Лакокрасочные материалы

Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Технология производства строительных материалов» для студентов дневного и заочного отделения специальностей 2903(ПГС) и 2915(ЭиУП).

г.Наб. Челны

2003г

Лакокрасочные материалы: Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Технология производства строительных материалов» для студентов дневного и заочного отделения специальностей 2903(ПГС) и 2915(ЭиУП)./Составители: Антонов В. Г., Крутова В. Н. Набережные Челны: КамПИ, 2003, 18с.

Целью лабораторной работы является ознакомление студентов с основными методами проверки качества строительных материалов.

Рецензент В. А. Чернов

Печатается по решению редакционно-издательского совета камского государственного политехнического института от…………….2003 года

Камский государственный политехнический институт, 2003

Лакокрасочными материалами называются составы, наносимые в жидком состоянии тонким слоем на поверхность строительных изделий и конструкций и образующие после высыхания, прочно сцепляющиеся с поверхностью твердые пленки. Для приготовления лакокрасочных материалов используют пигменты, наполнители и связующие вещества.

1. ИСПЫТАНИЕ ПИГМЕНТОВ

Пигментами называют тонко измельченные цветные порошки, не растворимые в воде, органических связующих материалах и растворителях /масла, спирты, скипидар/, но способные равномерно смешиваться с ними, образуя краски.

Различают пигменты минеральные и органические. В строительстве используют преимущественно первые: они обладают большей атмосферостойкостыо, химической и световой стойкостью.

Органические светостойкие пигменты, применяемые для внутренних и наружных покрасок, изготовляют из анилина, нафталина, антрацена и др. углеводородов в виде органических красителей, которые затем превращают в пигменты.

По происхождению различают минеральные пигменты природные и искусственные. Природные, /например, охру/ получают в результате несложной механической обработки глинистых пород, содержащих окислы железа; искусственные /белила, кроны, зелени/ вырабатывают на заводах путем химической обработки.

Для установления качества пигмента определяют его дисперсность, укрывистость, маслоемкость, а также наличие в нём органических красителей.

1.1. Определение дисперсности пигмента

Дисперсность, или степень измельчения пигмента, определяют способом сухого или мокрого просеивания. Для каждого пигмента ГОСТами установлены требования в отношении его дисперсности, т.е. величины частиц.

Для просеивания пигментов применяют набор сит с сетками №02, 015, 01, 008, 0075, 0071, 0063 и 006.
Дисперсность определяют преимущественно мокрым способом. Сухое просеивание производят в тех случаях, когда невозможно подобрать смачивающую жидкость.

1.1.1. Мокрое просеивание

Навеску пигмента около 10 г размешивают в фарфоровой чашке в 250 мл воды. Остаток растирают на дне чашки легким нажимом пальца, чтобы раздавить комочки, и одновременно сливают суспензию несколько раз на сито, предварительно смоченное водой. Когда убеждаются в полном отсутствии комков, весь остаток собирают на сито, которое ставят на чашку, наполненную 250 мл воды, и проводят по ситу мягкой кисточкой. При этом слипшиеся частицы пигмента распадаются.

Воду несколько раз меняют, повторяя эту операцию до тех пор, пока в чашке не останется следов пигмента. Смочив остаток на ситe сначала спиртом, а затем эфиром, выдерживают его на воздухе в течение 30 мин, после чего сушат в сушильном шкафу при температуре 105-110°С.

После этого остаток снимают на сите мягкой кисточкой на часовое стекло и взвешивают.

Остаток пигмента на сите /%/:

где m - масса пигмента до просеивания, г;

m₁- масса пигмента после просеивания, г.

В случае если пигмент растворим в воде, опыт проводят с какой-либо другой смачивающей жидкостью, в которой этот пигмент не растворим, и не разрушается.

Расхождение в результатах двух определений допускают не более, чем на 5%, считая максимальный отсев в граммах за 100%.

1.1.2. Сухое просеивание

На сито помещают навеску около 10 г пигмента, в технических весах. Как исключение, навеску сажи берут около 2 г.

Номер сита указан в ГОСТах или технических условиях на испытываемый пигмент.

Просеивание производят вручную или пользуясь механическим прибором. Просеивание должно продолжатьсядо тех пор, пока после встряхивания сита над глянцевой бумагой в течение 30 секунд будут проходить через сито частички пигмента. После этого остаток пигмента на сите снимают мягкой кисточкой на часовое стекло и взвешивают с точностью до 0, 001 г.

Остаток на сите определяют по формуле, приведенной выше. Расхождение в результатах двух определений допускают не более чем на 5%. считая максимальный отсев за 100%.

1.2. Определение укрывистости пигмента

Укрывистость /кроющую способность/ пигмента устанавливают по расходу пигмента в граммах на 1 м² окрашиваемой поверхности. Для каждого пигмента ГОСТом установлена максимально допустимая цифра укрывистости.

Определяют этот показатель следующим образом. Навеску в 5 грамм растирают на доске, затем пигмент разбавляют натуральной олифой до той степени вязкости, при которой ее обычно применяют.

Для опыта применяют стеклянную пластинку из бесцветного стекла толщиной 2-2, 5 мм размером 100x300 мм. На одной стороне пластинки во всю длину на равном расстоянии друг от друга наносят три цветные полосы /одну белую и две черные/, шириной каждаяпо 1, 5 см, причем, белую полосу располагают между двумя черными.

Полосы наносят масляными красками: белую - цинковыми белилами, черную - сажей газовой. После высыхания краски пластинку взвешивают на технических весах с точностью до 0, 01. г.

Испытываемый материал при помощи щетинной кисти тонким слоем наносят на сторону пластинки, обратную той, на которой имеются цветные полосы. Наносят состав на площадь 100х250 мм, оставив прямоугольник 50х100мм, для того, чтобы было удобно в процессе окрашивания держать в руках пластинку. Еe держат в левой руке и водят кистью сначала вдоль, а затем поперек, все время добавляя состав до тех пор, пока у пластинки, положенной на лист белой бумаги, перестанут просвечивать в отраженном свете полосы, нанесенные на обратной стороне.

Перед тем, как положить пластинку на лист белой бумаги, масляную краску разравнивают флейцем.

По разности результатов взвешивания стеклянной пластинки до покраски и с нанесенным слоем определяютвес испытуемого состава, израсходованного на покраску пластинки.

Расчет укрывистости производят, но следующим формулам:

на состав малярной консистенции /г/м² /:

на сухой пигмент:

где а - количество нанесенной краски малярной консистенции, г;

b - содержание олифы в краске малярной консистенции, %;

F - окрашенная площадь пластинки, cм².

Расхождение результатов двух определений допускают не более 5% для составов укрывистостью до 100 г/см² и не более 7% для составов укрывистостью до 300 г/м², считая максимальную укрывистость за 100%.

Пример: определить укрывистость литопона сухого, если изготовленная из него и натуральной олифы краска содержит 40% олифы. На укрывание стеклянной пластинки площадью в 250 см² с двухцветным грунтом израсходовано 5 граммов этой краски.

Вычисляем укрывистость литопона, считая на состав малярной консистенции:

Далее вычисляем укрывистость литопона, считая на сухой пигмент:

1.3. Определение маcлоёмкости пигмента

Чем меньше маслоемкость пигмента, т.е. чем меньше масла необходимо для получения пасты из пигмента, тем он экономичнее и тем более стойкой будет масляная покраска, так как разрушение ее слоя происходит, главным образом, вследствие старения масляной пленки.

Для определения маслоемкости пигмента применяют бюретку на 2 мл с делениями до 0, 01мл, стеклянный стакан с круглым дном с верхним диаметром около 10 см, стеклянную палочку с закругленным концом.

Определяют маслоемкость следующим образом.
На технических весах с точностью до 0, 01 г взвешивают 5г сухого пигмента и насыпают его в стакан. После этого из бюретки приливают отбеленное сырое льняное масло в постепенно уменьшающемся количестве: сначала 0, 3мм, затем по 2-3 капли, потом по одной капле.

После каждого приливания масла пигмент и масло тщательно перемешивают стеклянной палочкой. Сначала образуются отдельные комочки, которые постепенно соединяются друг с другом, затем наступает момент, когда весь пигмент смачивается маслом и образуется сплошной комок с блестящей масляной поверхностью.

Это означает, что точка насыщения пигмента достигнута. Количество затраченного масла вычисляют по разности уровней в бюретке до начала опыта, и после окончания его.

Маслоёмкость пигмента определяют по формуле/%/:

где υ – количество израсходованного масла, мл;

ρ - плотность масла, г/см³;

m - навеска пигмента, г.

Получаемую величину маслоемкости пигмента сравнивают с маслоемкостью, требуемой по ГОСТу.

2. ИСПЫТАНИЕ СВЯЗУЩИХ ВЕЩЕСТВ

2.1. Определение скорости высыхания краски или лака

Высыханием условно называют процесс, при котором жидкий лак или краска, нанесенные тонким слоем, образуют пленку.

Различают две стадии высыхания: высыхание " от пыли" и высыхание полное.

Высыханием " от пыли" называют момент, когда образуется тончайшая поверхностная пленка, на которой не задерживаются пылевидные частицы.

Полным высыханием называется момент, когда по всей толщине нанесенного материала образуется пленка, обладающая достаточной прочностью и способная противостоять механическим воздействиям /при соскабливании острым ножом получаются прозрачные эластичные стружки/.

Для испытания применяют стеклянный шкаф с электрообогревом. Площадь основания шкафа 1000х600мм, высота 1000 мм. Полки в шкафу должны быть стеклянные; устанавливать их нужно строго горизонтально.

Терморегулятор обеспечивает температуру в шкафу в пределах 20±2°C.

Во всех 4-х углах шкафа для поглощения влаги ставят стаканчики с хлористым кальцием, который меняют не реже одного раза в неделю.

Пластинку со слоем нанесенного испытываемого материалапомещают в сушильный шкаф при температуре 20°С. Периодически пластинку вынимают и дышат на пленку, держа пластинку на расстоянии 10 см от рта.

Появление матового пятна указываетна образование тонкой пленочки, на которой конденсируется влага. Это, в свою очередь, свидетельствует об окончании высыхания краски или лака " от пыли".

Время, истекшее с момента нанесения материала на пластинку до появления матового пятна " от дыхания", считают временем высыхания " от пыли".

Для определения полного высыхания на пластинку с нанесенным покрытием накладывают ватный тампон, поверх которого ставят деревянную пластинку площадью 1 см² с грузом мaссой 200 г. Через 30 с груз, пластинку и тампон снимают и проверяют при помощи лупы наличие на покрытии волокон ваты или следов от них. Отсутствие указанных признаков характеризует момент полного высыхания покрытия.

3.ИСПЫТАНИЕ КРАСОЧНЫХ СОСТАВОВ

3.1. Определение вязкости

Вязкость красочных составов и материалов, имеющую значение при нанесении их на поверхность как вручную, так и при помощи механизмов, определяют при помощи вискозиметра. Имеется несколько систем этого прибора. Все они основаны на определении времени, которое необходимо для истечения определенного количества испытываемой жидкости из сосуда через отверстие, расположенное в дне этого сосуда.

Условной вязкостью лакокрасочных материалов называют время истечения в секундах определенного количества жидкости через калиброванное сопло вискозиметра при температуре 20⁰ С.

Наиболее распространенный тип вискозиметра В3-4 представляет собой цилиндрический резервуар 3, переходящий в полый конус с соплом 2. Верхний край резервуара имеет желобок для слива избытка испытываемого материала. Вискозиметр закрепляют в штативе 4. Основные размеры вискозиметра ВЗ-4: объем 100 мл, высота сопла 4 мм, диаметр отверстия сопла 4 мм. Испытываемый лакокрасочный материал перед определением условной вязкости фильтруют через проволочную сетку №028, тщательно перемешивают и оставляют на 5-10 минут для выхода пузырьков воздуха; в момент испытания температура материала должна быть 20°С.

Под вискозиметр ставят сосуд, отверстие сопла закрывают и заполняют прибор испытываемым материалом вровень с краями, после чего открывают отверстие сопла и одновременно с появлением жидкости из сопла пускают секундомер. Последний останавливают в момент первого появления прерывистой струи лакокрасочного материала.

Время в секундах, необходимое на истечение 100 мл лакокрасочного материала из вискозиметра, является условной вязкостью этого материала. Значение вязкости выводят как среднее арифметическое трех определений.

3.2. Определение твердости пленки

Твердость пленки является одним из основных свойств, определяющих качество лакокрасочного покрытия.

Метод основан на определении отношения времени затухания колебаний маятника, установленного на поверхности пленки/покрытия/, ко времени затухания колебаний того же маятника, установленного на стеклянной пластинке.

Для определения твердости пленки применяют следующее оборудование: маятниковый прибор М-3; секундомер с делениями через 0, 2 сек; стеклянные пластинки размером 90х120 мм.

Маятниковый прибор М-3 /рис.3.2/ состоит из основания 2, штатива 8, верхней плиты 9, маятника 7, шкалы3, пускового приспособления 1, отвеса 4.

Маятник имеет две опоры, расположенные на плите, в виде стальных шариков.

Маятник устанавливают в нулевое положение при помощи рамки 10. При помощи грузиков 6 регулируют время затухания маятника. Маятниковый прибор устанавливают по отвесу в горизонтальное положение посредством винтов 5.

Масса маятника с деталями в собранном виде должна быть 120±1 г; длина маятника, считая от точки опоры до конца стрелки, должна составлять 500±1 мм. Диаметр стального шарика /точки опоры/ равен 8 мм.

Шкала прибора разделена на градусы. В центре шкалы располагается 0, в обе стороны от которого наносятся деления.

Проверку маятникового прибора производят не реже одного раза в сутки по “стеклянному числу” – времени затухания колебаний маятника от 5 до 2⁰, точки опоры которого лежат на стекле.

“Стеклянное число” определяют так же, как и твердость пленки/см. ниже/. Это число прибора должно быть равно 440±6 сек. Если это число не укладывается в указанные пределы, то движением грузиков вверх или вниз по длине маятника его доводят до нормы.

Стеклянные пластинки, применяемые для проверки “стеклянного числа” и определения твёрдости плёнки, перед испытанием тщательно промывают эфиром или чистым бензином и высушивают.

Шарики маятника периодически осматривают. При изнашивании поверхности шариков в точке соприкосновения их незначительно поворачивают.

Перед каждым испытанием шарики тщательно протирают ватой, смоченной эфиром или чистым бензином, и затем сухой чистой марлей.

На стеклянную пластинку 11 наносят испытываемый лакокрасочный материал. Метод нанесения материала, способ и время сушки, количество слоев, толщину плёнки, срок выдержки покрытия до испытания выбирают в соответствии с ГОСТом на лакокрасочный материал.

После высыхания покрытия окрашенную стеклянную пластинку кладут на плиту прибора плёнкой вверх под стальные шарики 12. Шарики устанавливают вблизи 0 шкалы. Затем поднимают рамку, прижимают к ней соединительную плёнку и устанавливают маятник на 0.

Придерживая соединительную планку, маятник при помощи пускового приспособления осторожно отводят влево до деления шкалы 5⁰, при этом следят, чтобы шарики не сдвинулись с места. После этого рамку опускают, маятник освобождают, заставляя его свободно качаться, и одновременно с этим пускают секундомер.

Когда амплитуда колебаний маятника достигает 2⁰, секундомер останавливают и отмечают прошедший промежуток времени.

Твёрдость плёнки вычисляют по формуле:

где t – время затухания колебаний маятника от 5 до 2⁰, точки опоры которого лежат на испытываемой плёнке, с;

t₁ – время затухания колебаний маятника от 5 до

2⁰, точки опоры которого лежат на стекле, с.

Твёрдость пленки определяют дважды. За окончательный результат принимают среднее арифметическое из двух определений, если разница между ними не превышает 3%.

3.3. Определение прочности плёнки при ударе

Метод определения прочности плёнки лакокрасочного материала при ударе основан на установлении максимальной высоты, при падении с которой груз массой 10Н не вызывает разрушения плёнки.

Подвергаемый испытанию лакокрасочный материал наносят на металлическую пластинку размером 90х20х0, 8 мм методом, предусмотренным ГОСТом. После высыхания плёнку подвергают испытанию, испытание ведут до разрушения плёнки или до тех пор, пока высота падения груза не достигнет 50 см.

Прочность плёнки выражают максимальной высотой, с которой падает груз массой 10Н, не вызывая разрушения плёнки.

3.4. Определение прочности пленки на изгиб

Прочность пленки на изгиб характеризует ее эластичность и способность изгибаться без разрушения с помощью шкалы гибкости, состоящей из стержней диаметрами 20, 15 и 10мм и плоских закруглённых стержней 5х10, 3х10 и 1х10мм. Стержни имеют длину 35 мм. На очищенные от окалины и ржавчины пластинки из жести размером 20х100х0, 2мм наносят испытуемый материал по способу, предусмотренному в стандартах. После высыхания плёнки пластинку плотно прижимают к стержню, плавно изгибают в течение 2-3 с. плёнкой вверх на 180⁰ вокруг стержня диаметром 20 мм. Если после изгибания на пленке при рассмотрении в лупу незаметно трещин и пленка не отслаивается, то производят изгибание пластинки в другом месте вокруг стержня диаметром 15 мм, затем в новом месте вокруг стержня диаметром 10 мм и так далее, до тех пор, пока на пленке не будут обнаружены указанные выше изменения.

Прочность пленки при изгибе выражается минимальным диаметром стержня, на котором лакокрасочное покрытие осталось не поврежденным.

Рис. 3.1. Вискозиметр ВЗ-4

Рис.3.2.Прибор М-3 для определения твердости пленки