Общая характеристика лакокрасочных материалов
Подвижной состав в эксплуатации подвергается воздействию атмосферных осадков (повышенная влажность), химического состава перевозимого груза, вызывающих коррозионное разрушение поверхности кузова и узлов. Для защиты от коррозионного разрушения на поверхности наносят защитные покрытия, которые выполняют и декоративную функцию.
Защитными покрытиями называется тонкие слои неметаллических веществ или некоррозионных металлов, искусственно создаваемые на поверхностях металлических и деревянных деталей для предохранения их от коррозии и гниения путём изоляции поверхности от окружающей среды. Кроме того, защитные покрытия выполняют декоративные функции.
К металлическим защитным покрытиям относят никелирование, хромирование и другие.
Неметаллические покрытия разделяются:
– на органические (лакокрасочные материалы, резиновые покрытия, пластические массы);
– неорганические (фосфаты, окислы – используются для обработки металлических поверхностей и создания на них защитных плёнок).
Лакокрасочные материалы (ЛКМ) в результате нанесения на поверхность (подложку) и пленкообразования (высыхания, отверждения) образуют лакокрасочные покрытия. По эксплуатационным свойствам различают лакокрасочные покрытия атмосферо-, водо-, масло- и бензостойкие, химически стойкие, термостойкие, электроизоляционные, консервационные, а также специального назначения. К последним относятся, например, светоотражающие, светящиеся (способны к люминесценции в видимой области спектра при облучении светом или радиоактивным излучением), термоиндикаторные (изменяют цвет или яркость свечения при определенной температуре), огнезащитные, противошумные (звукоизолирующие).
Большинство лакокрасочных покрытий получают при нанесении ЛКМ в несколько слоев (рис. 1). Толщина однослойных лакокрасочных покрытий колеблется в пределах 3–30 мкм: для тиксотропных ЛКМ – до 200 мкм, многослойных – до 300 мкм. Для получения многослойных, например защитных покрытий, наносят несколько слоев разнородных ЛКМ – это так называемые комплексные лакокрасочные покрытия, при этом каждый слой выполняет определенную функцию, например нижний слой – грунт получают нанесением грунтовки, он обеспечивает адгезию комплексного покрытия к подложке, замедление электрохимической коррозии.
Рис. 1. Защитное лакокрасочное покрытие (в разрезе): 1 – фосфатный слой; 2 – грунт; 3 – шпатлевка; 4 и 5 – слои эмали
Лакокрасочные материалы различаются:
1) по виду;
2) химическому составу;
3) назначению.
1. По виду:
– краски;
– эмали;
– лаки;
– грунтовки;
– мастики;
– шпатлёвки;
– порошковые краски.
2. По химическому составу, т.е. по роду плёнкообразующего вещества, входящего в краску (табл. 1).
Таблица 1 Классификация ЛКМ по роду плёнкообразующего вещества
Род плёнкообразующего вещества | Условное обозначение | Род плёнкообразующего вещества | Условное обозначение |
Масляные | МА | Перхлорвиниловые | ХВ |
Пентафталевые | ПФ | Меламиноалкидные | МЛ |
Нитроцеллюлозные | НЦ | Полиакриловые | АК |
Глифталевые | ГФ | Каучуковые | КЧ |
Битумные | БТ | Сополимерно-стирольные | СС |
Масляно-стирольные | МС | Полиуретановые | УР |
Шеллачные | ШЛ | Сополимерно-винилхлоридные | ХС |
Этрифталевые | ЭТ | Фенольные | ФЛ |
Полиэфирные | ПЭ | Эпоксидные | ЭП |
Мочевиноформальдегидные | МЧ | Алкидно-акриловые | АС |
Кремнеорганические | КО | Канифольные | КФ |
3. По назначению, т.е. по группам (табл. 2).
Таблица 2 Классификация ЛКМ по назначению
Назначение | Группа | Назначение | Группа |
Атмосферостойкие | Маслобензостойкие | ||
Ограниченно атмосферостойкие | Химически стойкие | ||
Консервационные | Термостойкие | ||
Водостойкие | Электроизоляционные | ||
Специальные |
Отнесение к одной из данных групп достаточно условно, оно означает лишь, что данный материал подходит для указанных целей. Однако многие из ЛКМ могут применяться и для других целей, например атмосферостойкие материалы (1), которые, как правило, подходят и для внутренних работ (2), а отдельные термостойкие ЛКМ могут быть одновременно и электроизоляционными, и химически стойкими.
В названиях ЛКМ приняты следующие условные обозначения, например:
М – означает матовое покрытие,
ПМ – полуматовое покрытие,
ХС – холодная сушка,
ГС – горячая сушка.
Пример: Эмаль ПФ-241 ПМ чёрная
Эмаль – вид лакокрасочного материала,
ПФ – пентафталевая,
2 – ограниченно атмосферостойкая,
41 – порядковый номер, присвоенный данному материалу органами государственной регистрации,
ПМ – полуматовая,
Чёрная – цвет эмали.
Исключением из данной системы обозначений являются масляные краски. Например, если масляная краска изготавливается с использованием одного пигмента, то вместо вида лакокрасочного материала (краска масляная) пишется название базового пигмента. Например, масляная краска, изготовленная на сурике железном и предназначенная для наружных работ, будет иметь следующее обозначение: Сурик железный МА-15.
Компоненты лакокрасочных материалов
В состав ЛКМ входят:
– пленкообразующие (связующие);
– пигменты;
– наполнители;
– пластификаторы;
– вспомогательные и сопутствующие материалы (растворители, разбавители, сиккативы).
Плёнкообразующие (связующие)вещества необходимы для осуществления сцепления частиц пигмента и наполнителя между собой и с окрашиваемой поверхностью. После высыхания они образуют твердую плёнку.
Связующие вещества разделяются:
– на водные связующие (растительный и животный клей, известь, жидкое стекло);
– неводные связующие (олифы – получаются из высыхающих растительных масел (льняного, конопляного – они образуют после обработки натуральные олифы и лаки).
Процесс обработки масел осуществляется двумя способами: 1) способом полимеризации; 2) способом оксидации.
Рассмотрим их.
1. Способ полимеризации. Высыхающие масла нагревают до температуры 260–320 С с добавлением сиккатива без доступа воздуха.
Натуральные олифы образуют атмосферостойкие, водостойкие блестящие твёрдые плёнки.
2. Способ оксидации. Высыхающие масла, с добавлением сиккатива, нагреваются до температуры 160 С и одновременно осуществляется продувка воздухом. Образуется оксикислоты – натуральные олифы.
Натуральные олифы, полученные из конопляного масла, имеют тёмный цвет, поэтому применяются для приготовления красок тёмных колеров.
Натуральные олифы имеют высокую стоимость, поэтому их заменяют полунатуральными и искусственными олифами.
Для полунатуральных олиф используются до 55 % растительного масла и 45 % растворителя (уайт-спирит, скипидар). Кроме того, добавляется сиккатив. Полунатуральные олифы изготавливаются также спосо-бами полимеризации и оксидации. К числу полунатуральных олиф относятся: олифа оксоль различных марок, глифталевая олифа (растительное масло, глицерин, фталевый ангидрид, растворители и сиккативы).
Синтетические олифы получаются из органических веществ (нефти, горючих сланцев, отходов каучука, древесного дёгтя и др.). Используются эти олифы для окрашивания неответственных внешних и внутренних поверхностей. При высыхании они не образуют плёнки. Это олифа нефтенол, олифа карбинол и др.
Лакокрасочные материалы, приготовленные на основе олиф, называются масляными красками.
Лакокрасочные материалы, приготовленные на основе лаков, называются эмалевыми красками (эмалями).
Пигменты– это сухие красящие порошки, не растворяющиеся в пленкообразующей основе, а образующие с ней мелкодисперсную суспензию.
Различают пигменты естественные (природные) – неорганические и синтетические (искусственные) – неорганические и органические.
К естественным пигментам относятся земляные краски, представляющие собой глины, окрашенные окислами металлов (главным образом окислами железа) в различные цвета – от желтого до красно-коричневого. Это охра, мумие, сиена, железный сурик. Такие пигменты практически не выцветают.
К синтетическим пигментам, которые получают химическим путем, относятся: белила цинковые, свинцовые, титановые и литопонные, лазурь, киноварь, свинцовый сурик. Большинство из них являются солями или окислами металлов. В качестве пигментов используют некоторые металлические порошки (алюминиевая пудра, цинковая пыль, бронзовые порошки).
Жёлтыми пигментами является охра, синими – ультрамарин, зелёными – хромовая зелень, чёрными – сажа, графит.
Красители являются синтетическими органическими соединениями, которые, в отличие от пигментов, растворяются в пленкообразующем веществе и растворителях. К ним относятся фталоцианиновые цветные красители и черный краситель нигроин.
Наполнители– добавки к пигментам различных мелкодисперсных минеральных частиц с целью удешевления пигмента, повышения атмосферостойкости, водостойкости и адгезии краски (калин, тальк, кварц, молотая слюда и др.).
Пластификаторы (смягчители)– нелетучие компоненты, придающие пленке пластичность и лучшую слипаемость с поверхностью. Их вводят обычно в состав лакокрасочных материалов на основе полимеризационных смол и эфиров целлюлозы.
Растворители– летучие жидкости, применяемые для растворения плёнкообразующих с целью перевода их в более жидкое состояние, что позволяет применять распылители при окраске (уайт-спирит, лёгкий керосин, различные сорта бензина, спирта, эфира, сольвент, скипидар).
Разбавители– применяются с целью улучшения разбавления краски. Представляют собой органические летучие жидкости, не растворяющие плёнкообразующую основу, но способные разводить лакокрасочный материал до рабочей вязкости. Одно и то же вещество, например ацетон или скипидар, может быть растворителем для одних плёнкообразователей и разбавителем для других.
Сиккативы– служат для ускорения процесса высыхания лаковых красок. Это соли металлов (кобальта, марганца, свинца). Сиккатив поглощает кислород воздуха и быстро передает его маслу, благодаря чему сокращается время, необходимое для образования твердой пленки покрытия. В зависимости от типа сиккатива процесс пленкообразования начинается либо с формирования поверхностной пленки (кобальтовые сиккативы), либо у подложки, а затем распространяется по всей толщине пленки (марганцевые и свинцовые сиккативы). В некоторых случаях сами пигменты являются ускорителями высыхания красок (например, свинцовый сурик, свинцовые белила и др.). Норма добавки сиккатива в краску – 5–10 % от веса плёнкообразующих.
Основные виды ЛКМ
Масляные краски– суспензия пигментов и наполнителей в олифе или в водной дисперсии синтетических полимеров дает непрозрачное покрытие, как правило, без блеска.
Эмали(эмалевые или лаковые краски) – это пигментированные синтетические лаки, дающие блестящее покрытие, причем, как правило, более твердое, чем краска. Их используют для окраски наружных и внутренних поверхностей. Эмали в зависимости от пленкообразующей основы подразделяют на пентафталевые, нитроэмали и др.
Пентафталевые эмали предназначаются для окраски металлических и деревянных поверхностей, подвергающихся атмосферным воздействиям.
Нитроэмали, изготавливаемые на основе нитрата целлюлозы, дают покрытия, отличающиеся высокой твердостью и стойкостью к маслам, бензину и атмосферному воздействию. Очень быстро сохнут, но имеют слабую адгезию к металлам. Их наносят по глифталевому, фенольному или нитроцеллюлозному грунту
Лаки– растворы естественных или искусственных смол в различных растворителях. После их высыхания образуется твёрдая, блестящая или матовая поверхность.
В состав лаков в зависимости от природы пленкообразующего вещества вводят различные разбавители, сиккативы, пластификаторы. Лаки различают как по виду применяемых в нем пленкообразователя и растворителя, так и по назначению.
Масляные лаки – это растворы естественных смол, обычно канифоли, и высыхающих масел в органических растворителях; спиртовые лаки – растворы естественных смол в этиловом спирте с добавлением канифоли; смоляные лаки – растворы естественных или синтетических смол в летучих растворителях (перхлорвиниловый, бакелитовый). При добавлении масла получают масляно-смоляные лаки; нитролаки – на основе эфиров и целлюлозы; щелочные – на основе этилового спирта, шеллака, канифоли; битумные лаки – растворы природных или нефтяных битумов, асфальтов, каменноугольной смолы и высыхающих растительных масел (или без них) в органических растворителях.
Грунтыприменяются в качестве первого слоя лакокрасочного покрытия и наносятся непосредственно на подготовленную поверхность (очищенную и обезжиренную).
В состав грунта входят: пигмент, плёнкообразующие (олифа или лак), растворитель и сиккатив.
Назначение:
1) непосредственная защита металлических поверхностей от коррозии;
2) обеспечение сцепляемости последующих окрасочных слоёв с поверхностью изделия.
От краски и эмали грунтовки отличаются меньшим содержанием пленкообразующего вещества и большим содержанием пигмента. По составу грунтовки должны соответствовать основному (покрывному) покрытию.
Защитные свойства грунтов определяются вводимым в их состав пигментом.
Защитные грунтовки (ингибиторные) – пигмент: свинцовый сурик, цинковые белила.
Пассивирующие грунтовки – образуют на металлической поверхности плёнки, препятствующие развитию коррозии (пигменты – цинковый крон, стронциевый крон).
Изолирующие грунты – изолируют поверхность от внешней среды (пигмент – железный сурик).
Протекторные грунты – обладают отрицательным потенциалом по отношению к железу, при коррозии они сами разрушаются, предохраняя металл (пигмент – цинковая пыль).
Антикоррозионные мастикиизготовляют для защиты внутренних и труднодоступных металлических поверхностей изделий, работающих под сильным воздействием влаги. Это высоковязкие пастообразные смеси нефтяных битумов или каменноугольных пеков с измельченными минеральными (асбестовое волокно) или органическими наполнителями (различные смолы).
Большинство таких мастик выполняют и противошумные функции. Мастики-порозаполнители служат заполнителями пор древесины перед покрытием лаком деревянных изделий.
Эти мастики готовят на масляной, лаковой, казеино-канифольной, нитроцеллюлозной основе с введением мелкодисперсных порошков кремнезема, барита, талька, измельченного стекла. Под спиртовые лаки используют восковые пасты. При использовании мастик-порозаполнителей сохраняется текстура древесины.
Шпатлевки– это плёнкообразующие массы с большим содержанием пигментов и наполнителей. Для их приготовления используют мел, литопон, барит, охру, железный сурик. Они наносятся на загрунтованную высушенную поверхность с целью её выравнивания. Наносятся они с помощью шпателя. Количество наносимых слоёв – от одного до трех. Общая толщина 1–1,5 мм. После нанесения каждого слоя требуется сушка.
Порошковые краски– сухая композиция из порошкообразных пленкообразующих, пигментов и наполнителей, образующая после расплавления, а затем охлаждения непрозрачную твердую пленку.
В зависимости от типа пленкообразования порошковые краски подразделяют на термопластичные и термореактивные. Термопластичные – формирование покрытия происходит без химических превращений посредством сплавления частиц и охлаждения расплавов. Термореактивные – формирование покрытия происходит за счет сплавления частиц и последующих химических реакций.