Химический состав лакокрасочных материалов

Окружающий мир без красок и лаков был бы абсолютно серым и безрадостным. Тяжело представить жизнь современного человека без этих материалов. В самые разнообразные цвета окрашено все вокруг нас: дома, предметы интерьера, бытовая техника, спортивный инвентарь, транспорт, и тем более детские игрушки. Лакокрасочные материалы защищают металлические конструкции от ржавчины, гниения деревянные изделия, предупреждают растрескивание бетона и штукатурки.

Общая характеристика

Лакокрасочным материалом (ЛКМ) называют поликомпонентную систему, которая при нанесении на окрашиваемую поверхность образует цельное полимерное покрытие с защитными, декоративными и специальными свойствами. Это покрытие формируют определенные физико-химические превращения. Тонкая пленка на основе органических и неорганических соединений изолирует поверхность от воздействия окружающей среды, придает ей определенную окраску и облик. Толщина такой пленки не превышает десятки микрометров, т.е. примерно равна толщине человеческого волоса.

В состав лакокрасочных материалов входят:

Пленкообразующие вещества;

Пигменты;

Наполнители;

Разбавители;

Сиккативы;

Отвердители;

Ускорители;

Целевые добавки;

Растворители

Следует остановиться на каждом из них по отдельности.

Пленкообразующие вещества

Пленкообразователи (будучи по своей природе полимеризационными, природными, поликонденсационными смолами, эфирами целлюлозы, жирными кислотами, растительными маслами) выполняют ряд важных функций:

Связывают наполнители и пигменты;

Растворяют органические наполнители;

Образуют защитную пленку;

Способствуют адгезии с обрабатываемой поверхностью.

Зачастую в качестве пленкообразующих веществ используют алкидные смолы. Это полиэфиры, которые являются результатом переработки жирных одноосновных и многоосновных кислот, а также спиртов и имеют разветвленную структуру. Выделяют несколько видов этого соединения:

— глифталевая;

— пентафталевая;

— этрифталевая;

— ксифталевая.

Каждая из них на основе глицерина, пенраэтитрита, этиола и ксилита соответственно.

Алкидная смола обуславливает плавность и влагоустойчивость готового состава. С целью улучшения этих параметров в рецептуру добавляют растительные масла или карбоновые кислоты. На основании массовой доли в составе масла, смолы бывают:

— сверхтощими;

— тощими;

— средней жирности;

— жирные.

Алкидные смолы могут быть высыхающими и невысыхающими.

Вид растительного масла, которое используют при изготовлении ЛКМ, влияет на скорость высыхания защитной пленки и ее водоустойчивость. Именно это следует учитывать при составлении рецептуры того или иного материала. Так, например, тунговое масло обладает наибольшей скоростью высыхания, поэтому его целесообразно использовать при производстве грунтовок.

По взаимоотношениям с растворителями алкидная смола может быть:

— Водоразбавляемой и нерастворимой в воде;

— Разбавляемой органическими растворителями и растворимой в них.

Пигменты

Есть не что иное, как красящий порошок. Будучи нерастворимым в основе, образует с ней мелкодисперсную суспензию. По своей химической природе представляют собой соли или окислы металлов.

По происхождению можно выделить две группы этих веществ:

Природные или естественные;

Искусственные или синтетические. В свою очередь делятся на: органические и неорганические.

Наиболее яркий представитель естественных пигментов различные глины. Благодаря наличию в составе окислов железа, они способны давать самую разнообразную окраску: начиная желтой и красно-коричневой заканчивая. Главным достоинством применения природных пигментов является стойкость цвета.

Искусственные пигменты получают путем химических преобразований. Чаще всего в производстве используют лазурь, киноварь, свинцовый сурик и различные белила. Достоинством веществ этого типа является очень яркий цвет в итоге.

Пигментирование ЛКМ повышает их влагостойкость, химическую стойкость, устойчивость к выцветанию, дисперсность, смачиваемость и другие качественные характеристики.

Наполнители

Использование дорогостоящих пигментов в составе лакокрасочных материалов не всегда экономически оправдано. Для экономии ресурсов часть из них заменяют на наполнители – сухие неорганические соединения, которые обладают следующими свойствами:

Не растворяются в применяемой среде;

Имеют высокую степень белизны и дисперсности;

Содержат минимальное количество водорастворимых примесей;

Имеют небольшую плотность и твердость.

Использовать их допускается только при производстве грунтовок и эмалей. Очень важно оптимально подобрать пропорцию между пигментом и наполнителем. Только в этом случае можно улучшить свойства лакокрасочных материалов. Как пример, повысить прочность или сделать более эластичным. Наиболее часто наполнителями выступают мел, тальк, слюда и т.д.

Разбавители

Очень часто необходимо регулировать вязкость лакокрасочного материала до определенного предела, именно с этой целью используют разбавители, которые не обладают растворяющей способностью. Зачастую в этом качестве выступает вода.

Сиккативы

Для инициации процесса пленкообразования в состав лакокрасочных материалов вводят сиккативы, которые представляют собой соли нафтеновой, смоляной, масляной кислот, растворимые в органических растворителях. Пленка может начать формироваться либо с поверхности, либо у подложки обработанного основания. Это зависит от типа сиккатива в составе ЛКМ. Мнение, что скорость пленкообразования прямо пропорционально количеству добавленного вещества, является верным лишь отчасти. При перенасыщении сиккативом состава, материал высыхает медленнее. Выполнять свою функцию он продолжает и после полного высыхания. Что является еще одной причиной разумного использования этого вещества, ибо в противном случае покрытие состарится преждевременно.

Отвердители

Эти вещества используют, как правило, перед началом работы с лакокрасочным материалом. Представляет собой химическое соединение, добавка которого к ЛКМ приводит к образованию неплавкого нерастворимого продукта.

Ускорители

Соединения, применяемые с целью уменьшить время отверждения лакокрасочного материала.

Растворители

Предтавляют собой жидкость (или смесь), которая обладает способность растворять пленкообразующие вещества. Остновной задачей является обеспечение возможности покрытия лакокрасочным материалом подложки. В промышленности чаще всего применяют сольвет, бутилацетат, уайт-спирит, вода.

Целевые добавки

Соединения, которые улучшают качественные характеристики лакокрасочных материалов, такие как: адгезия, абразивостойкость, пленкообразование, эстетичность, растекание, стабильность при хранении, прочность пленки и т.д. Как правило, массовая доля добавки в рецептуре находится в пределах 0,1-2%. Лучше всего использовать несколько видов этого вещества при производстве ЛКМ, но даже в этом случае его содержание будет менее 5%.

Основными из них являются:

Усилители свойств противокоррозионных – отработанные наполнители, которыми частично заменяют потивокоррозионный пигмент в рецептуре ЛКМ.

Пеногасители — применяют с целью предотвратить возникновение воздушных образований при покраске. Принцип действия основан на способности понижать поверхностное натяжение около пузырей, это способствует их слиянию в более крупные и менее устойчивые соединения, которые в результате разрушаются.

Блокирующие осаждение – вещества, которые придают смеси небольшую тиксотропность и предотвращают осаждение пигментов при хранении ЛКМ. Использовать ее нужно с осторожностью, т.к. при чрезмерном употреблении произойдет расслоение системы.

Предотвращающие образование пленки на поверхности – сиккативы, входящие в состав лакокрасочных материалов, могут вызвать поверхностного слоя усыхание продукта, в целях избежания этого в рецептуру добавляют метиэтилкетоокси, циклогексаноноксим и подобные им вещества

Ингибиторы коррозии тары – добавка, применяемая при производстве водных красок, способных вызвать коррозию упаковки, в которой они хранятся. Чаще всего страдают внутренние спаи, стойки и т.д. Для предотвращения этого в состав вводят процесса, например, нитрит натрия или бензоат натрия. Единственным недостатком применения подобных ингибиторов является уменьшение водостойкости покрытия.

Влагопоглащающие и газовыделение предотвращающие – низкое содержание влаги является очень важным условием для хранения ЛКМ. Поэтому очень важно использовать только пигменты, которые практически не содержат адсорбционной воды. Некоторые добавки способны активно реагировать с водой обезвоживая тем самым пигмент.

Источник