Пластические массы

Красочные материалы

Красочными материалами называют вязко-жидкие многокомпо­нентные составы, наносимые тонкими слоями, которые после отвер­ждения образуют покрытия. Красочные составы обычно совмещают функции отделки и защиты поверхности строительных конструкций от воздействия среды. По составу красочные материалы — компози­ты, состоящие из связующего (матрицы), пигмента, наполнителя, добавок.

Поверхности большинства материалов, применяемых в строи­тельстве, грубые, т. е. имеют большую шероховатость, раковины и другие дефекты структуры. Они подразделяются на классы А1-А7. В отличие от металлов эти материалы помимо уже указанных не­достатков имеют еще на своей поверхности достаточное количество пор и капилляров различного размера. Это существенно меняет свойства поверхности, которая становится способной отсасывать связующее красочного состава. Поэтому поверхности, подлежащие окраске, например, железобетонных и бетонных конструкций, должны соответствовать категориям А2 и АЗ. 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. После грунто­вания и шпатлевания наносят последующие окрашивающие слои покрытия. Грунтовка, шпатлевка и окраска за счет многослойности

425

образуют композиционный материал покрытия (рис. 18.1). Осо­бенности композиционного красочного покрытия четко проявляются тогда, когда подложка-основание пориста и химически активна. В ряде случаев выполняют шлифование готовой поверхности различ­ными абразивными материалами или покрытие ее лаком.

Красочные составы быва­ют водоразбавляемые (из­вестковые, силикатные, це­ментные, клеевые, казенно - 1

вые), масляные, полимерные, ' } ГНуУй' ^

эмульсионные.

Недостатком лаков и эма - Рис. 18.1. Схема строения красочно-

лей является наличие в них го материала: 1 — пористая подлож-

органического растворителя, f (бетон>; 2 ~ шпаклевочный слой;

3 — грунтовочный слои; 4 — слои что способствует их токсично - красочного состава; 5 — верхний

сти, взрыво - и пожароопасно - слой, контактирующий со средой

сти, вследствие чего окраска

должна производиться в специальных окрасочных камерах. 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 воднодисперсионных и порошковых красок, выпуск которых в общем объеме производства пока еще мал. Вместе с тем воднодис­персные 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 красочных материалов положены вид, природа пленкообразующего вещества и их назначение, которые имеют буквенные и цифровые обозначения. Буквы означают вид и природу пленкообразующего, цифры — назначение с учетом усло­вий эксплуатации. Ниже приведены примеры таких обозначений.

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

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

Далее по номерам идут покрытия специальные (например, мас - лобензостойкие — 6, химическистойкие — 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 атмосферостойких 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: I — не допускаются никакие дефекты; II—VII — воз­можны отдельные включения с учетом их числа (шт/м2) в зависимо­сти от длины, ширины, диаметра дефекта и расстояния между ними; III-VII классы допускают волнистость, V-VII — потеки; IV-VII — разнооттеночность.

Красочные составы различают по методу нанесения — кисте­вые, валиковые, пульверизационные, по условиям сушки — холод­ные и горячие, а также по степени блеска.

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, валиком, но не методом окунания или облива. Каж­дому способу нанесения краски соответствует оптимальная вязкость, при которой не возникают дефекты покрытий. Для определения вяз­кости красок применяют вискозиметры, вязкость в которых условно измеряют в с. Жизнеспособность красочных составов определяется временем, в течение которого вязкость составов после смешения компонентов практически не изменяется.

Для определения свойств красочных покрытий отверждение производят на твердой недеформируемой подложке (металле, стек­ле). Пленкообразование связано с протеканием химических и физи­ко-химических процессов в краске, испарением растворителя или распадением водных дисперсий и др. Степень отверждения 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 от­верждения связующего, в течение которого жидкий красочный со­став, нанесенный тонким слоем, затвердевает и превращается в пленку. Различают 7 ее степеней.

Основные компоненты красочных составов

Красочные составы включают следующие компоненты: пленко­образующие вещества, наполнители, пластификаторы, растворители, разбавители, сиккативы, а также вспомогательные материалы (ста­билизаторы, диспергаторы и т. д.).

Пленкообразующие вещества или связующие служат для объе­динения всех компонентов красочного состава и образования тонкой твердой пленки, прочно связанной с окрашиваемой поверхностью.

К связующим веществам относятся: клеи, казеин, известь, це­мент, жидкое стекло, полимеры, олифы. От свойств связующего за­висят технологические и эксплуатационные свойства красочных со­ставов и покрытий.

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, содержащую 55% масла и 45% уайт-спирита, а также комбинированную олифу с содержанием 70% масла и 30% уайт-спирита. Комбинированные олифы — соче­тание олифы с искусственными полимерными связующими: глифта - левая, пентафталевая, перхлорвиниловая 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 рас ширяется. Они применяются для изготовления лаков, эмалей, пасто - вых составов и вододисперсионных красок.

Пигменты — это сухие красящие порошки (выполняющие так­же роль наполнителей), нерастворимые в воде, масле и других рас­творителях.

В зависимости от происхождения пигменты подразделяются 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.

429

Искусственные минеральные пигменты получают путем терми­ческой обработки минерального сырья. Например, жженые охра, 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 - концентратов, эмульсий и микрокапсул. Запрещено применение ток­сичных пигментов, содержащих в своем составе, например, свинец, Однако они используются в редких ответственных случаях как на­дежное антикоррозионное покрытие.

Дисперсность пигмента влияет на его основные свойства. Чем тоньше частицы, тем выше укрывистость и красящая способность пигмента. Полидисперсный состав пигмента позволяет получить

430

плотное покрытие при минимальном расходе связующего. Укрыви - стостъ определяет расход красочного состава на единицу окраши­ваемой поверхности. Красящая способность — способность пиг­мента передавать свой цвет в смеси с белым пигментом. Светостой­кость характеризуется способностью пигмента сохранять свой цвет при действии ультрафиолетовых лучей. Большинство природных пигментов — светостойки, некоторые органические и неорганиче­ские пигменты обесцвечиваются в процессе эксплуатации.

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

Атмосферостойкостъ — свойство пигментов в составе красоч­ных составов противостоять длительное время атмосферным воздей­ствиям: воды, кислорода воздуха, кислых газов, попеременного ув­лажнения и высыхания, замораживания и оттаивания. Щелочестой - кость — устойчивость пигмента к изменению цвета при соприкос­новении со щелочной средой. Щелочестойкими являются почти все природные пигменты, а также многие искусственные пигменты (ок­сид титана, оксид хрома, органические пигменты «алый» и «оранже­вый»). Для изготовления кислотостойких красок применяют только кислотостойкие пигменты (оксид хрома и титана, графит).

Наполнители. В отделочные составы для их удешевления, по­вышения декоративных и защитных свойств добавляют тонкоиз - мельченные 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 жидкотер­тые масляные краски. Густотертые краски производят в виде паст и доводят до рабочей вязкости добавлением олифы. Жидкотертые масляные краски выпускают готовыми к употреблению с содержа­нием олифы 40-50%. К таким краскам относятся титановые, цинко-

431

вые белила. Масляные краски чаще всего применяют для защиты 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 (глифталевых, пентафталевых и др.) в органических растворителях. Масляно-смоляные лаки применяют в основном для внутренней от­делки по хорошо подготовленным поверхностям конструкций, а также для наружных работ. Выпуск таких лаков ограничен.

Синтетические безмасляные лаки — это в основном растворы перхлорвиниловой 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, атмосферостойкостью, хорошим внешним видом, способностью высыхать при обычной температуре не более чем за 1-2 суток. К синтетическим эмалям относятся алкидные, перхлорви-

432

ниловые. Алкидные эмалевые краски — суспензия пигмента в глиф - талевом, пентафталевом, алкидно-стирольном и других алкидных лаках. Для наружных работ служат глифталевые ГФ-13 и пентафта - левые 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. Кремнийорганические 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 глобул — полимеров, равномерно распределенных в водной среде, эмульгатора, препятст­вующего слипанию глобул, пигмента и специальных добавок. Вода при нанесении краски на поверхность изделий отсасывается порис­тым основанием и частично испаряется. При этом происходит обра­щение фаз и распад 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 поливинилацетата, пластифицированная дибутилфталатом, пигмент, добавки. Краска обладает определенной водостойкостью, достаточ­ной адгезией к бетону, штукатурке, дереву.

Акрилатная краска отличается повышенной водостойкостью, 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 гидрофоб-

433

ность, которая значительно повышает долговечность покрытия и конструкции, которую защищают.

Общая тенденция развития вододисперсионных красок — по­вышение их водостойкости 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, полимергипсо - вые, полимергипсоцементные 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 вододисперсионных красок. Пастовые составы обладают одно­временно свойствами штукатурок и красочных покрытий при срав­нительной простоте нанесения таких составов, резком сокращении трудоемкости и сроков отделки.

Порошковые краски

Порошковые краски представляют мелкодисперсную сухую смесь твердых полимеров, наполнителей, пигментов и специальных добавок. Основными свойствами их являются высокая дисперсность (10-100 м2/г), сыпучесть и малая насыпная плотность. Порошковые краски доводят до рабочей вязкости ожжижением, т. е. переводом в капельно-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 реактопла - сты (эпоксидные, полиэфирные, полиуретановые). Формирование покрытий может происходить в широком интервале температур, при этом изменяется и продолжительность процесса отверждения. По­рошковые краски наносятся на защищаемую поверхность напылени­ем с разогревом состава (пистолетом и др.). Например, покрытия из поливинилбутирольной краски ПВЛ-212 получают при температуре 170 °С и 250 °С, время формирования покрытия соответственно со­ставляет 30 и 3 мин.

Известковые, цементные, силикатные краски. В качестве связующего применяются цемент, гашеная известь, силикат калия. Для повышения водоудерживающей способности красочного соста­ва вводят специальные добавки: хлористый кальций, поваренную соль или алюминиевые квасцы, иногда полимеры. Срок службы та­ких покрытий на воздухе невысок. 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 пиг - менюв и активных наполнителей (диатомита или трепела), затво­ряемых водным раствором силиката калия. Краска относительно во­достойка. Силикатными красками окрашивают фасады зданий, до­бавляя для стойкости диспергированные акриловые или стиролакри - ловые полимеры. Состав используется для защиты от возгорания деревянных конструкций.

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 карбоксилметилцеллю - лозы 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.