Красочные материалы

Красочными составами называют вязко-жидкие многокомпо­нентные составы, наносимые тонкими слоями. Они формируют сцеп­ление наносимой поверхности с основанием, а после отверждения образуют покровные пленки. Красочные составы обычно совмещают функции отделки и защиты поверхности строительных конструкций из металла, железобетона, дерева, кирпича и других материалов от воздействия среды. По составу красочные материалы - композиты, состоящие из связующего (матрица)^ пигмента и наполнителя.

Поверхности большинства материалов, применяемых в строи­тельстве, грубые, т.е. имеют большую шероховатость, раковины и другие дефекты структуры. Они подразделяются на классы А1-А7. В отличии от абсолютно плотных металлов эти материалы помимо уже указанных недостатков имеют еще на своей поверхности достаточно большое поровое пространство, образуемое порами и капиллярами различного размера. Это существенно меняет свойства поверхности, которая становится способной отсасывать связующее красочного со­става, и часто химически фиксировать его. Поэтому поверхности, подлежащие окраске, например, железобетонных и бетонных конст­рукций, должны соответствовать категориям А2 и A3. Это значит, что на них ограничивается диаметр раковин (открытых пор), высота наплыва, глубина скола и пр.

Процесс получения красочных покрытий включает следующие по­следовательные операции: грунтование, шпатлевание и нанесение красочных слоев. Число перечисленных операций определяется тре­бованиями к внешнему виду и условиям эксплуатации покрытий. Грунтовочный слой представляет собой жидкий состав, хорошо впи­тывающийся основанием, предназначенный для выравнивания свойств материала-подложки по отсасывающим свойствам. Грунтов­ка способствует также улучшению сцепления основного покрытия с подложкой. В состав грунтовок для металлических поверхностей вводят противокоррозионные пигменты или другие ингибиторы кор­розии. Шпатлевочные составы наносят с целью выравнивания по­верхности и ликвидации ее дефектов. Для шпатлевания применяют густые пастообразные составы, которые имеют высокую трещино- стойкость. Различают местное и общее шпатлевание. Послс грунто­вания и шпатлевания наносят последующие окрашивающие слои по­крытия. Грунтовка, шпатлевка и окраска за счет многослойности об-

Рис. 18.1, Схема строения красочного материала: / - пористая подложка (бетон); 2 - шпаклевоч­ный слой; 3 - грунтовочный слой; 4 - слой красочного состава; 5 - верхний слой, контак­тирующий со средой

с основой-подложкой. Красочные составы бывают водные (известко­вые, силикатные, цементные, клеевые, казеиновые), масляные (на­туральные), полимерные и др.

Растворитель или разжижитель позволяет получить жидко-вязкую консистенцию состава в том числе без дополнительного расхода свя­зующего. Этими компонентами могут быть органические растворите­ли и вода. Связующее и органический растворитель образуют лак, а лак плюс пигмент составляют эмаль. Существуют водные и вододис- персные (латексные) красочные составы.

Недостатком лаков и эмалей является наличие в них органи­ческого растворителя, а следовательно, токсичность, взрыво- и пожа- роопасность, вследствие чего окраска должна производиться в специ­альных герметических окрасочных камерах, снабженных вентиляци­онным устройством. Структура отечественных красочных материа­лов, к сожалению, до сих пор состоит преимущественно из лаков и эмалей. Эти материалы в своем большинстве содержат до 50% лету­чих органических растворителей, что создает серьезный источник экологической вредности. Задача промышленности - ограничить со­держание растворителей в лаках и эмалях, а главное создать экологи­чески полноценные материалы за счет вододисперсионных и порош­ковых красок, которые пока в общем объеме производства пока еще малы. Вместе с тем вододисперсные краски за рубежом составляют в среднем 15-20% (в Германии - более 35%), а порошковые краски - 3- 7%.

Реальную долговечность красочных покрытий определить трудно. Известно, что расход лакокрасочных материалов и их долговечность связаны обратно пропорциональной зависимостью. Это означает, что необходимо увеличить срок службы покрытия в " деле", т.е. повысить защитные свойства единицы толщины покрытия. Заводы, произво­дящие краски, это могут сделать путем повышения дисперсности пигментов и наполнителей, отфильтрования включений, как концен­траторов напряжений, модификации компонентов состава, введения функциональных добавок. Повышение эксплуатационного срока службы покрытия напрямую связано с тщательной подготовкой по­верхности для нанесения красочных составов.

Классификация и свойства красочных материалов

Красочные материалы и покрытия классифицируют преиму­щественно по химическому и эксплуатационному признакам. В осно­ву химической классификации и обозначения красочных материалов положен вид, природа пленкообразующего вещества и их назначение, которые имеют обозначение с буквенными и цифровыми индексами. Буквы обозначают принадлежность материала к той или иной группе по роду пленкообразующего. Ниже приведены примеры буквенного обозначения природы материалов.

Алкидноакриловые АС, глифталевые ГФ, кремнийорганические КО, мочевинные (карбамидные) МИ, перхлорвиншовые ХВ, полиак­риловые АК, полиамидные ПА, поливинилацетатные ВА, силикат­ные ЖС, эпоксидные ЭП и т.д.

Классификация покрытий по эксплуатационному признаку спо­собствует определению рациональной области использования того или иного покрытия. В табл. 18.1 приведена классификация красоч­ных материалов по группам эксплуатации покрытий.

Далее идут покрытия специальные (например, маслобензостой- кие - 6, химически-стойкие - 7, термостойкие - 8, электроизоляци­онные - 9). Красочные составы имеют при маркировке в начале ин­декса буквы: вододисперсионные - ВД, органодисперсионные - ОД, водоразбавляемые - В, порошковые - П.

Пример. Эмаль ХВ-16 - перхлорвиниловая эмаль (ХВ) для атмо- сферостойких покрытий 1, регистрационный номер 6.

При маркировке покрытий учитывается также и качество внешне­го вида покрытий. В соответствии с ГОСТ установлены 7 классов ка­чества внешнего вида покрытий в зависимости от вида дефекта и их количества: 1 - не допускаются никакие дефекты; II-VII - возможны отдельные включения с учетом их числа (шт/м²) в зависимости от длины, ширины, диаметра дефекта и расстояниями между ними; III- VII классы допускают волнистость, V-VII - потеки; IV-VII - разноот- теночностъ,

Таблица 18.1

Красочные составы по своей консистенции могут быть жидкими, вязкими, пастообразными, а по своим реологическим характеристи­кам относятся к структурированным системам. Для них характерно пластическое и псевдопластическое течение, связанное с различной степенью структурообразования в массе материала. Сильно структу­рированные краски пригодны для нанесения только распылением, кистью, валиковым способом, но не методом окунания или облива. Каждому способу нанесения краски соответствует оптимальная вяз­кость, при которой не возникают дефекты поверхности покрытий. Для определения вязкости красок применяют вискозиметры, вязкость при этом измеряют в с. Жизнеспособность красочных составов опре­деляется временем, в течение которого вязкость системы после сме­шения компонентов практически не изменяется.

Для определения свойств красочных покрытий отверждение про­изводят на твердой недеформируемой подложке (металл, стекло). Процесс пленкообразования связан с протеканием химических и фи­зико-химических процессов отверждения в слое краски, испарением растворителя или распадением водных дисперсий и др. Степень от- верледения покрытий можно характеризовать показателем твердости. Наиболее доступным и простым является метод определения твердо­сти покрытий по затуханию колебаний маятника специального при­бора. Технологичность нанесения красочного материала зависит от времени высыхания связующего, в течение которого жидкий лако­красочный состав, нанесенный тонким слоем, затвердевает и превра­щается в пленку. Различают 5 стадий ее высыхания.

Основные компоненты красочных составов

В качестве сырья в производстве красок и лаков применяют плен­кообразующие вещества, наполнители, пластификаторы, рас­творители, сиккативы, а также вспомогательные материалы (стаби­лизаторы, диспергаторы и т.д.).

Пленкообразующие вещества или связующие служат для сцеп­ления между собой частиц пигмента и создания тонкой красочной пленки, прочно держащейся на окрашенной поверхности.

Связующие вещества подразделяются на: клеи, казеин, известь, цемент, жидкое стекло, полимеры, олифы, применяемые в различных составах. От свойств связующего зависят технологические и эксплуа­тационные свойства, а главное долговечность красочного покрытия.

Натуральное связующее - олифа. Ее получают при переработке растительных масел (льняного, конопляного и др.). Олифа способна " высыхать", отвердевая, за счет окисления кислородом воздуха. Ус­коряют этот процесс сиккативы (" сикко" в переводе " сушить", " высушивать"). Различают олифу натуральную, содержащую 100% растительного масла. Выпускают олифу " Оксоль", содержащую 55% масла и 45% уайт-спирта, а также комбинированную олифу с содер­жанием 70% масла и 30% уайт-спирта. Комбинированные олифы - глифталевая, пентафталевая, перхлорвинилокая и др, Глифталевую олифу, например, получают в результате нагрева льняного масла, фталевого ангидрида и глицерина. Пентафталевая смола является продуктом конденсации пентаэритрита и фталевого ангидрида.

Синтетическое связующее способствует отказу от импорта на­туральных смол (копал, шеллак, даммар) и экономит пищевые расти­тельные масла. Синтетическими связующими стали разнообразные полимерные материалы, производство которых с каждым годом рас­ширяется. Они применяются в красочных материалах в виде лаков, эмалей, пастовых составов и вододисперсионных красках.

Пигменты - это сухие красящие порошки, являющиеся также на­полнителями системы, нерастворимые в воде, масле и других раство­рителях. В зависимости от происхождения пигменты клас­сифицируются на минеральные и органические, а по способу получе­ния - на природные и искусственные (табл. 18.2). Для получения при­родных минеральных пигментов производят механическую обработ­ку природных материалов: помол, просев или отмучивание.

Таблица 18.2

умбра. Среди искусственных пигментов наблюдается острый дефи­цит белых.

В настоящее время широкое распространение среди белых пиг­ментов - белил - имеет диоксид титана благодаря своим уникальным свойствам, стойкости и безвредности. Мировое его производство продолжает непрерывно расти. Применяют литопоновые и цинковые белила, имеющие хорошие показатели. Помимо традиционных сухих порошковых пигментов получают пигменты в виде паст- концентраторов, эмульсий и микрокапсул. Запрещено применение токсичных пигментов, содержащих в своем составе, например, сви­нец. Однако и они используются, благодаря высшему качеству, в редких случаях для надежных антикоррозионных покрытий там, где позволяет охрана труда человека.

Дисперсность пигмента влияет на все его основные свойства. Чем тоньше частицы, тем выше укрывистость и красящая способность пигмента. Полидисперсный состав пигмента позволяет получить плотное покрытие при минимальном расходе связующего. Укрыви­стость определяет расход красочного состава на единицу окраши­ваемой поверхности, Красящая способность - способность пигмента передавать свой цвет смеси с белым пигментом. Светостойкость характеризуется способностью пигмента сохранять свой цвет при действии ультрафиолетовых лучей. Большинство природных пигмен­тов - светостойки, некоторые органические пигменты обесцвечива­ются в процессе эксплуатации.

Маслоемкость характеризуется количеством олифы (г), необ­ходимым для превращения 100 г пигмента в пастообразное состоя­ние.

Атмосферостойкость - свойство противостоять длительное время атмосферным воздействиям: вода, кислород воздуха, кислые газы, попеременное увлажнение и высыхание, замораживание и оттаива­ние. Щелочестойкость нужна, т.к. некоторые пигменты изменяют свой цвет при соприкосновении с щелочными растворами. Их не применяют для изготовления красочных составов, наносимых на по­верхность бетона. Щелочестойкими являются почти все природные пигменты, а также многие искусственные пигменты (титановые бе­лила, оксид хрома, органические пигменты " алый" и " оранжевый"). Для изготовления кислотостойких красок применяют только кисло­тостойкие пигменты (оксид хрома, титановые белила, графит).

Наполнители. В отделочные составы для их удешевления, повы­шения декоративных и защитных свойств добавляют тонкоизмель- ценные наполнители: тальк, диатомит, молотый песок, слюда и осо­бенно часто мел и известняки.

За рубежом расширяется применение в качестве наполнителей ор­ганических полимерных порошков: полиэтилена, полипропилена, поливинилхлорида и др.

Виды красочных составов Масляные краски

Масляные краски изготовляют на заводах растиранием олифы с пигментами в специальных машинах-краскотерках. При растирании образуется однородная суспензия, в которой каждая частица пигмен­та или наполнителя имеет оболочку из связующего, адсор­бированного на их поверхности. Различают густотертые и жидко- тертые масляные краски. Густотертые краски производят в виде паст и доводят до рабочей вязкости добавлением олифы. Жидкотер- тые масляные краски выпускают готовыми к употреблению с содер­жанием олифы 40-50%. К таким краскам относятся титановые, цин­ковые белила. Масляные краски чаще всего применяют для зашиты стальных конструкций от коррозии, для предохранения оконных пе­реплетов и других деревянных элементов от увлажнения, а также для окраски поверхностей, подвергающихся истиранию и частой про­мывке водой (полы, нижние части стен коридоров общественных зданий, металлические ворота шлюзов и т.д.).

Масляная краска не изменяет свой объем в процессе твердения, обладает стойкостью и долговечностью.

Лаки и эмалевые краски

Лаки представляют собой пленкообразующие растворы синте­тических или натуральных смол в органических растворителях. Для повышения качества лакового покрытия в рецептуру добавляют пла­стификатор, отвердитель и другие специальные добавки. В строи­тельстве в основном применяют масляно-смоляные, синтетические безмасляные, битумные и асфальтовые лаки.

Масляно-смоляные лаки - это растворы модифицированных рас­тительными маслами натуральных, а также алкидных смол (глиф- талевых, пентафталевых и др.) в органических растворителях. Мас­ляно-смоляные лаки применяют в основном для внутреннего покры­тия по хорошо подготовленному дереву, а также для внутренних и наружных работ.

Синтетические безмасляные лаки в основном растворы пер- хлорвиниловой смолы в органических растворителях. Эти лаки бес­цветны, высыхают в течение 2 ч при температуре 20°С. Их при­меняют для лакировки масляных покрытий с целью улучшения их антикоррозионных свойств. Битумные и асфальтовые лаки пред­ставляют собой растворы нефтяного битума или асфальта или их смеси и растительных масел в органических растворителях. При­меняют для грунтовки металлических поверхностей под антикор­розионное покрытие, для покрытия скобяных и других метал­лических поверхностей. Каменноугольные лаки - это растворы ка­менноугольного пека в органических растворителях. Их применяют как антикоррозионное покрытие чугунных и стальных конструкций и изделий.

Эмалевые краски представляют собой суспензию пигмента в ла­ке. Строительные эмалевые краски должны обладать определенной твердостью, атмосферостойкостыо, хорошим внешним видом, спо­собностью высыхать при обычной температуре не более чем за 1-2 суток. К синтетическим эмалям относятся алкидные, перхлорвинило- вые. Алкидные эмалевые краски - суспензия пигмента в глифталевом, пентафталевом, алкидностирольном и других алкидных лаках. Для наружных работ служат глифталевые ГФ-13 и пентафталевые эмали ПФ-14. Перхлорвиниловые эмалевые краски ПХВ используют для отделки предварительно загрунтованных металлических поверхно­стей и для отделки бетонных фасадных поверхностей. Широкое рас­пространение нашли кремнийорганические эмали. Кремнийорганиче- ские покрытия гидрофобны, атмосферостойки, защищают наружные ограждения от увлажнения, но не препятствуют естественной венти­ляции помещений. Покрытия на основе каучуковых эмалей (раствор хлоркаучука в органическом растворителе) обладают высокой водо- и коррозионной стойкостью, их применяют для защиты от коррозии металлических и железобетонных конструкций.

Промышленность должна увеличить выпуск эмалей с пони­женным содержанием летучих веществ.

Вододисперсионные краски

Вододисперсионные краски состоят из двух несмешивающихся жидкостей, в которой частицы одной - глобулы - распределены в дру­гой - дисперсионной или внешней фазе, эмульгатора, препят­ствующего слипанию глобул, пигмента и специальных добавок. Вода, являясь внешней фазой, отсасывается пористым основанием подлож­ки, на которую нанесена краска, и частично испаряется. При этом происходит обращение фаз и распадение эмульсии, глобулы слива­ются и образуется гладкое покрытие. После отверждения покрытие приобретает матовый оттенок, становится водостойким, воздухопро­ницаемым. При этом вододисперсионные краски не токсичны, техно­логичны, так как могут легко разбавляться водой до требуемой вязко­сти.

В ассортименте вододисперсионных красок ведущее положение пока занимает поливинилацетатная краска. Это водная дисперсия по- ливинилацетата, пластифицированная дибутилфталатом, пигмент, добавки. Краска обладает определенной водостойкостью, достаточ­ной адгезией к бетону, штукатурке, дереву.

Акрилатная краска отличается повышенной атмосферостойкостью и долговечностью. Краску применяют для отделки фасадов зданий, влажных помещений. Акрилатные краски перспективны, так как у них есть развивающаяся сырьевая база, Кремнийорганические водо­дисперсионные краски имеют такое же применение, как и акрилат­ные. Они придают покрытию гидрофобность, которая значительно повышает долговечность покрытия и конструкции, которую защи­щают.

Связующее бутадиенстирольной краски состоит из ппифталевого лака. Бутадиенстирольные краски применяют в основном для высо­кокачественной отделки здания.

Общая тенденция развития вододисперсионных красок - повы­шение их несмываемости (до 0 г/м²) и эксплуатационного срока службы.

Пастовые составы

В отделке зданий и сооружений используются пастовые составы, создающие сразу покрытия толщиной до 1000 мкм. Пастовые составы готовят на основе синтетических смол и водных дисперсий полиме­ров. Имеются пастовые, полимерцементные, полимергипсовые, по- лимергипсоцементные составы. Применение нашел пастовый состав " Дефас", изготовленный на основе поливинилацетатной краски ВД- ВА-17, кварцевого песка, маршалита. Для отделки фасадов зданий широко применяются пастовые составы на основе и других вододис- персионных красок. Ластовые составы имеют преимущество в полу­чении комплексного покрытия, обладающего одновременно свойст­вами штукатурок и красочных покрытий при сравнительной просто­те нанесения таких составов, резком сокращении трудоемкости и сроков процесса отделки.

Порошковые краски

Порошковые краски представляют мелкодисперсную сухую смесь, состоящую их твердых полимеров, наполнителей, пигментов и спе­циальных добавок. Основные свойства: оптимальная дисперсность (10-100 м²/г), сыпучесть и насыпная плотность. Порошковые краски доводят до рабочей вязкости ожжижением, т.е. переводом в капель- но-жидкое состояние (расплав), монолитизацией - слиянием частиц и их отверждением с образованием химически стойкого покрытия. В качестве основного сырья применяют термопластичные полимеры (полиэтилен, поливинилхлорид, полиамиды) и реактопласты (эпок­сидные, полиэфирные, полиуретановые). Формирование покрытий может происходить в широком интервале температур, при этом изме­няется и продолжительность процесса отверждения. Покрытия нано­сятся на защищаемую поверхность различными методами с разогре­вом состава (пистолетом и др.). Например, покрытия из поливинил- бутирольной краски ПВЛ-212 получают при температуре 170°С и 250°С, время формирования и покрытия соответственно составляют 30 и 3 мин.

Краски на неорганических вяжущих

Известковые, цементные, силикатные краски. В качестве свя­зующего применяется гашеная известь. Для повышения водоудержи- вающей способности красочного состава вводят специальные добав­ки: хлористый кальций, поваренную соль или алюминиевые квасцы, иногда полимеры. Срок службы таких покрытий на воздухе низок. В качестве связующего цементных красок применяют белый или цвет­ной цементы. Для повышения водоудерживающей способности со­става в него вводят известь-пушонку и хлористый кальций. Цемент­ные краски применяют для наружных работ. Силикатные краски представляют суспензию пигментов и активных наполнителей (диа­томита или трепела) в водном растворе силиката калия. Краска отно­сительно водостойка. Силикатными красками окрашивают фасады зданий, а также деревянные конструкции для защиты от возгорания.

Казеиновые и клеевые краски. Краски представляют собой сус­пензии пигментов и наполнителей в водных или водно-щелочных растворах клея или казеина. Клеевые краски приготовляют с исполь­зованием синтетических клеев - на основе карбоксилметилцеллюлозы и других полимеров. Для повышения прочности и водостойкости в клеевые составы вводят олифу. Клеевые составы не водостойки, их применяют для внутренней отделки помещений. Казеиновые краски готовят на месте производства малярных работ перемешиванием с водой сухих (порошковых) красок промышленного производства. Для повышения водостойкости в казеиновые краски вводят известь, что повышает атмосферостойкость покрытия. Казеин - пищевое сы­рье, поэтому эти краски имеют ограниченное применение.