Современные лакокрасочные материалы

Многие из нас разделяют устоявшееся мнение о том, что ремонт в квартире или доме подобен стихийному бедствию. И как ни крути, этот процесс неизбежен. Другой вопрос, как лучше сделать ремонт с минимальными потерями. Для этого необходимо узнать как можно больше информации о тех или иных материалах и инструментах, с помощью которых вы хотите выполнить качественный ремонт. Одни из самых необходимых материалов, которые используются для этих целей - лаки и краски. Именно о них и пойдет речь в этом обзоре.
В настоящее время на прилавках магазинов можно увидеть изобилие лакокрасочных изделий во всевозможных упаковках и самого разнообразного назначения. Уже практически не осталось таких поверхностей, для которых нельзя было бы подобрать определенный тип и марку лака и краски. Сейчас можно не только приобрести краску подходящего цвета, но и нужный оттенок с помощью автоматических колеровочных установок или готовых колеровочных паст. Давайте попытаемся разобраться, что же представляют собой лакокрасочные материалы.
Лакокрасочные материалы (ЛКМ) имеют две основные функции: декоративную и защитную. Они оберегают дерево от гниения, металл - от коррозии, образуют твердые защитные пленки, предохраняющие изделия от разрушающего влияния атмосферы и других воздействий и удлиняющие срок их службы, а также придают им красивый внешний вид. Лакокрасочные покрытия долговечны. Для их нанесения не требуется дополнительное, сложное оборудование, и они легче обновляются. Поэтому такие покрытия широко применяются как в быту, так и во всех отраслях промышленности, на транспорте и в строительстве.
Свойства лакокрасочных покрытий зависят не только от качества применяемых ЛКМ, но и от таких факторов, как способ подготовки поверхности к окраске, правильный выбор и соблюдение технологического режима окраски и сушки.
Лакокрасочные материалы классифицируют по химическому составу, виду и преимущественному назначению материала. К ним относятся лаки, краски, эмали, грунтовки, шпатлевки. Для облегчения восприятия определений лакокрасочной продукции вводятся следующие термины.
Дисперсные системы - микронеоднородные системы, состоящие из двух фаз. Одна из них - дисперсная фаза - обладает достаточно высокой дисперсностью и распределена в другой фазе (в окружающей дисперсионной среде) - газе, жидкости или твердом теле - в виде мелких частиц.
Дисперсностью называется степень раздробленности вещества на частицы. Чем мельче частицы, тем выше дисперсность. На практике размер частиц дисперсных систем находится в пределах от 0,001 до 0,00001 см.
К дисперсиям относятся: суспензии - системы, в которых частицы твердой фазы распределены в жидкой среде во взвешенном состоянии (готовые краски, шпатлевки); эмульсии - системы, в которых мельчайшие капельки жидкой фазы распределены в жидкой среде.
Лак представляет собой раствор пленкообразующих веществ в органических растворителях или в воде с введением добавок (сиккативов, пластификаторов, отвердителей), образующий после высыхания твердую, прозрачную, однородную пленку, прочно сцепленную с поверхностью. Лаки придают поверхности декоративный вид и создают защитные покрытия.
Краски - это суспензия пигментов или их смеси с наполнителями в олифе, эмульсии, латексе, благодаря которым получается однородная не прозрачная твердая окрашенная пленка.
Эмаль - суспензия пигментов или их смеси с наполнителями в лаке с введением сиккативов, растворителей и других добавок.
Грунтовка - это суспензия пигментов или смеси пигментов и наполнителей в связующем веществе. После высыхания создает однородную не прозрачную пленку с хорошей адгезией к подложке. Грунтовки образуют нижние слои покрытий, способствуя надежному сцеплению верхних слоев покрытия с окрашиваемой поверхностью. Кроме того, они защищают металл от коррозии, сохраняя структуру древесины, закрывают поры материала, выравнивают и создают однородную поверхность перед окраской.
Шпатлевка (шпатлевочная масса) - густая, вязкая масса, состоящая из пигментов, наполнителей или их смеси в олифе, лаке или другом связующем веществе с введением добавок или без них. Наносятся для заполнения неровностей и углублений, сглаживания неровностей окрашиваемой поверхности.
Существуют также жидкости для снятия, удаления старых лакокрасочных покрытий, пасты полировочные, шлифовочные, уплотнительные, составы полирующие нейтрализующие, моечные, а также замазки, уплотнители, ускорители, отвердители, мастика.
С каждым годом к ЛКМ и покрытиям на их основе предъявляются все более жесткие требования в связи с появлением новых технологий в промышленности, строительстве и формированием современных эстетических вкусов у потребителя. Это касается в равной степени как защитных, так и декоративных свойств покрытий, которые определяются физико-химическими показателями всех компонентов лакокрасочной рецептуры и, в первую очередь, пленкообразователя и пигмента. В значительной степени изменить свойства покрытий можно химической модификацией или введением другого (как правило, более высокого по стоимости) пленкообразователя, но это дорогой и трудоемкий путь.
Более простой и более эффективный способ регулирования свойств ЛКМ - введение в рецептуру в небольших количествах различных добавок. В некоторых случаях применение добавок является единственным путем достижения требуемых свойств например, с помощью пигментов, которые сообщают лакокрасочному покрытию определенные механические свойства, устойчивость к воздействию воды, света и атмосферных изменений. Пигменты - это сухие красящие вещества, неорганические или органические, диспергируемые в пленкообразующих веществах для придания краскам, эмалям, грунтовкам, шпатлевкам цвета и непрозрачности. Наиболее широкое распространение в лакокрасочной промышленности получили неорганические пигменты, получаемые химической обработкой руд, металлов и минералов (синтетические), и земляные пигменты (природные) - сурик железный, охра. Органические пигменты применяют в меньшем объеме, к ним относится пигмент алый, фталоцианиновый голубой и зеленый.
Наполнители - неорганические природные или синтетические вещества, применяемые для улучшения малярно-технических и эксплуатационных свойств покрытий и экономии пигментов. Природные неорганические вещества получают путем измельчения, обогащения, термической обработки горных пород и минералов. Синтетические неорганические наполнители получают в результате химических реакций по сложной технологии. Наполнители - это порошки с низкой укрывистостью, красящей способностью. Они придают материалам прочность, атмосферостойкость и другие немаловажные свойства. К ним относятся: мел, каолин, слюда, тальк, химически осажденный мел. Растворителями и разбавителями являются "летучие" органические жидкости, применяемые для растворения пленкообразующих веществ, а также для разбавления лакокрасочных материалов до рабочей вязкости перед нанесением на окрашиваемую поверхность. Это - уайт-спирит, ацетон, ксилол, спирт, вода и другие. Связующие вещества - жидкие или доведенные до жидкого состояния твердые материалы, которые после высыхания связывают между собой частицы пигментов и наполнителей и образуют пленку, прочно сцепляющую с окрашиваемой поверхностью.
Пленкообразующие вещества ответственны за создание пленки, адгезию ее к поверхности окрашиваемого предмета, удерживание внутри слоя покрытия частиц пигмента и наполнителя. Помимо этого, хорошее пленкообразующее вещество обеспечивает покрытию водонепроницаемость, но в то же время позволяет ему "дышать", препятствует размножению микроорганизмов, не являясь ядовитым для человека, задерживает ультрафиолетовые лучи, само при этом, не разрушаясь.
Технологические добавки (так называемые аддитивы) - это компоненты, которые ускоряют, интенсифицируют, облегчают такие процессы, как диспергирование пигментов, смачивание подложки, устранение поверхностных дефектов, отвердение на стадиях изготовления, транспортирования, хранения красок и формирования покрытия. Аддитивы также иногда называют "функциональными добавками", так как они работают при незначительном содержании до 3-5%. К аддитивам относят сиккативы, диспергаторы пигментов, эмульгаторы.
Обозначения основных лакокрасочных материалов состоят из пяти групп буквенно-цифровых знаков для эмалей, красок, грунтовок, шпатлевок и четырех групп знаков для лаков.
Первая группа знаков обозначения - вид материала. Она состоит из слова, например "эмаль", "лак" и т. д. Вторая группа определяет пленкообразующее вещество (род смолы, сополимера, олифы) и обозначается двумя буквами. Например, МА, ПФ, БТ. (эмаль ХВ-1100, лак УР-231)
Третья группа знаков характеризует преимущественное назначение лакокрасочного материала и обозначается цифрой. Четвертую группу знаков грунтовок, полуфабрикатных лаков и масляных густотертых красок обозначают цифрой 0, шпатлевок - цифрами 00 (шпатлевка ЭП-0010)
Пятая группа обозначения определяет присвоенный материалу порядковый номер и состоит из одной, двух или трех цифр.
На практике принято также подразделять лакокрасочные покрытия на группы и по дополнительным признакам:
- по прозрачности образуемых пленок
- прозрачные (лаки) и непрозрачные (краски, эмали, грунтовки);
- по степени блеска - глянцевые, полуглянцевые, полуматовые, матовые;
- по условиям сушки - холодной сушки и горячей сушки;
- по методу нанесения - кистевые, пульверизационные;
- по последовательности нанесения слоев и типу покрытия - пропиточные, грунтовочные, промежуточные и покрывные;
- по целевому назначению (потребительский признак) - автомобильные, мебельные, для сельскохозяйственных машин, приборов, станков и т. д. После порядкового номера допускается буквенный индекс, характеризующий особенности материала. Например, М - матовый, ПМ - полуматовый и т. д.
Защитная и декоративная функции лакокрасочных материалов (ЛКМ) известны очень давно. С момента появления ЛКМ как они сами так и способы их нанесения постоянно совершенствуются. За последнее время ассортимент ЛКМ резко изменился: от натуральных красок постепенно перешли к материалам на синтетической основе, органоразбавляемым, с высоким сухим остатком, порошковым и т. д.
Простейшим способом нанесения краски является кисть. К сожалению, кроме бесспорных достоинств, он имеет и много недостатков. Прежде всего - это небольшая скорость окраски.
Использование валика вместо кисти позволяет в значительной степени повысить скорость окраски, в частности больших и плоских поверхностей, но с его помощью трудно и практически невозможно применять быстросохнущие лаки или материалы.
Первый шаг на пути заметного увеличения скорости окраски и улучшения декоративных свойств лакокрасочных покрытий сделан в середине XIX века и связан с созданием пневматического распыления жидкостей. Пневматическое распыление позволяет наносить быстросохнущие материалы, то есть те краски, которые трудно наносить кистью с высокой скоростью. Однако в процессе применения пневматического распыления довольно быстро обнаружились и его негативные стороны. Например, большие потери ЛКМ, увеличивающиеся с ростом скорости воздуха в пистолете.
Казалось бы, что из-за этих недостатков следовало отказаться от пневматического распыления. Однако этого не произошло и, наверное, никогда не произойдет, поскольку пистолет для пневматического распыления является незаменимым орудием работы: с его помощью можно наносить тонкослойное декоративное покрытие, используя минимальное количество краски, особенно при применении сопла с регулируемым углом и диаметром потока.
Для нанесения высоковязких красок большое развитие получила гидродинамическая технология окраски - безвоздушное распыление.
Окраска таким методом - сложный процесс, требующий высокой квалификации оператора. Эта технология отличается от пневматического распыления, где краска наносится полосами, которые только в небольшой степени перекрывают друг друга. При безвоздушном распылении необходимо крестообразное ведение пистолета. Высокая производительность гидродинамической окраски эффективна при окрашивании больших поверхностей, но неудобна при работе с небольшими элементами или при необходимости частой смены окрашиваемых поверхностей.
Окраска изделий в электрическом поле высокого напряжения основана на использовании электрических сил для дробления, перемещения и осаждения заряженных частиц ЛКМ на окрашиваемой поверхности. Основные стадии процесса окраски: подача ЛКМ в краскораспыляющее устройство и дробление за счет энергии сжатого воздуха, действия центробежных сил и сил электрического поля, перемещение заряженных частиц к заземленному изделию, осаждение на его поверхности.
Нанесение ЛКМ в электрическом поле - один из наиболее экономичных методов окраски. Благодаря воздействию электрического поля на перемещение частиц распыленного материала они наиболее полно осаждаются на окрашиваемой поверхности.
Далее остановимся на методах нанесения краски окунанием и струйным обливом. Метод окунания в ваннах применяется в основном при окраске деталей сложной конфигурации. При окраске методом струйного облива ЛКМ наносятся на поверхность изделий низконапорным истечением из многих сопел в виде потоков, окаймляющих окрашиваемый элемент. Этот метод характеризуется такими же ограничениями, как и метод окунания, в основном применяется при окраске несложных элементов и гладких поверхностей, например, таких, как двери.
Важнейшим технологическим показателем является укрывистость ЛКМ, характеризующая расход лакокрасочного материала на 1 м2 окрашиваемой поверхности. Этот показатель определяет равномерность нанесения слоя ЛКМ, что обуславливает его экономическую эффективность.
Укрывистость зависит от оптических свойств пигмента, его дисперсности и объемной концентрации в связующем и от многих других факторов. Существенное влияние на укрывистость оказывают также химический состав и цвет пленкообразующего материала, физико-химические свойства связующего, тип растворителя.
Механические свойства покрытий во многом определяют уровень защитных характеристик, а также в значительной степени влияют на декоративные функции покрытий в течение всего срока их эксплуатации. К механическим свойствам покрытий относятся твердость, гибкость, прочность на удар, адгезия и т. д.
Твердость - это сопротивление, оказываемое покрытием при проникновении в него другого тела. Твердость пленки - одно из важнейших механических свойств лакокрасочного покрытия, характеризующее частично степень высыхания, а в основном прочность поверхности.
Адгезия - способность лакокрасочных покрытий к прилипанию или прочному сцеплению с окрашиваемой поверхностью. От величины адгезии зависят механические и защитные свойства покрытий.
Водостойкость - способность покрытия выдерживать без изменения воздействия пресной или морской воды.
Морозостойкость - способность ЛКМ сохранять свои физико-механические свойства после нескольких циклов замораживания-оттаивания.
Термостойкость - предельно допустимая температура, при которой покрытие сохраняет все свои функции в течение определенного времени.
Атмосферостойкость - способность лакокрасочного покрытия сохранять в течение продолжительного времени свои защитные и декоративные свойства в атмосферных условиях. Количественно атмосферостойкость выражают сроком службы покрытия (в годах, месяцах), определяемым степенью потери его первоначальных свойств. Срок службы зависит от климатических и специфических условий местности. К таким видам разрушений относятся: потеря блеска, изменение цвета и другие.
И в заключение, остановимся на подготовке поверхности для нанесения ЛКМ.
Перед окрашиванием имеет большое значение для получения высококачественного покрытия и обеспечения длительности его службы. Суть этой процедуры заключается в очистке от продуктов коррозии, старой краски, жировых и других загрязнений. Способы подготовки поверхности подразделяются на три основных группы: механические, термические и химические.
К механическим способам очистки относятся: очистка инструментом (щетки, шлифовальные машинки), очистка при помощи песка, дроби, смеси песка и воды. Применяя эти методы, можно получить хорошо очищенную поверхность с равномерной шероховатостью, которая будет способствовать наилучшей адгезии лакокрасочной пленки.
К химическим способам очистки поверхности, прежде всего, относится ее обезжиривание, которое производится с помощью щелочных моющих составов или активных растворителей (смывок) в зависимости от типа загрязнения.
Термический способ применяется для очистки металла от ржавчины и окалины с использованием пламени кислородно-ацетиленовой горелки.
Таким образом, при восстановлении лакокрасочного покрытия необходимо предварительно осмотреть поверхность. Если старое покрытие прочно держится на поверхности в виде сплошного слоя, его следует промыть теплой водой и высушить. Если же оно держится не прочно, его необходимо полностью удалить.
Грунтование - одна из наиболее важных и ответственных операций, т. к. первый грунтовочный слой служит основой для всего покрытия.
Главное назначение грунта - создание прочной связи между окрашиваемой поверхностью и последующими лакокрасочными слоями, а также обеспечение высокой защитной способности покрытия. Грунтование следует производить сразу же после окончания работ по подготовке поверхности. Грунтовку можно наносить кистью, краскораспылителем и т. д. При окраске поверхностей, подвергающихся воздействию повышенной влажности или эксплуатируемых в атмосферных условиях, грунтование рекомендуется выполнять кистью. В этом случае пленка воды, если она имеется на поверхности, эмульгируется или удаляется в процессе растушевывания краски. Грунт должен быть тонким по сравнению с внешними слоями краски. Сушку грунта следует проводить в соответствии с режимом, предусмотренным технологией. При глянцевой поверхности грунт нужно слегка зачистить мелкой наждачной шкуркой.
Шпатлевание способствует выравниванию поверхностей. Толстые и недостаточные слои шпатлевки при эксплуатации могут растрескаться, в результате снизятся защитные свойства покрытия. Поэтому шпатлевку следует наносить слоями. Загрунтованную поверхность сначала покрывают местной шпатлевкой, а потом сплошной. Каждый слой необходимо хорошо высушить. Число слоев не должно превышать трех. В случае необходимости большего числа шпатлевки между ними наносят слой грунтовки.
Зашпаклеванная поверхность после высыхания имеет неровности и шероховатости. Неровности, соринки наблюдаются также на высушенных поверхностях грунтовок. Для удаления всех этих дефектов и сглаживания шероховатостей применяют шлифование. Для шлифовки попользуют абразивную шкурку на бумажной и тканевой основе.