Изучение свойств лакокрасочных материалов

Цель работы: изучение основных свойств лакокрасочных материалов, методов их испытания.

Оборудование и материалы: образцы различных лакокрасочных материалов, сушильный шкаф, весы аналитические, стеклянные пластинки.

Лакокрасочные материалы – вязкожидкие составы, наносимые тонким слоем на поверхность и образующие прочные и плотные пленки.

Лакокрасочные материалы применяют для защиты строительных конструкций от воздействия агрессивных компонентов окружающей среды, для получения архитектурно-художественного эффекта, улучшения санитарно-гигиенических условий.

Основными составляющими лакокрасочного материала являются связующее (пленкообразователь) и пигмент (краситель). Кроме того, в лакокрасочный состав вводятся растворители, разбавители, наполнители, отвердители и различные добавки, придающие необходимые свойства исходным материалам и образуемым ими покрытиям. К добавкам относятся: пластификаторы, модификаторы, вулканизирующие агенты, стабилизаторы, поверхностно-активные вещества, антиоксиданты и др.

По виду связующего красочные составы делятся на масляные (на олифе), клеевые (костный, мездровый клей), на минеральном вяжущем (цементные, известковые, меловые, силикатные), полимерные, эмульсионные (латексные), лаковые, эмалевые, полимерцементные.

Масляные краски изготавливают растиранием олифы с пигментом и наполнителем. Выпускают густотертые и жидкотертые масляные краски. Густотертые краски (пасты) доводят до рабочей вязкости добавлением олифы. Жидкотертые краски можно сразу употреблять в дело (ТУ 10503–71, ГОСТ 8292–85).

Полимерные лаковые красочные составы получают растворением полимерной смолы или битума в органическом растворителе (лаки на основе мочевино-формальдегидной, смолоэфирной, эпоксидной, перхлорвинильной и др. смол, битумный лак).

Полимерные эмалевые краски представляют собой композицию из лака и пигмента (глифталевые, эпоксидные, перхлорвиниловые, алкидностирольные, битумные и др. эмали).

Полимерцементные краски представляют собой смеси водной дисперсии с белым цементом, пигментом и другими добавками. Чаще всего используют поливинилацетатную дисперсию и винилстирольный латекс (ГОСТ 19279–73).

Пигменты – тонкоизмельченные вещества, придающие покрытию цвет, обеспечивающие укрывистость, повыщающие атмосферостойкость, стойкость по отношению к ультрафиолетовым лучам, снижающие набухание пленки и др. К пигментам относятся: алюминиевая пудра; порошкообразный цинк; титан, двуокиси титана; крон цинковый, стронцевый, свинцовый; соединения кадмия, кобальта, меди, хрома; оксиды железа, редопсайд; ламповая сажа; органические фталациониновые и др.

Наполнители – тонкоизмельченные вещества, снижающие внутреннее напряжение в пленках, усадку, ползучесть, улучшающие физико-механические свойства (например, адгезию), способствующие повышению атмосфере - и термостойкости.

К наполнителям относятся: диабазовая, андезитовая мука; маршалит; молотый мел, графит и асбест; чугунный порошок.

Растворители снижают вязкость до требуемой в соответствии с выбранным способом нанесения лакокрасочного состава. В качестве растворителей применяют: ацетон, бензин, бутилацетат, ксилол, сольвент, толуол, уайт-спирт, циклогексан, этиловый спирт и др.

Отвердители обеспечивают отверждение исходного лакокрасочного материала, неспособного самостоятельно образовывать пленку (при использовании полимерного связующего: отвердитель № I-50 - процентный раствор гексаметилендиамина в этиловом спирте; № 3; № 5; ГМД – гексаметилендиамин; ПЭПА – полиэтиленполиамин и др.).

Пластификаторы придают лакокрасочному покрытию эластичность и ударную прочность (например, дибутилфталат).

Модификаторы улучшают физико-химические свойства, повышают долговечность (например, галогены, нитриты и нитраты и др.).

Вулканизирующие агенты ускоряют отверждение каучуковых соединений.

Стабилизаторы вводятся для замедления старения пленки лакокрасочного покрытия.

Антиоксиданты – добавки, предотвращающие окисление лакокрасочного состава.

Сиккативы – ускорители высыхания лакокрасочной композиции. Сиккативами главным образом являются соли свинца, марганца, кобальта, цинка и калия, образованные жирными кислотами.

Для обозначения типа лакокрасочного состава используется буквенная маркировка, характеризующая вид связующего. Так, масляные краски, изготовленные из олифы, имеют марку МА, глифталевые олифы, лаки и краски (эмали) ГФ, а пентафталевые – ПФ; другие связующие и эмали на их основе, в состав которых также входят алкидные лаки, маркируют буквами: МС (алкидно-стирольные), АС (алкидноакриловые) и МЛ (меламиномочевино-алкидные). В практике строительства используются также: МЧ – на мочевинофор-мальдегидной основе; Ф и ФЛ – на фуриловой и фенольной основе; КС – на кремнийорганической основе; НЦ – на нитроцеллюлозной основе; ЩЛ – щелочные; ЯН – янтарные, БТ – битумные. Составы марок МЧ, ФЛ, Ф, КО требуют горячей сушки или присутствия отвердителя. Составы на основе виниловых полимеров (перхлорвини­ла, винилхлорида, винилденхлорида и др.) маркируются ХВ, ХС, ПВХ, ХСЭ. В их состав вводят алкидные, фенольные и др. смолы, растительные масла и пластификаторы – винилацетат, дибутилфталат и др. Большинство перечисленных составов содержат органические растворители – ацетон, бензол, толуол.

Водоэмульсионные краски на связующих из поливинилацетатной эмульсии, сополимера винилацетата или акрилата, а также латекса бутадиенстирольного каучука СКС-65. Выпускают краски марок Э-ВА-17; Э-ВС-17, Э-ВС-114, Э-АК-111, Э-КЧ-112 (Э – эмаль, ВС, АК, КЧ – марки связующего; 17, 114, 111, 112 - условные номера). Они применяются только для покрытий по дереву и штукатурке.

По назначению применительно к условиям эксплуатации лакокрасочные материалы делятся на группы: I - атмосферостойкие, 2 -ограниченно атмосферостойкие, 3 - консервационные, 4 - водостой­кие, 5 - специальные (светящиеся, противообрастающие, терморегулирующие и др.), 6 - маслобензостойкие, 7 - химически стойкие, 8 -термостойкие, 9 - электроизоляционные.

Обозначаются: вид материала (эмаль, краски, грунтовка, шпаклевка); пленкообразующие (БТ, ГФ, НЦ и т. д.); номер группы; цвет и др. Например, эмаль глифталевая группы I эмаль, ГФ-1 белая.

Задание 1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАСЛОЕМКОСТИ ПИГМЕНТА

В масляных красках чем меньше требуется олифы для получения состава, тем более экономичным и стойким будет слой покрытия, так как старению подвергается, прежде всего, олифа.

Для определения маслоемкости на технических весах взвешивают 2 г сухого пигмента, который переносят в фарфоровую чашку. Вначале из бюретки добавляют к пигменту 0,3-0,4 см³ отбеленного льняного масла, затем еще по 3-4 капли, а в конце опыта отдельными каплями. После каждой добавки пигмент тщательно перемешивают с маслом при помощи стеклянной палочки. Опыт считается законченным, когда весь пигмент смачивается маслом и превращается в комок с блестящей масляной поверхностью. Количество прилитого к пигменту масла определяют по разности уровней масла в бюретке до начала опыта и по его окончании. Маслоемкость вычисляют с точностью до 1 г масла на 100 г пигмента по формуле

где V – объем масла, израсходованного для полного насыщения пигмента; ρ = 0,93 – истинная плотность масла, г/см³, m – масса пигмента.

Задание 2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УКРЫВИСТОСТИ МАСЛЯНОЙ КРАСКИ

МАЛЯРНОЙ КОНСИСТЕНЦИИ

Укрывистостью (кроющей способностью) масляной краски называется способность давать на окрашиваемой поверхности непросвечивающую пленку. Укрывистость характеризуется расходом пигмента или краски в г на 1 м² окрашиваемой поверхности. Чем больше укрывистость пигмента или малярной краски, тем меньше их расходуется на окрашивание поверхности и, следовательно, тем экономнее будет окраска.

Укрывистость определяется для масляной краски нормальной рабочей консистенции. Испытание производят с помощью стеклянной пластики размером 25×75 мм (рис. 3).

Черная
Белая
Черная

Рис. 3 Пластинка для определения укрывистости краски

На одной стороне пластинки нанесены две черные полосы и одна белая. Пластинку взвешивают на технических весах, затем на обратную сторону на площадь 25×60 мм тонким слоем наносят масляную краску; площадь размером 15х60 мм не окрашивается.. Краску наносят мазками вначале вдоль пластинки, затем поперек.

Пластинку кладут на лист белой бумаги. Окрашивание считается законченным, когда не будет просвечивать в отраженном свете цветные полосы. Окрашенную пластинку взвешивают и производят вычисления по формуле

, г/см²,

гдеm – масса пластинки до окрашивания, г;m_i – масса пластинки после окрашивания, г; F – площадь пластинки, см (15 см).

Задание 3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ ВЫСЫХАНИЯ

ЛАКОКРАСОЧНОГО ПОКРЫТИЯ

Высыханием называется процесс, при котором (при t=20±2°C и относительной влажности 65 ±5% по ГОСТ 19007–73), лакокрасочный состав, нанесенный тонким жидким слоем на поверхность, затвердевает, превращаясь в твердую пленку. Для материалов, в состав которых входят масляные связующие, термин “высыхание” является условным, так как превращение их в пленку происходит за счет окисления масляного связующего кислородом воздуха. Некоторые материалы, например, лаки, превращаются в пленку за счет испарения растворителя. Различают две стадии высыхания: высыхание от пыли и полное.

Высыханием от пыли называют такое состояние лакокрасочного покрытия, когда на его поверхности образуется тончайшая пленка, к которой не прилипают пылевидные частицы. Полное высыхание – это такое состояние лакокрасочного слоя, когда по всей его толщине образуется прочная пленка, способная противостоять механическим воздействиям. При соскабливании такой пленки ножом получаются эластичные стружки.

Олифы высыхают медленно, поэтому в данной работе будет использоваться спиртовый лак, высыхающий значительно быстрее. Для определения скорости высыхания от пыли на деревянную пластинку размером 100×100 мм наносят кистью тонкий и равномерный по толщине слой лака. Время нанесения лака отмечают в журнале. Затем периодически с интервалом 1 мин. подносят под вентилятор. Появление матового пятна свидетельствует об образовании тонкой поверхностной пленки, т. е. наступление высыхания от пыли. Время высыхания от пыли заносят в журнал. По разности времени высыхания от пыли и времени нанесения лака определяют скорость высыхания от пыли.

Для определения скорости полного высыхания через каждые две минуты на пленку помещают металлический груз массой 200 г, имеющий площадь основания 1 см². Через 30с груз снимают. Отсутствие прилипания бумаги к пленке или следов от груза свидетельствует о полном высыхании пленки (табл. 5).

Таблица 5

Степень высыхания	Условия испытания	Характеристика степени высыхания
	0,5 г стеклянных шариков насыпают с высоты 10-13 см Нагрузка, Н: 0,2	Стеклянные шарики можно полностью удалить мягкой волосяной кистью, не повредив поверхности пленки Бумага не прилипает к покрытию Бумага не прилипает к покрытию Бумага не прилипает к покрытию, на поверхности покрытия образуется след от нагрузки Бумага не прилипает к покрытию, не оставляет след от нагрузки Бумага не прилипает к покрытию, но остается след от нагрузки Бумага не прилипает к покрытию; не остается следа от нагрузки

Контрольные вопросы

1. Из каких компонентов состоят лакокрасочные материалы?

2. Что является связующим веществом в лакокрасочных материалах?

3. Как определяют укрывистость масляной краской?

4. Что обозначает термин «высыхание» и в чем заключается методика его определения.

5. Как маркируют лакокрасочные материалы и как они расшифровываются?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 5