый; № 5, № 6, № 7, № 16, № 17 – светло-коричневый; № 8, № 9, № 15 – темно-коричневый и др. Их используют в виде 1- 4%-ных водных растворов. Крашение осуществляют вручную, пневматическим распылением, окунанием, вальцами.

Нигрозин получают сплавлением смеси анилина, нитробензола и солянокислого анилина. Нигрозин бывает спирто-, водо- и жирорастворимый, по цвету – черный или синевато-черный. Применяется для окрашивания в черный цвет изделий (рояли, пианино) или отдельных деталей. Наибольшее применение нашел спирторастворимый нигрозин (ГОСТ 9370) для окрашивания спиртовых и нитроцеллюлозных лаков, красок и политур.

1.3.1.3. Протравы – это химические вещества, не являющиеся непосредственными красителями, но вступающие в химическую реакцию с дубильными веществами некоторых пород древесины (дуб, орех, красное дерево и др.) и окрашивающие ее. Данный способ крашения называется травлением. Древесину хвойных пород при крашении протравами предварительно обрабатывают 1-2%-ным раствором резорцина или пирогаллола и др.

В качестве протрав применяют следующие химикаты: хлорную и сернокислую соли железа (железный купорос), дающие окраски от серого до черного цветов; хлорную и сернокислую соли меди (медный купорос) для окраски в желтовато-коричневые тона; хромовокислые соли калия и натрия , дающие коричневую окраску, и др.

Крашение протравами отличается высокой устойчивостью  к смывке и свету. Однако оно имеет ограниченное применение из-за небольшой цветовой гаммы.

1.3.1.4. Пигменты – высокодисперсные минеральные красящие вещества в виде тонко измельченных порошков различных цветов, не растворимые в воде, органических растворителях и пленкообразующих веществах. Будучи окрашены и имея более высокий коэффициент 
преломления, чем пленкообразующие вещества (масла, смолы, клеи), пигменты обеспечивают укрывистость (непрозрачность) и окраску покрытия. Этим они принципиально отличаются от органических красителей.

Их используют в смеси  с раствором пленкообразующего  состава, который закрепляет порошок пигмента на поверхности изделия. Пигменты являются одной из составных частей красок и эмалей. От типа пигмента зависят цвет лакокрасочного покрытия, его укрыви-стость, а также устойчивость к действию атмосферных факторов, химических реагентов и высоких температур.