Общие сведения о лакокрасочных материалах

Лакокрасочными материалами называются составы, наносимые на отделываемую поверхность и образующие на ней защитное или декоративное покрытие. Лакокрасочное покрытие должно обладать достаточной адгезией к окрашиваемой поверхности. Оно состоит из нескольких тонких слоев: грунтовочного, который служит для заполнения капилляров основания, чтобы сделать его более однородным; подмазочных слоев для заполнения углублений на окрашиваемой поверхности; шпаклевочного – для выравнивания поверхности; одного или нескольких красочных слоев; покровного слоя, защищающего красочные слои.

Для каждого слоя применяются составы, обладающие разными свойствами.

Краски применялись человеком с далеких времен. Для их приготовления служили природные пигменты: сурик, охра, сажа, мел, известь и др. Из органических красителей известны ализарин из корней марены, индиго из листьев некоторых растений, пурпур из средиземноморского моллюска. Краски использовались для художественной росписи храмов и дворцов, однако, они были дороги, что ограничивало их применение.

В современном строительстве для внутренней и наружной отделки зданий и сооружений, для защиты конструкции от разрушения применяются самые разнообразные лакокрасочные материалы с использованием научных разработок.

Компоненты лакокрасочных материалов

В состав лакокрасочных материалов входят: связующие (пленкообразующие) вещества, пигменты, наполнители, пластификаторы, растворители, сиккативы, добавки.

Связующие (пленкообразующие) вещества

Связующие вещества служат для сцепления частиц пигментов и наполнителя между собой и с окрашиваемой поверхностью.

К ним относят: полимерные искусственные смолы: алкидные, феноло-, карбамидо- и меламиноформальдегидные, эпоксидные, кремнийорганические, перхлорвиниловые, хлоркаучуковые и др.; эфиры целлюлозы; битумы и природные смолы:нефтяные и природные битумы, канифоль, шеллак и др.; олифы; животные клеи; минеральные вяжущие:известь, растворимый силикат калия (растворимое стекло), портландцемент; комбинированные, состоящие из минеральных вяжущих с добавками органических связующих.

Характеристика связующих приведена в 17.3.

Важнейшими свойствами связующихявляются вязкость, степень высыхания, время высыхания.

Вязкостьоценивается по условной вязкости при температуре 20 ± 5 ⁰С. За условную вязкость применяется время непрерывного истечения в секундах определенного объема испытуемого материала через калибровочное сопло вискозиметра.

Степень высыханияопределяет состояние поверхности лакокрасочного материала. Она характеризуется промежутком времени, необходимым для достижения определенной степени высыхания.

Пигменты

Пигментами называются цветные вещества, применяемые для приготовления красочных составов. Они не должны растворяться в связующих, растворителях, воде.

Пигменты подразделяются на природные и искусственные. Искусственные, в свою очередь, подразделяются на минеральные, металлические и органические.

Природные минеральные пигменты получают измельчением цветных горных пород. Искусственные минеральные пигменты получают химической переработкой минерального сырья.

Искусственные органические пигменты получают осаждением анилиновых красителей на каолине, тальке и других белых наполнителях.

Металлические пигменты представляют собой металлические порошки.

В строительстве преимущественно применяются минеральные пигменты.

Свойства пигментов. К основным свойствам пигментов относят тонкость помола, красящую способность, укрывистость, светостойкость, атмосферостойкость, антикоррозионную стойкость, маслоемкость, щелочестойкость.

Тонкостьпомола (дисперсность) пигмента оценивается остатком на сите с определенным размером отверстий. Составляет от 0,2 до 10 мкм. Она оказывает влияние на укрывистость и красящую способность пигмента.

Укрывистость(кроющая способность) характеризуется расходом пигмента на 1 м² окрашенной поверхности. Она составляет от 10 до 200 г/м².

Красящая способность или интенсивность характеризуется способностью пигмента передавать свой цвет при смешивании с пигментами других цветов. Так, 0,1 % лазури придает мелу или белилам голубой цвет.

Светостойкость– способность пигментов сохранять свой цвет под действием солнечных лучей. Для поверхностей, подвергающихся солнечному облучению, следует применять светостойкие пигменты.

Атмосферостойкость – способность пигментов сохранять свои свойства в лакокрасочном покрытии под воздействием газов, содержащихся в воздухе, попеременного увлажнения и высыхания, нагревания и охлаждения.

Антикоррозионная стойкость – способность пигмента в красящем покрытии предохранять от ржавления металлы.

Лакокрасочными покрытиями в строительстве защищают стальные кровли, конструкции металлических мостов, трубы и др. Высокие антикоррозионные свойства имеют свинцовые белила, цинковые и свинцовые кроны, свинцовый и железный сурики. Другие же, такие как сажа, литапон, мумия искусственная, ускоряют коррозию.

Маслоемкостьхарактеризуется количеством масла, добавляемого к пигменту для получения пасты. Пигменты имеют разную маслоемкость. Так, например, свинцовый сурик 5–8 %, железный сурик 15–25 %, охра – 40 %. Стойкость покрытия выше при меньшей маслоемкости пигмента.

Огнестойкость –способность пигментов не разрушаться и не изменять свой цвет от воздействия высоких температур. Например, ультрамарин при нагревании не изменяет свой цвет, лазурь желтеет и быстро разрушается.

Щелочестойкость– способность пигментов не обесцвечиваться при контакте со щелочной средой. Например, нещелочестойкими пигментами являются: крон свинцовый, зелень свинцовая, лазурь. Нещелочестойкие пигменты нельзя применять в составах, наносимых на поверхность цементного бетона, известковой и цементно-известковой штукатурки.

Кислотостойкость– способность пигментов не разрушаться под действием кислот. Это важно для отдельных помещений промышленных предприятий, например, цехов зарядки электрических аккумуляторов. Некислотостойкими пигментами являются белила цинковые, литопон, мел.

Токсичность (ядовитость). Некоторые пигменты поражают дыхательные пути и могут вызвать отравление. Это пигменты, содержащие соединения свинца, меди, мышьяка, некоторые соединения цинка. Окраска кистями при соблюдении правил личной гигиены и охраны труда не вызывает опасности. Отравляющее действие обычно проявляется при окрашивании распылителями, поэтому работать необходимо в защитной маске или респираторе.

По цвету пигменты классифицируются на белые, желтые, синие, зеленые, красные, коричневые, черные.

Белые пигменты. К белым пигментам относят мел природный, белую глину, известь строительную, белила титановые, цинковые, свинцовые и литопон.

Мел природный комовой и молотый – горная порода, состоящая из углекислого кальция СаСО₃. Свето- и щелочестойкий пигмент, не ядовит. Применяют в клеевых, эмульсионных и силикатных составах для внутренних и наружных окрасок. В масляных красках не применяют, так как в смеси с олифой получаются пленки с желтым оттенком.

Обогащенный каолин (белая глина) – водный силикат алюминия Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O. Каолин очищают отмучиванием. Добавляют его в колеры, содержащие мел. Они становятся жирными, бархатистыми, легче наносятся кистями. Потолки можно красить без добавления клея.

Известь строительная СаО – продукт обжига карбонатных горных пород. Светостойкий пигмент, малоядовит. Применяют в известковых и эмульсионных составах для наружных и внутренних окрасок, в том числе сырых поверхностей.

Белила титановыеявляются диоксидом титана TiO₂. Получают из титановых руд путем разложения серной кислотой. Они не токсичны, незначительно растворяются в щелочах и кислотах. В качестве пигментов применяют две кристаллические модификации TiO₂: рутил и анатаз. Более высокую светостойкость и атмосферостойкость имеет рутильная структура. Укрывистость белил составляет 30–40 г/м², истинная плотность 3,84–4,24 г/см³. Применяют в лаковых, масляных и эмульсионных составах, TiO₂ рутильной структуры – для наружных и внутренних работ, TiO₂ анатазной структуры – для внутренних работ. Изготавливают кислотостойкие краски, эмали.

Белила цинковые являются оксидом цинка ZnO. Получают из металлического цинка или цинковых руд превращением металла в парообразное состояние. Укрывистость составляет 130–140 г/м², истинная плотность – 5,6 г/см³. Они светостойки, атмосферостойкость – средняя, растворимы в щелочах и кислотах. Применяют в лаковых, масляных, клеевых, силикатных и эмульсионных составах преимущественно для внутренних работ.

Белила свинцовые представляют собой основной углекислый свинец 2PbCO₃ Pb(OH)₂. Получают пропусканием углекислого газа через раствор основного уксуснокислого свинца. Обладают высокой светостойкостью и атмосферостойкостью, хорошо защищают металл, растворяются в щелочах и кислотах. Желтеют от сероводорода, токсичны. Применяют в лаковых и масляных составах для наружных работ.

Литопонсостоит из смеси сернистого цинка ZnS и сернокислого бария BaSO₄. Получают путем обменной реакции раствора сернокислого бария с последующим прокаливанием. Укрывистость составляет не более 120 г/м², истинная плотность – 4,1–4,3 г/см³. Щелочестоек, светостойкость и атмосферостойкость недостаточна, не защищает металл от коррозии, темнеет на свету. Применяют в лаковых, масляных, клеевых, известковых и силикатных красках для внутренних работ.

Желтые пигменты. К желтым пигментам относятся охра, крон свинцовый желтый, крон цинковый желтый.

Охра – природный пигмент, состоящий из глины, окрашенной оксидами железа в желтый цвет. Укрывистость составляет 65–85 г/м², истинная плотность – 2,6–3,4 г/см³. Имеет высокую светостойкость и щелочестойкость. Применяют в лаковых, масляных, эмульсионных, силикатных и известковых составах для внутренних и наружных работ.

Крон свинцовыйпредставляет смесь хромовокислого и сернокислого свинца PbCr₂O₄ · PbSO₄. Получают в результате взаимодействия хромпика с солями свинца лимонного, желтого и оранжевого цветов. Укрывистость составляет от 45 до 60 г/м², истинная плотность – 6,12 г/см³. Обладает высокими антикоррозионными свойствами. Имеет малую светостойкость, нещелочестоек, под действием сероводорода темнеет, ядовит. Применяют в малярных и лаковых составах для окраски по дереву и металлу.

Крон цинковый– пигмент желтого цвета с различным содержанием оксидов цинка, калия или хрома. Укрывистость составляет 120 г/м², истинная плотность – 3,46 г/см³. Обладает антикоррозийными свойствами. Защищает сталь в течение 10-15 лет. Растворим в кислотах и щелочах. Ядовит. Применяют в лаковых, масляных и клеевых составах. В масляных красках для защиты металлических конструкций.

Синие пигменты. К синим пигментам относят ультрамарин и лазурь.

Ультрамаринпредставляет собой алюмосиликат натрия, содержащий серу в коллоидном состоянии. Получают обжигом каолина, серы, глауберовой соли, угля и трепела. Укрывистость не нормируется. Светостойкий, щелочестойкий пигмент, не ядовит. Кислотами разрушается. Применяют его в сочетании с другими пигментами в лаковых, масляных, эмульсионных, силикатных, известковых и казеиновых составах.

Лазурь желтая– пигмент синего цвета, состоящий из ферроцианида железа и калия. Укрывистость небольшая, истинная плотность – 2,8 г/см³. В смеси с цинковыми или титановыми белилами выцветает. Обладает высокой интенсивностью и поэтому применяют его в основном в разбелах. При прокаливании превращаются в коричневый порошок. Таким образом ее отличают от ультрамарина. Применяют в лаковых и масляных составах для окраски деревянных и металлических поверхностей, не применяются для окрасок по штукатурке, цементным бетонам.

Зеленые пигменты. К зеленым пигментам относится зелень цинковая, зелень свинцовая, оксид хрома.

Зелень свинцовая (другие названия: зелень вагонная, зеленьобыкновенная, крон зеленый, киноварь зеленая, зелень шелковая, зелень обойная) представляет собой смесь крона свинцового желтого с лазурью и наполнителями. Обладает высокой красящей способностью, укрывистость составляет 24–42 г/м². Это светостойкий с хорошими антикоррозийными свойствами пигмент. Нещелочестоек. Применяют для изготовления масляных и клеевых красок для наружных и внутренних работ, особенно по металлам и древесине. Нельзя применять в известковых красках и для окраски штукатурки.

Зелень цинковая (другие названия: зелень новая, зелень майская) представляет собой смесь цинкового желтого крона с лазурью и наполнителями. Это светостойкий с хорошими антикоррозионными свойствами пигмент. Укрывистость составляет от 23 до 70 г/м², истинная плотность – 6,9–7,2 г/см³. Недостаточно щелочестоек. Применяют для масляных и клеевых красок по металлу и дереву.

Оксид хрома Cr₂O₃ получают нагреванием смеси хромпика К₂Сr₂O₇ с углем и серой. Укрывистость составляет от 12 до 14 г/м², истинная плотность – 5,2 г/см³. Светостойкий, щелочестойкий, кислотостойкий и термостойкий пигмент. Не растворяется в щелочах и кислотах даже при нагревании. Может применяться во всех составах для любых красок, особенно для окраски помещений заводов с агрессивной средой и горячих поверхностей.

Красные пигменты. К красным пигментам относится мумия природная, мумия искусственная, красный железокислый пигмент, сурик свинцовый.

Мумия природная – тонкодисперсный порошок глины, окрашенный оксидами железа. Их содержится от 35 до 60 %. Свето- и щелочестойкий пигмент, не ядовит. Применяют в лаковых, масляных, эмульсионных, клеевых, силикатных и известковых составах. Пригоден при любых условиях.

Мумия искусственная представляет смесь обожженного сернокислого кальция и оксида железа. Получают прокаливанием железного купороса FeSO₄ с мелом или известняком. Укрывистость 15–25 г/м². Свето- и щелочестойкий пигмент. Вызывает коррозию черных металлов. Применяют для окрасок по дереву и штукатурке.

Красный железокислый пигмент (редоксайд) представляет собой чистый красный оксид железа. Получают прокаливанием при температуре 700–800 ⁰С колчеданного огарка, железного купороса или его смеси с сернокислым алюминием. Имеет фиолетовый оттенок, чем отличается от железного сурика. Укрывистость составляет 5–6 г/м². Слабо растворяется в кислотах, щелочестоек, атмосферостоек. Применяют его в лаковых и масляных составах.

Сурик свинцовый – пигмент оранжевого или оранжево-красного цвета, состоящий из ортоплюмбата свинца Pb₃O₄ и монооксида свинца PbO. Получают окислением свинцового глета при температуре 450 ⁰С. Истинная плотность составляет 8,32–9,16 г/см³. Свето- и щелочестоек, обладает высокими антикоррозионными свойствами. Применяют для защиты черных металлов и в качестве уплотняющего материала при соединении труб. Ядовит, поэтому его не следует применять для внутренних работ.

Сурик свинцовый ускоряет высыхание краски, поэтому его применяют в сиккативах. Из-за дефицитности используют в основном для грунтовки конструкций из черных металлов, эксплуатируемых в тяжелых условиях. Например, подводной части судов.

Коричневые пигменты. К коричневым пигментам относят сурик железный, умбру.

Сурик железный– природный пигмент красно-коричневого цвета. Состоит в основном из оксидов с примесью глинистых минералов и кварца. Продукт тонкого помола железных руд – гематита, красного железняка и др. Укрывистость составляет 20 г/м². Свето-, и щелочестойкий пигмент, не ядовит. Затертый на олифе, обладает антикоррозионными свойствами. Применяют в лаковых, масляных, эмульсионных, клеевых, силикатных и известковых составах для грунтовки, шпаклевки и окраски наружных поверхностей. Широко применяют для окраски металлических конструкций, в том числе кровель.

Умбраизготавливается из глины с содержанием оксида железа не менее 48 % и оксидов марганца – 7–14 %. Применяют во всех красочных составах в любых условиях.

Черные пигменты. К черным пигментам относят сажу, графит, перекись марганца.

Сажа– продукт неполного сгорания органических веществ. Различают пламенную, ламповую, газовую сажи. Пламенную получают при сжигании антрацена, дерева, ламповую – при сжигании нефтяных и каменноугольных масел, а газовую – при сжигании ацетилена. Свето- и щелочестойкий пигмент, обладает высокой красящей способностью. Применяют в лаковых, масляных, клеевых и известковых составах. Нельзя применять для окраски черных металлов, так как они стимулируют коррозию.

Графит– природный пигмент с содержанием углерода до 92 %. Свето- и щелочестоек, не ядовит. Особенно высокая стойкость при действии кислот и высоких температур. Применяют в масляных и клеевых составах.

Диоксид марганца MnO₂ получают из марганцевой руды. Свето-, щелочестойкий пигмент, не ядовит. Применяют для внутренних и наружных окрасок в масляных, эмульсионных, силикатных и известковых составах.

Металлические пигменты.К металлическим пигментам относят алюминиевую пигментную пудру, золотистую бронзу, цинковую пыль.

Алюминиевая пигментная пудра – тонкоизмельченный чешуйчатый порошок первичного алюминия серебристого цвета. Имеет укрывистость 2,0–3,3 г/м², истинную плотность 2,5–2,6 г/см³. Обладает антикоррозион-ными свойствами. Имеет способность всплывать в связующем, образуя на поверхности блестящую пленку. Хорошо отражает солнечные лучи. Применяют для окраски ответственных металлических конструкций – мостов, ферм, балок; металлических емкостей для уменьшения их нагревания.

Золотистая бронза– тонкодисперсный порошок измельченной бронзы золотистого цвета. Ядовита. В малярных работах применяют в лаковых, масляных и клеевых составах, для внутренних декоративных работ. Покрывают также садово-парковую скульптуру.

Цинковая пыль –механическая смесь оксида цинка (цинковые белила) с металлическим цинком. Образуется как побочный продукт при производстве цинковых белил. Пигмент серого цвета. Укрывистость 100 г/м², малоядовит. Применяют в лаковых и масляных составах для антикоррозионной защиты черных металлов.

Наполнители

Наполнители представляют собой тонкодисперсные минеральные вещества, применяемые в лакокрасочных составах для экономии пигментов и улучшения атмосферостойкости, кислотостойкости, огнестойкости, прочности и т. п.

В качестве наполнителей применяют тальк, каолин, слюду, молотый песок, асбест, диатомит, трепел и др.

Преобразователи ржавчины

Преобразователи ржавчины представляют собой грунтовки, которые наносятся на не полностью очищенную ржавую стальную поверхность при толщине ржавчины 100–150 мкм. Они вступают в химическую реакцию с ржавчиной и преобразуют ее в стойкие нерастворимые в воде соли. Так при окраске стальных мостов используются грунтовки ВА-0112 и ВА-01 ГИСИ. ВА-0112 состоит из основы суспензии пигментов в пластифицированной поливинилацетатной эмульсии (100 частей по массе) и отвердителя 70%-ной ортофосфорной кислоты (3 части по массе). ВА-01 ГИСИ состоит из основы ПВА с добавками (100 частей по массе) и отвердителя 70%-ной ортофосфорной кислоты (7 частей по массе).

После высыхания грунтовки сразу же наносят лакокрасочное покрытие.

Вспомогательные материалы

К вспомогательным материалам, применяемым для приготовления лакокрасочных составов, относят жидкие и твердые вещества: растворители, разбавители, смывки, жидкие сиккативы, отвердители, пластификаторы, медный и железный купоросы, квасцы, глинозем, соду, твердое мыло, воски, терезин, парафин и др.

Растворители.Это жидкости, применяемые для доведения малярных составов до рабочей консистенции, а также для промывки кистей, инструментов. К ним относят: скипидар, бензин-растворитель (уайт-спирит), сольвент, ацетон, автомобильный бензин, ксилол, бутилацетат, растворители марок Р-4, Р-5, Р-12, Р-24.

Живичный скипидарполучают путем переработки сосновой смолы. Применяется для разведения алкидных, алкидностирольных и других синтетических лаков и эмалей для внутренних работ.

Бензин-растворитель (уайт-спирит) –высококипящая фракция бензина. Применяется для изготовления олиф, разведения густотертых масляных красок, загустевших лаков.

Сольвент каменноугольный –смесь углеводородов. Получают в коксохимическом производстве. Применяют для разведения перхлорвиниловых эмалей, а в смеси с бензином-растворителем – для разведения алкидных эмалей и битумных лаков.

Технический ацетон получают взаимодействием водяного пара с ацетоном. Применяют для изготовления нитроэмалей и как растворитель в чистом виде или в смеси с другими растворителями.

Автомобильный бензинполучают из нефти. Применяют для разведения масляных и битумных красок и лаков, эмалей.

Каменноугольный ксилол – продукт переработки каменноугольного бензола. Применяют для растворения полимерных лакокрасочных материалов.

Технический бутилацетат – нормальный уксусно-бутиловый эфир. Применяют для изготовления полимерных лакокрасочных материалов.

Растворители Р-4, Р-5, Р-12, Р-24состоят из смеси летучих органических растворителей, сложных эфиров, кетонов, ароматических углеводородов. Применяют для изготовления и разбавления полимерных лакокрасочных материалов.

Разбавители. Это жидкие лакокрасочные материалы, применяемые для разведения сухих минеральных пигментов или для разбавления густотертых красок. В отличие от растворителей они содержат связующие вещества в количестве, необходимом для получения готового лакокрасочного состава.

Сиккативы. Они представляют собой соли жирных кислот, которые ускоряют твердение красок. В основном применяют свинцово-марганцевые сиккативы в виде растворов 5–10%-ной концентрации в бензине-растворителе. Избыток сиккатива уменьшает долговечность покрытия.

Смывки. Это жидкие составы, состоящие из смеси органических растворителей, загустителей, разрыхлителей и других вспомогательных веществ. Они служат для удаления старых лакокрасочных покрытий.

Смывка АФТ-1– раствор нитро- и этилцеллюлозы и парафина и смеси ацетона, формальгликоля и толуола. Применяется для удаления старых масляных и нитроцеллюлозных покрытий.

Смывка СД (СП)состоит из смеси этилацетата или формальгликоля, ацетона, этилового или бутилового спиртов и толуола или смеси толуола с ксилолом. Применяется для снятия масляных и лаковых покрытий с металлических поверхностей.

Смывка СПС-2состоит из смеси метилэтилкетона и этилового спирта, циксотрола и хлорпарафина, жидкого мыла и вещества ОП-7. Применяют для удаления масляных и алкидных покрытий.

Пластификаторы.Представляют собой жидкости, вводимые в красочные составы на полимерных связующих для повышения эластичности пленок. Для этих целей используют ДБФ – дибутилфталат, ДМФ –диметилфталат, ДЭФ – диэтилфталат.

Побочные материалы. Железный технический купорос FeSO₄·7H₂O – гидрат закисного сернокислого железа. Применяется для изготовления грунтовок и шпаклевок под клеевую окраску при ремонтных работах.

Медный купоросCuSO₄·5H₂O – сернокислая соль меди. Применяется для приготовления грунтовок и шпаклевок под клеевую окраску.

Алюминиево-калиевые технические квасцыK₂SO₄·Al₂(SO₄)₃·24H₂O – двойная соль серной кислоты и металлов калия и алюминия. Среднетоксичный яд. Применяется для приготовления грунтовок под клеевую окраску вместо железного и медного купороса.

Едкий натр технический NaOH – каустическая сода. Применяется в виде 0,5%-ного раствора для промывки поверхностей, окрашенных масляной краской.

Хозяйственное твердое мыло. Состоит из жирных кислот. Применяют для приготовления эмульсий, грунтовок, шпаклевок. Им моют загрязненные поверхности, кисти, посуду.