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.