Химическая энциклопедия - лакокрасочные покрытия

образуются в результате пленкообразования (высыхания, отверждения) лакокрасочных материалов, нанесенных на пов-сть (подложку). Осн. назначение: защита материалов от разрушения (напр., металлов от коррозии, дерева от гниения) и декоративная отделка пов-сти. По эксплуатац. св-вам различают Л. п. атмосфере-, водо-, маслои бензостойкие, химически стойкие, термостойкие, электроизоляционные, консервационные, а также спец. назначения. К последним относятся, напр., противообрастающие (препятствуют обрастанию подводных частей судов и гидротехн. сооружений морскими микроорганизмами), светоотражающие, светящиеся (способны к люминесценции в видимой области спектра при облучении светом или радиоактивным излучением), термоиндикаторные (изменяют цвет или яркость свечения при определенной т-ре), огнезащитные, противошумные (звукоизолирующие). По внеш. виду (степень глянца, волнистость пов-сти, наличие дефектов) Л. п. принято подразделять на 7 классов. Для получения Л. п. применяют разнообразные лакокрасочные материалы (ЛКМ), различающиеся по составу и хим. природе пленкообразователя. О ЛКМ на основе термопластичных пленкообразователей см., напр., Битумные лаки, Эфироцеллюлозные лаки, о ЛКМ на основе термореактивных пленкообразователей Полиэфирные лаки, Полиуретановые лаки и др.; к ЛКМ на основе масел относятся олифы, масляные лаки, масляные краски, к модифицированным маслами алкидные лаки (см. Алкидные смолы). Используют Л. п. во всех отраслях народного хозяйства и в быту. Мировое произ-во ЛКМ составляет ок. 20 млн. т/год (1985). Более 50% всех ЛКМ расходуется в машиностроении (из них 20% в автомобилестроении), 25% в строит. индустрии. В стр-ве для получения Л. п. (отделочные) применяют упрощенные технологии изготовления и нанесения ЛКМ гл. обр. на основе таких пленкообразователей, как казеин, водные дисперсии поливинилацетата, акрилатов или др., жидкое стекло. Большинство Л. п. получают нанесением ЛКМ в неск. слоев (см. рис.). Толщина однослойных Л. п. колеблется в пределах 3-30 мкм (для тиксотропных ЛКМ до 200 мкм), многослойных до 300 мкм. Для получения многослойных, напр. защитных, покрытий наносят неск. слоев разнородных ЛКМ (т. наз. комплексные Л. п.), при этом каждый слой выполняет определенную ф-цию: ниж. слой грунт (получают нанесением грунтовки) обеспечивает адгезию комплексного покрытия к подложке, замедление электрохим. коррозии

Защитное лакокрасочное покрытие (в разрезе): 1 -фосфатный слой; 2 грунт; 3 шпатлевка; 4 и 5 слои эмали.

металла; промежуточный шпатлевка (чаще применяют "второй грунт", или т. наз. грунт-шпатлевку) выравнивание пов-сти (заполнение пор, мелких трещин и др. дефектов); верхние, покровные, слои (эмали; иногда для повышения блеска последний слой лак) придают декоративные и частично защитные св-ва. При получении прозрачных покрытий лак наносят непосредственно на защищаемую пов-сть. Технол. процесс получения комплексных Л. п. включает до неск. десятков операций, связанных с подготовкой пов-сти, нанесением ЛКМ, их сушкой (отверждением) и промежут. обработкой. Выбор технол. процесса зависит от типа ЛКМ и условий эксплуатации Л. п., природы подложки (напр., сталь, Аl, др. металлы и сплавы, древесина, строит, материалы), формы и габаритов окрашиваемого объекта. Качество подготовки окрашиваемой пов-сти в значит. степени определяет адгезионную прочность Л. п. к подложке и его долговечность. Подготовка металлич. пов-стей заключается в их очистке ручным или механизир. инструментом, пескоструйной либо дробеструйной обработкой или др., а также хим. способами. Последние включают: 1) обезжиривание пов-сти, напр. обработка водными р-рами NaOH, а также Na2CO3, Na3PO4 или их смесей, содержащими ПАВ и др. добавки, орг. р-рителями (напр., бензином, уайтспиритом, триили тетрахлорэтиленом) либо эмульсиями, состоящими из орг. р-рителя и воды; 2) травление удаление окалины, ржавчины и др. продуктов коррозии с пов-сти (обычно после ее обезжиривания) действием, напр., в течение 20-30 мин 20%-ной H2SO4 (70-80 °С) или 18-20%-ной НСl (30-40 °С), содержащими 1-3% ингибитора кислотной коррозии; 3) нанесение конверсионных слоев (изменение природы пов-сти; используется при получении долговечных комплексных Л. п.): а) фосфатирование, к-рое заключается в образовании на пов-сти стали пленки нерастворимых в воде трехзамещенных ортофосфатов, напр. Zn3(PO4)2^.Fe3(PO4)2, в результате обработки металла водорастворимыми однозамещенными ортофосфатами Mn-Fe, Zn или Fe, напр. Mn(H2PO4)2-Fe(H2PO4)2, либо тонкого слоя Fe3(PO4)2 при обработке стали р-ром NaH2PO4; б) оксидирование (чаще всего электрохим. способом на аноде); 4) получение металлич. подслоев цинкование или кадмирование (обычно электрохим. способом на катоде). Обработку пов-сти хим. методами обычно осуществляют окунанием или обливанием изделия рабочим р-ром в условиях механизир. и автоматизир. конвейерной окраски. Хим. методы обеспечивают высокое качество подготовки пов-сти, но сопряжены с послед. промывкой водой и горячей сушкой пов-стей, а следовательно, с необходимостью очистки сточных вод.

Методы нанесения жидких ЛКМ.

1. Ручной (кистью, шпателем, валиком) для окраски крупногабаритных изделий (строит, сооружении, нек-рых пром. конструкций), исправления дефектов, в быту; используются ЛКМ естеств. сушки (см. ниже).

2. Валковый механизир. нанесение ЛКМ с помощью системы валиков обычно на плоские изделия (листовой и рулонный прокат, полимерные пленки, щитовые элементы мебели, бумага, картон, металлич. фольга).

3. Окунание в ванну, заполненную ЛКМ. Традиционные (органоразбавляемые) ЛКМ удерживаются на пов-сти после извлечения изделия из ванны вследствие смачивания. В случае водоразбавляемых ЛКМ обычно применяют окунание с электро-, хемои термоосаждением. В соответствии со знаком заряда пов-сти окрашиваемого изделия различают анои катофоретич. электроосаждение частицы ЛКМ движутся в результате электрофореза к изделию, к-рое служит соотв. анодом или катодом. При катодном электроосаждении (не сопровождающемся окислением металла, как при осаждении на аноде) получают Л. п., обладающие повыш. коррозионной стойкостью. Применение метода элект-роосаждения позволяет хорошо защитить от коррозии острые углы и кромки изделия, сварные швы, внутр. полости, но нанести можно только один слой ЛКМ, т. к. первый слой, являющийся диэлектриком, препятствует электроосаждению второго. Однако этот метод можно сочетать с предварит. нанесением пористого осадка из суспензии др. пленкообразователя; через такой слой возможно электроосаж. При хемоосаждении. используют ЛКМ дисперсионного типа, содержащие окислители; при их взаимод. с металлич. подложкой на ней создается высокая концентрация поливалентных ионов (Ме ⁰:Ме ⁺ⁿ), вызывающих коагуляцию приповерхностных слоев ЛКМ. При термоосаждении осадок образуется на нагретой пов-сти; в этом случае в воднодисперсионный ЛКМ вводят спец. добавку ПАВ, теряющего р-римость при нагревании.

4. Струйный облив (налив) окрашиваемые изделия проходят через "завесу" ЛКМ. Струйный облив применяют для окраски узлов и деталей разл. машин и оборудования, налив для окраски плоских изделий (напр., листового металла, щитовых элементов мебели, фанеры). Методы облива и окунания применяют для нанесения ЛКМ на изделия обтекаемой формы с гладкой пов-стью, окрашиваемые в один цвет со всех сторон. Для получения Л, п. равномерной толщины без подтеков и наплывов окрашенные изделия выдерживают в парах р-рителя, поступающих из сушильной камеры.

5. Распыление:

а) пневматическое с помощью ручных или автоматич. пистолетообразных краскораспылителей, ЛКМ с т-рой от комнатной до 40-85 °С подается под давлением (200-600 кПа) очищенного воздуха; метод высокопроизводителен, обеспечивает хорошее качество Л. п. на пов-стях разл. формы;

б) гидравлическое (безвоздушное), осуществляемое под давлением, создаваемым насосом (при 4-10 МПа в случае подогрева ЛКМ, при 10-25 МПа без подогрева);

в) аэрозольное из баллончиков, заполненных ЛКМ и пропеллентом; применяют при подкраске автомашин, мебели и др.

Существ. недостаток методов распыления большие потери ЛКМ (в виде устойчивого аэрозоля, уносимого в вентиляцию, из-за оседания на стенах окрасочной камеры и в гидрофильтрах), достигающие 40% при пневмораспылении. С целью сокращения потерь (до 1-5%) используют распыление в электростатич. поле высокого напряжения (50-140 кВ): частицы ЛКМ в результате коронного разряда (от спец. электрода) или контактного заряжения (от распылителя) приобретают заряд (обычно отрицательный) и осаждаются на окрашиваемом изделии, служащем электродом противоположного знака. Этим методом наносят многослойные Л. п. на металлы и даже неметаллы, напр. на древесину с влажностью не менее 8%, пластмассы с токопроводящим покрытием. Методы нанесения порошковых ЛКМ: насыпание (насеивание); напыление (с подогревом подложки и газопламенным или плазменным нагревом порошка, либо в электростатич. поле); нанесение в псевдоожиженном слое, напр. вихревом, вибрационном. Мн. методы нанесения ЛКМ применяют при окраске изделий на конвейерных поточных линиях, что позволяет формировать Л. п. при повыш. т-рах, а это обеспечивает их высокие техн. св-ва. Получают также т. наз. градиентные Л. п. путем одноразового нанесения (обычно распылением) ЛКМ, содержащих смеси дисперсий, порошков или р-ров термодинамически несовместимых пленкообразователей. Последние самопроизвольно расслаиваются при испарении общего р-рителя или при нагр. выше т-р текучести пленкообразователей. Вследствие избират. смачивания подложки один пленко-образователь обогащает поверхностные слои Л. п., второй нижние (адгезионные). В результате возникает структура многослоевого (комплексного) Л. п. Сушку (отверждение) нанесенных ЛКМ осуществляют при 15-25 °С (холодная, естеств. сушка) и при повыш. т-рах (горячая, "печная" сушка). Естеств. сушка возможна при использовании ЛКМ на основе быстровысыхающих термопластичных пленкообразователей (напр., перхлорвиниловых смол, нитратов целлюлозы) или пленкообразователей, имеющих ненасыщ. связи в молекулах, для к-рых отвердителями служат О 2 воздуха или влага, напр. алкидные смолы и полиуретаны соотв., а также при применении двухупаковочных ЛКМ (отвердитель в них добавляется перед нанесением). К последним относятся ЛКМ на основе, напр., эпоксидных смол, отверждаемых дии полиаминами. Сушку ЛКМ в пром-сти осуществляют обычно при 80-160 °С, порошковых и нек-рых специальных ЛКМ при 160-320 °С. В этих условиях ускоряется улетучивание р-ритсля (обычно высококипящего) и происходит т. наз. термоотверждение реакционноспособных пленкообразователей, напр. алкидных, меламино-алкидных, феноло-формальд. смол. наиб. распространенные методы термоотвсрждения -конвективный (изделие обогревается циркулирующим горячим воздухом), терморадиационный (источник обогрева ИК излучение) и индуктивный (изделие помещается в переменное электромагн. поле). Для получения Л. п. на основе ненасыщ. олигомеров используют также отверждение под действием УФ излучения, ускоренных электронов (электронного пучка). В процессе сушки протекают разл. физ.-хим. процессы, приводящие к формированию Л. п., напр. смачивание подложки, удаление орг. р-рителя и воды, полимеризация и (или) поликонденсация в случае реакционноспособных пленкообразователей с образованием сетчатых полимеров (см. также Отверждение). Формирование Л. п. из порошковых ЛКМ включает оплавление частиц пленкообразователя, слипание возникших капелек и смачивание ими подложки и иногда термоотверждение. Пленкообразование из воднодисперсионных ЛКМ завершается процессом аутогезии (слипания) полимерных частиц, протекающим выше т. наз. миним. т-ры пленкообразования, близкой к т-ре стеклования пленкообразователя. Формирование Л. п. из органодисперсионных ЛКМ происходит в результате коалесценции полимерных частиц, набухших в р-рителе или пластификаторе в условиях естеств. сушки, при кратковременном нагревании (напр., 3-10 с при 250-300 °С). Промежуточная обработка Л. п.: 1) шлифование абразивными шкурками ниж. слоев Л. п. для удаления посторонних включений, придания матовости и улучшения адгезии между слоями; 2) полирование верх, слоя с использованием, напр., разл. паст для придания Л. п. зеркального блеска. Пример технол. схемы окраски кузовов легковых автомобилей (перечислены последоват. операции): обезжиривание и фосфатирование пов-сти, сушка и охлаждение, грунтование электрофорезной грунтовкой, отверждение грунтовки (180 °С, 30 мин), охлаждение, нанесение шумоизолирующего, герметизирующего и ингибирующего составов, нанесение эпоксидной грунтовки двумя слоями, отверждение (150 °С, 20 мин), охлаждение, шлифование грунтовки, протирка кузова и обдув воздухом, нанесение двух слоев алкидно-меламиновой эмали, сушка (130-140 °С, 30 мин). Свойства покрытий определяются составом ЛКМ (типом пленкообразователя, пигментом и др.), а также структурой покрытий. наиб. важные физ.-мех. характеристики Л. п. адгезионная прочность к подложке (см. Адгезия), твердость, прочность при изгибе и ударе. Кроме того, Л. п. оцениваются на влагонепроницаемость, атмосферостойкость, химстойкость и др. защитные св-ва, комплекс декоративных св-в, напр. прозрачность или укрывистость (непрозрачность), интенсивность и чистота цвета, степень блеска. Укрывистость достигается введением в ЛКМ наполнителей и пигментов. Последние могут выполнять также и др. ф-ции: окрашивать, повышать защитные св-ва (противокоррозионные) и придавать спец. св-ва покрытиям (напр., электропроводимость, теплоизолирующую способность). Объемное содержание пигментов в эмалях составляет <30%, в грунтовках ок. 35%, а в шпатлевках до 80%. Предельный "уровень" пигментирования зависит также от типа ЛКМ: в порошковых красках 15-20%, а в воднодисперсионных до 30%. Большинство ЛКМ содержат орг. р-рители, поэтому произ-во Л. п. является взрывои пожароопасным. Кроме того, применяемые р-рители токсичны (ПДК 5-740 мг/м ³). После нанесения ЛКМ требуется обезвреживание р-рителей, напр. термич. или каталитич. окислением (дожиганием) отходов; при больших расходах ЛКМ и использовании дорогостоящих р-рителей целесообразна их утилизация поглощение из паровоздушной смеси (содержание р-рителей не менее 3-5 г/м ³) жидким или твердым (активированный уголь, цеолит) поглотителем с послед. регенерацией, В этом отношении преимущество имеют ЛКМ, не содержащие орг. р-рителей (см. Водоэмульсионные краски, Порошковые краски), и ЛКМ с повышенным ( /70%) содержанием твердых в-в. В то же время наилучшими защитными св-вами (на единицу толщины), как правило, обладают Л. п. из ЛКМ. используемых в виде р-ров. Бездефектность Л. п., улучшение смачивания подложки, устойчивость при хранении (предотвращение оседания пигментов) эмалей, воднои органо-дисперсионных красок достигается введением в ЛКМ на стадии изготовления или перед нанесением функцион. добавок; напр., рецептура воднодисперсионных красок обычно включает 5-7 таких добавок (диспергаторы, стабилизаторы, смачиватели, коалесценты, антивспениватели и др.). Для контроля качества и долговечности Л. п. проводят их внеш. осмотр и определяют с помощью приборов (на образцах) св-ва физико-мех. (адгезия, эластичность, твердость и др.), декоративные и защитные (напр., антикоррозионные св-ва, атмосферостойкость, водопоглощение). Качество Л. п. оценивают по отдельным наиб. важным характеристикам (напр., атмосферостойкие Л. п. по потере блеска и мелению) или по квалиметрич. системе: Л. п. в зависимости от назначения характеризуют определенным набором псв-в, значения к-рых xi(i[n) выражают в виде оценок (безразмерные относит. величины) и представляют как комплексную характеристику (R):

где х i=(ai/a⁶ макс); х i⁰=(a мин/a⁶) (ai, a⁶ мин и а ⁶ мaкс текущее, минимальное и максимальное базовые значения характеристич. св-ва); ki, весомость 1-го св-ва (устанавливается для каждого типа Л. п.); К масштабный коэф. Так, при комплексной характеристике атмосферостойких Л. п. n=4-7 (определяют адгезию, эластичность, меление и др.). Условие эксплуатац. пригодности Л. п.: xi>xi⁰ или R>0, а нормативная долговечность определяется временем, в течение к-рого св-ва Л. п. будут ухудшаться до R=0; поэтому R наз. ресурсом качества Л. п. Долговечность Л. п. зависит не только от исходной величины R, но и от интенсивности внеш. разрушающих факторов (для атмосферостойких Л. п. солнечное излучение, влажность, средняя т-ра и ее перепады и др.). Механизм разрушения покрытий существенно зависит также от природы пленкообразователя, каталитич. активности пигментов и др. Так, перхлорвиниловые Л. п. разрушаются в осн. вследствие термои фотохим. разложения с выделением НСl, густосетчатые эпоксидные и полиэфирные из-за возрастания внутр. напряжений, вызывающих ухудшение адгезионной прочности и снижение эластичности (вплоть до появления трещин). Чаще всего осн. фактором разрушения Л. п. на основе термореактивных пленкообразователей служит отверждение, продолжающееся (хотя и с миним. скоростью) при эксплуатации Л. п. Долговечность совр. атмосферостойких Л. п. (в умеренном климате) составляет 7-10 лет, водостойких 3-5 лет, термостойкие выдерживают до 300 °С (кратковременно 600 °С и более). Лит.: Крылова И. А.. Котлярский Л. Б.. Стуль Т. Г.. Электроосаждение как метод получения лакокрасочных покрытий. М.. 1974; Чеботаревский В. В.. Кондратов Э. К., Технология лакокрасочных покрытий в машиностроении. М.. 1978; Яковлев А. Д., Химия и технология лакокрасочных покрытий. Л.. 1981; Рейбман А, И., Защитные лакокрасочные покрытия, 5 изд.. Л., 1982; Яковлев А. Д., Евстигнеев В. Г.. Гисин П. Г.. Оборудование для получения лакокрасочных покрытий. Л., 1982: Автоосаждение новый метод полумения полимерных покрытий. Л.. 1983; Лебедев В. П., Калдма Р. Э., Справочник по противокоррозионным лакокрасочным покрытиям. Хар., 1988. В. В. Верхоланцев.

Химическая энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия

Под ред. И. Л. Кнунянца

1988