Тема 15. Лакокрасочные материалы

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЛАКОКРАСОЧНЫХ МАТЕРИАЛАХ

Лакокрасочными материалами называют вязкожидкие составы, наносимые на подготовленные поверхности строительных изделий или конструкций тонким слоем и образующие после высыхания пленку, прочно сцепляющуюся с основанием. Схема лакокрасочного покрытия показана на рис. ….

Рис. 52. Лакокрасочное покрытие:

1 – бетон; 2 – трещины, заполненные цементным раствором; 3 – грунтовка;

4 – шпатлевка; 5 – слои красочного состава; 6 – слой лака

Покрывная пленка обладает достаточной прочностью и долговечностью, защищает материал конструкций от воздействия агрессивных сред (металлические конструкции от коррозии, деревянные от загнивания), улучшает санитарно-гигиенические условия в помещениях жилых и промышленных здании. Кроме этого, при окраске строительных конструкций и изделий решаются художественно-декоративные задачи: окрашиваемые поверхности приобретают декоративный внешний вид.

С давних пор человек применял природные красители мине­рального состава: охру, сажу, сурик и др. В древности в качестве есте­ственной эмульсии использовали куриные яйца. В начале XIX в. изо­бретатель жидкого стекла немецкий химик Фукс предложил применять жидкое стекло как связующее для красок, такие краски называли силикатными. В середине XIX в. были получены первые синтетические красители— фуксин (в России) и мовеин (в Англии). Широко использовалась художественная роспись для отделки храмов, дворцов. Краски тех времен отличались цветовыми оттенками, насы­щенностью, яркостью. В начале XX в. мексиканский монументалист Д. Сикейрос впервые применил нитроцеллюлозные краски, а его со­отечественник художник-технолог Гутьеррес дал рецептуру краски «политекс» — эмульсии, внешней фазой в которой является вода.

В настоящее время лакокрасочные составы используются для наружной отделки зданий, внутренней отделки жилых, культурно-бытовых и административных зданий. От качества выполнения окра­сочных работ зависит внешнее и внутреннее цветовое оформление
зданий.

Лакокрасочные материалы разделяются на краски, лаки, эмали и вспомогательные материалы. Их основными компонентами являют­ся пигменты, наполнители и связующие вещества.

 

ПИГМЕНТЫ И НАПОЛНИТЕЛИ

Лакокрасочные материалы состоят из сухого и жидкого компо­нента. Сухими компонентами являются пигменты и наполнители, жидкими — связующие вещества.

Пигменты придают красочным составам определенный цвет, делают их непрозрачными. Наполнители позволяют экономить рас­ход пигментов, а также улучшают механические свойства, повышают долговечность в эксплуатации.

Пигменты (ГОСТ 19487—74) — цветные тонкоизмельченные порошки органического или неорганического происхождения, нерас­творимые в воде, органических растворителях, связующих веществах, но способные хорошо с ними смешиваться, образуя декоративное или декоративно-защитное покрытие. Пигменты применяют для изготов­ления малярных и других красок, а также для окрашивания цветных строительных растворов, пластмасс, бумаги, резины и других мате­риалов. Классификация пигментов представлена на рис.

 

Качество всех пигментов характеризуется следующими основ­ными свойствами: укрывистостью, красящей способностью, тонкостью помола, свето- и атмосферостойкостью, стойкостью против химических воздействий, маслоемкостью и др.

Укрывистость, или кроющая способность, пигмента характе­ризуется расходом его (в г) на 1 м² окрашиваемой поверхности.

Красящая способность, или интенсивность, пигмента харак­теризуется его способностью передавать свой цвет при смешивании с пигментами других цветов.

Тонкость помола (дисперсность) в малярных работах имеет большое значение: чем тоньше размолот пигмент, тем больше укры­вистость и красящая способность.

Маслоемкость пигмента характеризуют количеством масла (см³ или г), которое необходимо добавить в 100 г пигмента, чтобы полу­чить однородную пасту требуемой консистенции. Чем меньше требу­ется масла, тем больше пигмента содержится в краске и тем выше ук­рывистость. Такая краска экономична, покрытие, выполненное такой краской, будет стойким и долговечным.

Важным свойством пигментов является и цвет. Красный, синий и желтый пигменты в цветоведении называют основными, так как смешивая их между собой в различных пропорциях, можно получить пигменты всех ос­тальных цветов, назы­ваемых смешанными. Например, зеленый цвет получают, сме­шивая синий и жел­тый пигменты, оран­жевый — красный и желтый, фиолето­вый— красный и си­ний, и т.д. Наглядное представление об этом дает цветовой круг (рис. 53). С помощью пигментов применяе­мых в малярных рабо­тах, можно получить различные цвета.

 

 

Рис. 54. Цветной круг для смешивания пигментов

 

По происхожде­нию минеральные пигменты делят на природные и искусственные (синтетические). В строительстве также применяют металли­ческие пигменты.

Искусственные пигменты подразделяются на неорганические или минеральные и органические. В строительстве чаще применяют минеральные пигменты, обладающие большей стойкостью к атмо­сферным, химическим и световым воздействиям, что очень важно при наружной окраске и окраске санитарно-технических помещений. Для внутренней и в меньшей степени для наружных окрасок применяют и органические пигменты, обладающие достаточной светостойкостью, т.е. не выгорающие и не меняющие цвета под воздействием солнеч­ных лучей.

Природные пигменты получают путем несложной механиче­ской обработки (размола, просева) природных материалов. Самым распространенным природным белым пигментом является мел. К красным пигментам относят природную мумию с цветом от светло-красного до коричневого (в зависимости от содержания в руде оксида железа), железный сурик (оксида железа более 75%). Желтым при­родным пигментом является охра, состоящая из глины, окрашенной в желтый цвет различных оттенков оксидами железа (11... 18%). Среди коричневых пигментов можно выделить сурик железный, получаемый путем тонкого помола железняка и других железных руд, и умбру, по­лучаемую из глины, окрашенной оксидами железа (не менее 48%) и оксидами марганца (7... 14%). К черным природным пигментам относят графит и марганцевую руду.

Цветовая гамма природных минеральных пигментов ограниче­на, однако эти пигменты свето-, химически- и атмосферостойки, дос­тупны и поэтому находят широкое применение в различных маляр­ных составах для наружной и внутренней отделки зданий.

Искусственные минеральные пигменты получают путем тер­мической или химической переработки минерального сырья. Наибо­лее широкое применение из искусственных белых пигментов получи­ли известь, белила цинковые, титановые и свинцовые, а также литопон. Желтыми пигментами являются крон цинковый и свинцо­вый (с оттенками от светло-лимонного до темно-желтого). В качестве синих пигментов для приготовления малярных красок широко при­меняют ультрамарин, лазурь и кобальт синий. К красным пигментам относят крон красный и сурик свинцовый, к зеленым — зелень свин­цовую хромовую и цинковую и оксид хрома. В качестве черных пиг­ментов наиболее часто применяют различные сажи (газовая, пламен­ная и др.), жженую кость (чернь).

Цветовая палитра искусственных минеральных пигментов доста­точно разнообразна. Их широко применяют для получения различных красочных составов, используемых для наружных и внутренних работ.

Наряду с природными и искусственными минеральными пиг­ментами применяют металлические порошки — тонкоизмельченные цветные металлы и сплавы металлов. К ним относят алюминиевую пигментную пудру (светло-серебристого цвета) и золотистую бронзу. Металлические порошки применяют для окраски металлических конструкций (мостов, ферм, балок) и для декоративной окраски.

Органические искусственные пигменты представляют собой цветные порошки, полученные осаждением анилиновых органических красителей на каком-либо белом наполнителе (каолине, тальке).

Наполнители — природные или искусственные неорганиче­ские тонкодисперсные нерастворимые в жидкостях вещества преиму­щественно белого цвета, добавляемые в лакокрасочные составы для их удешевления и улучшения прочностных показателей покрытий

 

СВЯЗУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА

Связующими веществами называют жидкие материалы соз­дающие с пигментами и наполнителями красочные составы и обра­зующие после высыхания тонкую окрасочную пленку декоративного или антикоррозийного назначения. Связующее вещество — главный компонент красочного состава, который определяет консистенцию краски, прочность, твердость и долговечность образующейся пленки. Применяемые связующие можно разделить на следующие основные группы: для масляных составов, для водных составов и эмульсионные.

Связующие вещества для масляных составов. Для масля­ных составов в качестве связующего используют олифы и масляные лаки. Наиболее распространенными в строительных работах являют­ся олифы. Они могут быть натуральными, полунатуральными и ис­кусственными (синтетическими).

Олифа натуральная (льняная, конопляная, соевая) — масля­ная жидкость, приготовленная из растительного масла путем его вар­ки при температуре 200 °С. При варке в олифу для ускорения ее вы­сыхания и образования пленки добавляют стимулирующие вещества — сиккативы (оксиды и соли свинца, кобальта, марганца) в количестве 0,1... 0,2 5%. Прозрачность олифы полная, плотность 0,93...0,95 г/см³.

Натуральные олифы создают прочные, эластичные и долговеч­ные пленки. Эти олифы применяют для изготовления и разведения густотертых красок, а также в качестве самостоятельного материала для малярных работ. Окрасочные составы на натуральной олифе используют для высококачественной наружной и внутренней окраски дверных полотен, оконных переплетов, дощатых полов, металличе­ских конструкций и др.

Олифу полунатуральную (уплотненную) получают путем рас­творения сильно уплотненного масла в летучем органическом раство­рителе (уайт-спирит, сольвент-нафты). Для производства полунату­ральных олиф применяют невысыхающие или полувысыхающие пищевые масла (хлопковое, подсолнечное, кукурузное и др.). Полуна­туральные олифы высыхают вследствие испарения растворителя, а также взаимодействия масла с кислородом воздуха.

Из полунатуральных олиф наибольшее применение получили три вида: олифа-оксоль, оксоль-полимеризованная и оксоль-смесь.

Полунатуральные олифы имеют более широкое применение в строительстве, чем другие виды олиф, так как для их приготовления не требуется дорогих и дефицитных растительных масел. Их приме­няют для разведения масляных красок до малярной консистенции. Полученные красочные составы применяют для наружной и внут­ренней окраски дерева, металлов и штукатурки.

Олифы искусственные изготовляются из синтетических смол (полимеров) или различных масел путем термической или химиче­ской их обработки. Они не содержат растительных масел (сланцевая олифа) или содержат их не более 35% (глифталевая, пентафталевая олифы). Искусственные олифы имеют темный цвет, дают покрытия высокой твердости и незначительной эластичности. Из них приготов­ляют красочные составы для внутренней окраски дерева, металлов и штукатурки.

Лаки масляные представляют собой растворы пленкообразую­щих веществ (масла, синтетические полимеры, битумы и т.д.) в орга­нических растворителях. Растворители вводят для понижения вязко­сти пленкообразователя и придания лаку способности ложится тонким, равномерным слоем. Кроме двух главных компонентов лак обычно содержит пластификатор, отвердитель и другие добавки, улучшающие качество лакового покрытия. Масляные лаки дают прочную, эластичную, устойчивую и долговечную блестящую пленку. Применяют их в качестве связующего для приготовления эмалевых красок, характеризующихся повышенной атмосферостойкостью, для придания глянца окрашенным поверхностям.

Связующие для водных красочных составов. Связующие для водных составов делят на неорганические и органические. Неор­ганическими связующими являются цементы, известь, жидкое стекло.

Органические связующие в зависимости от исходного сырья подраз­деляют на животные (клеи костный, мездровый, казеиновый), асти­тельные (крахмал, мука, декстрин) и синтетические (полимерные клеи КМЦ, МЦ, ПВА, латексы, смолы, дисперсии). Эти связующие, за исключением некоторых минеральных, образуют на окрашенной ими поверхности пленку за счет испарения из красочного состава воды.

Клеи — жидкости различной вязкости, обладающие высокой адгезионной способностью. Рабочая консистенция или вязкость клея определяет удобство работы с ним и прочность склейки. Клей приме­няют как связующее вещество в клеевых покрасках, а также для при­клеивания оклеечных материалов (обои, пленки, фризы и др.).

Костный клей вырабатывают из обезжиренных и отполирован­ных костей животных. Выпускают в виде студня, плитки, гранулиро­ванный, чешуйчатый. Для того чтобы приготовить малярные составы, клей необходимо сварить. Костный клей применяют для приготовле­ния красочных составов, грунтовок, шпатлевок, подмазочных паст.

Мездровый клей получают путем разваривания с водой белко­вых отходов с кожевенных заводов с последующим высушиванием. Бывает твердый и студенистый. Применяют как костный клей.

Казеиновый клей — порошок серого цвета, состоящий из смеси казеина, гашеной извести и минеральных солей. Казеиновый клей применяют в основном для окрашивания фасадов, так как образует очень прочное, несмываемое покрытие, а также для склеивания дре­весины, изготовления грунтовок и шпатлевок.

Растительный клей образуют крахмалы — ценные продукты питания, поэтому в малярных работах их применяют сравнительно редко. Для получения растительного клея заваривают в кипятке крахмал, муку или декстрин (продукт обработки крахмала кислотой). Растительный клей применяют для клеевых красочных составов, грунтовок и шпатлевок, а также для наклейки обоев.

Синтетические клеи — полимерные синтетические продукты, обладающие высокой адгезионной способностью. Эти клеи использу­ют в виде эмульсий, водных или спиртовых растворов. Чаще всего применяют карбоксиметилцеллюлозу КМЦ (ОСТ 6-65-386—80), ме-тилцеллюлозу МЦ (ТУ-6-15-761—76).

Клей КМЦ — продукт химической переработки древесной цел­люлозы, по внешнему виду представляет мелкозернистый порошко­образный материал белого или кремового цвета. Биологически стой­кий (почти не загнивает), хорошо сцепляется с основанием, легко набухает и растворяется в теплой (до 40 °С) и холодной воде, образуя коллоидный раствор, способный сохранятся длительное время. КМЦ предварительно замачивают, но не варят. Применяют для приготовления клеевых и окрасочных составов, а также при оклейке обоями (КМЦ-4).

Клей ПВА — спиртово-водный раствор низкомолекулярного поливинилацетата или разбавленная водой дисперсия. Клей в виде водной эмульсии применяют для приклеивания моющихся обоев и пленочных отделочных материалов. Хорошо клеит бумагу, дерево, картон, стекло, фарфор, кожу, линолеум, облицовочные плитки.

Эмульсии. Для изготовления различных малярных составов в качестве связующего вещества широко применяют эмульсии, которые значительно улучшают качество малярных составов, способствуют экономии натуральных олиф.

Эмульсия состоит из двух не растворяющихся одна в другой жидкостей (например, масла и воды), одна из которых, раздроблен­ная на очень мелкие частицы, распределена в другой.

Если эмульсии оставить в спокойном состоянии, то жидкости начнут расслаиваться. Чтобы получить устойчивую эмульсию, в ее со­став вводят эмульгаторы — вещества, способствующие образованию эмульсии (различные щелочи, хлорид кальция, известь, растворы ка­зеина, животного и растительного клеев). До рабочей консистенции эмульсии разводят непосредственно перед применением.

 

КРАСОЧНЫЕ СОСТАВЫ

Механическая смесь связующего вещества и пигментов, полу­ченная при их смешивании, называется красочным составом, или просто краской.

К строительным краскам относятся масляные, водоразбавляемые, эмалевые и лаки. Масляные краски выпускают густотертыми (пастообразными) и готовыми к применению (жидкими). Водоразбавляемые краски выпускают на минеральной основе, клеевые, водо­эмульсионные (латексные) и полимерцементные. Водоэмульсионные краски кроме пигментов и наполнителя содержат водную дисперсию полимеров (винилацетатных, акриловых, бутадиенстирольных и др.). Эмалевые краски представляют суспензии пигментов в лаках. Лаки представляют собой раствор природных или искусственных смол в ле­тучих растворителях.

Масляные краски — это красочные суспензии пигментов в олифе, в состав которых вводятся также наполнители. Густотертые краски содержат минимальное количество олифы— 12...20%, а крас­ки готовые к применению — 30...50% (по массе).

Диапазон применения масляных красок очень широк — для наружной и внутренней окраски по металлу, дереву и сухой штука­турке.

Водоразбавляемые краски. Эти краски изготовляют обычно на месте малярных работ путем разбавления водой неорганических веществ до малярной консистенции. В настоящее время водосодер-жащие краски получили широкое распространение. Это объясняется высоким уровнем экологической безопасности этих составов.

Известковые краски изготовляют с использованием воздушной или гидравлической извести и щелочестойких пигментов. В состав краски вводят добавки (поваренную соль или хлористый кальций) для предотвращения чрезмерно быстрого высыхания. Известковые красочные составы применяют для окраски кирпичных стен, штука-турок, бетонных поверхностей и внутренней отделки стен и потолков.

Цементные краски характеризуются повышенной атмосферо-стойкостью и долговечностью. В их состав входят белый портландце­мент, щелочестойкие пигменты и некоторые добавки (известь-пушонка, хлорид кальция), улучшающие схватывание краски, ее эла­стичность, адгезию и водоотталкивающие свойства (стеарат кальция, мылонафт). Цементные краски применяют для наружных малярных работ и внутренней окраски влажных производственных помещений по бетону, кирпичу.

Силикатные краски представляют собой смеси из растворимого калиевого стекла, щелочестойких пигментов и тонкодисперсных на­полнителей (мела, талька, диатомита, трепела и др.).

Предназначены для наружной окраски фасадов и внутренней окраски бетонных, кирпичных и оштукатуренных поверхностей, а также их можно использовать для защиты древесины от возгорания.

Водоэмульсионные (латексные) краски представляют собой красочный состав из двух несмешивающихся жидкостей, в которой частицы (глобулы) одной жидкости (дисперсная фаза) распределены в другой жидкости (дисперсионная среда). Эмульсионные красочные составы «полимер в воде» содержат полимер в виде мельчайших гло­бул. Кроме полимера и воды, красочный состав содержит эмульгатор (поверхностно-активное вещество, которое препятствует укрупнению и слиянию глобул), пигмент и добавки, улучшающие свойство краски. Краски дают прочную пленку, хорошо защищают окрашенную по­верхность.

Применяют краски для наружных и внутренних работ по дере­ву, штукатурке, бетону и другим материалам.

В Республике Беларусь предприятие «Гемма» разработало но­вый комплекс «Водоэмульсионных композиций ВАК» (ТУ 2316-003-23182386—97) на основе акрилового связующего для высококачест­венной отделки зданий и сооружений при проведении фасадных и интерьерных отделочных работ.

Краска акриловая «ВАК-10», «ВАК-15»— экстрадисперсионная акриловая краска, быстро сохнет, образует «дышащее» газопроницае­мое, долговечное, легкомоющееся покрытие, сглаживает неровности поверхности. Цвет белый матовый.

Эмалевые краски (эмали) относятся к летучесмоляным крас­кам. Процесс их высыхания заключается в улетучивании растворите­ля, после чего на поверхности образуется пленка определенного каче­ства в зависимости от рода связующего, взаимодействия между собой составляющих окрасочного состава и других условий. Эмали изготов­ляют путем перетирания сухих пигментов с алкидными (глифталевыми, пентафталевыми) и другими лаками. В качестве пигментов для эмалевых красок используют цинковые или титановые белила, кроны различного колера, ультрамарин, железный сурик и некото­рые органические пигменты

В зависимости от вида пленкообразующего вещества эмалевые краски разделяют на масляные, приготовленные на масляных лаках; нитроэмали на нитролаках; силиконовые кремнийорганические на кремнийорганических лаках и др. Эмалевые краски быстро высыхают и имеют высокую свето-, водо- и антикоррозийную стойкость. Выпус­кают их в готовом для применения виде и наносят на подготовленные поверхности кистями, валиками или краскораспылителями.

Экологические свойства лакокрасочных материалов, которым уделяется первостепенное внимание, могут быть улучшены прежде всего за счет сокращения применения в составе этих материалов ор­ганических растворителей, которые, улетучиваясь при производстве и применении красок, оказывают отрицательное воздействие на окру­жающую среду и здоровье людей.