Химия и технология лакокрасочных покрытий

ОКРАШИВАНИЕ СУБСТРАТОВ МИНЕРАЛЬНОЙ ПРИРОДЫ

К минеральным строительным материалам, подвергаемым за­щите лакокрасочными покрытиями, в первую очередь относятся: штукатурка (известковая и цементная), бетон (стандартный и ячеи­стый), кирпич (клинкерный и силикатный). Отличительная их осо­бенность как субстратов - гидрофильность, способность к водопо - глощению, высокая степень шероховатости поверхности, пористость, проницаемость для паров воды и воздуха. Штукатурка и бетон, осо­бенно свежеизготовленные, имеют щелочной характер.

Будучи минеральными веществами, состоящими из гидратиро­ванных солей и оксидов металлов, указанные материалы достаточно устойчивы к атмосферным и другим воздействиям, однако подвер­гаются эрозии; механическая прочность штукатурки, кроме того, не­достаточно высока. Поэтому главное назначение покрытий по штука­турке, бетону и кирпичу - придание требуемого цвета и улучшение декоративных свойств. Делая поверхность более гладкой, покрытия одновременно снижают запыляемость зданий и помещений. Также достигается упрочнение поверхностного слоя и уменьшение скорости выветривания строительного вяжущего материала. К специальным функциям покрытий относятся защита бетона от эрозии, разрушаю­щего действия кислых и других газообразных и жидких сред, а также уменьшение его фильтрующей способности по отношению к жидко­стям и газам.

В зависимости от назначения покрытий к лакокрасочным мате­риалам предъявляются соответствующие требования. Общее требо­вание - это способность к нанесению посредством портативного пе­редвижного или переносного оборудования и отверждению в естест­венных условиях. Покрытия должны быть щелочестойкими и не препятствовать паровоздухообмену между помещением и внешней средой.

Предпочтительны нетоксичные водные краски, особенно для ра­боты внутри помещений. Учитывая большие объемы окрасочных работ и высокие трудозатраты на их производство (около 9 % от об­щих затрат труда на строительной площадке, 3,5 % от стоимости объекта), серьезное внимание приходится уделять технологичности (удобству работы) лакокрасочных материалов и экономическим фак­торам их использования. Наибольшее применение при окрашивании фасадов зданий получили воднодисперсионные, перхлорвиниловые, силикатные лакокрасочные материалы, эмульсии силиконовых смол, а для отделки внутри помещений - воднодисперсионные, масляные, алкидные, клеевые. Специальные покрытия, применяемые, напри­мер, для защиты гидротехнических сооружений, изготовляют с ис­пользованием эпоксидных, битумных, виниловых и других мате­риалов.

Бетон и штукатурку рекомендуется окрашивать после завершения процессов твердения и карбонизации при влажности не более 8 %.

Перед нанесением лакокрасочных материалов при ремонтных работах поверхность предварительно очищают от старой краски, "расшивают" и заделывают трещины, выбоины и щели цементным, известково-цементным или алебастровым раствором, в ряде случаев проводят грунтование и шпатлевание.

При подготовке поверхности следует учитывать состояние по­ристой структуры субстрата, его впитывающую способность по от­ношению к воде и жидким лакокрасочным материалам при нанесе­нии. Пористую структуру нередко регулируют путем фторсиликатной обработки поверхности субстрата. Содержащиеся в порах раствори­мые кальциевые соли реагируют с раствором фторсиликата с образо­ванием труднорастворимых гексафторсиликатов. Размеры пор су­жаются, а выделение кальциевых солей на поверхность предотвра­щается.

Окрашивание воднодисперсионными красками. Воднодиспер­сионные лакокрасочные материалы - наиболее распространенный вид лакокрасочной продукции строительного назначения. По объе­му потребления они составляют более 70 % всех строительных кра­сок. Наибольшее применение для окрашивания фасадов зданий име­ют полиакрилатные и стиролакрилатные краски. Для окрашивания внутри помещений обычно применяют более дешевые краски - на поливинилацетате, сополимерах винилацетата, бутадиенстирольных сополимерах, а также полиакрилатные с высокой степенью наполне­ния - ОКП > КОКП. При этом значительную часть дорогих пигмен­тов заменяют на наполнители. Такие краски приводят к получению пористых ("дышащих") покрытий. Капиллярное водопоглощение та­ких покрытий достаточно высокое, но для внутренних помещений это не имеет существенного значения.

Большинство воднодисперсионных составов образуют матовые или полуматовые покрытия. Однако путем соответствующего под­бора компонентов красок (размера частиц полимерной дисперсии менее 0,1 мкм), низкого содержания пигментов (ОКП < 20 %) и ис­пользования соответствующих реологических добавок получены со­ставы, образующие глянцевые покрытия.

Технологический процесс получения покрытия с применением воднодисперсионных красок включает операции грунтования, шпат­левания и нанесения 1-3 слоев краски. Грунтование обычно проводят той же краской, разбавленной водой до вязкости 18-25 с по ВЗ-246 при 18-20 °С, шпатлевание - воднодисперсионными шпатлевками, предназначенными специально для этих красок. При комнатной тем­пературе продолжительность формирования покрытий из водно­дисперсионных красок не превышает 2-3 ч. Как и в случае любых водных красок, окрасочные работы рекомендуется проводить при температурах не ниже 5 °С; окрасочным инструментом служат крас­кораспылители, валики, кисти.

Окрашивание красками на основе водносиликоновых эмульсий. Это относительно новый вид водоразбавляемых строительных кра­сок, получивших широкое применение за рубежом при окрашива­нии фасадов зданий. В качестве пленкообразующей основы в них служат водные эмульсии силиконовых смол. Главное достоинство покрытий, получаемых из этих красок, - высокая паропроницае - мость, сочетающаяся с гидрофобностью. Они образуют практически несмачиваемую водой поверхность. При попадании на покрытия дождевая вода собирается в капли и легко скатывается с поверхности. Грязеудержание покрытий - минимальное.

Из-за высокой стоимости силиконовых эмульсий их предпочти­тельно комбинируют с водными дисперсиями других смол, чаще используя как добавку к ним. Так, при сочетании стиролакрилатной дисперсии (50 %-й) с эмульсией силиконовой смолы (50 %) в соот­ношении 2: 1 при ОКП 77 % получают фасадные краски, образую­щие покрытия с отличными эксплуатационными свойствами.

Присутствие силиконовой эмульсии в составе водноэмульсион­ных красок устраняет необходимость предварительной гидрофоби - зации поверхности бетона.

Окрашивание силикатными красками. Силикатные краски пред­ставляют собой суспензию щелочестойких пигментов и наполните­лей в водном растворе силиката калия (жидком стекле). Применяют силикат калия с силикатным модулем К = Si02/K20 = 2,0-3,5 в виде концентрированного водного раствора с плотностью 1400-1420 кг/м3. Пигментами и наполнителями служат мел, тальк, цинковые белила, тонкоизмельченные кварцевый песок, маршаллит, шлаки.

Силикатными красками окрашивают преимущественно извест- ково-цементную штукатурку, бетон плотный и пористый, кирпич. Отверждение покрытий происходит в результате испарения воды и взаимодействия силиката калия с оксидами и солями металлов - ком­понентами красок. Протекание реакций приводит к тому, что гото­вые к употреблению краски имеют ограниченный срок хранения - не более 12 ч.

Возможен комплекс нескольких реакций отверждения жидкого стекла, в частности при взаимодействии:

- с С02 воздуха:

П [К20 • 3Si02 • ЗН20] + С02 — [ К2С03 • 3Si02 • ЗН20 ]я + яН20;

- со свежим бетоном (силиконизация):

Са(ОН)2 + К20 • 3Si02 • ЗН20 + С02 — СаО + К2СОэ • 3Si02 + 4Н20.

Не исключается взаимодействие с неорганическими пигментами и наполнителями, например с кварцем.

Силикатные краски в России долгое время имели ограниченное применение. В последнее время интерес к ним заметно вырос. Это связано прежде всего с отсутствием в них органических растворите­лей. Кроме того, они имеют ряд других достоинств: высокая адгезия, атмосферо - и Светостойкость покрытий, негорючесть, Относительно Высокие воздухо - и паропроницаемость. Силикатные покрытия во­достойки, при загрязнении их можно мыть водой.

Силикатные краски выпускаются заводами-изготовителями в су­хом виде (в форме порошка) марки А - с катализатором оксидом цинка и марки Б - с боратом кальция. Однако из-за нестабильности при хранении (особенно во влажной атмосфере) предпочитают их выпускать в двух упаковках или приготовлять на месте потребления. Готовая к применению краска (водный раствор) должна иметь вяз­кость 10-18 с по ВЗ-246 при 18-20 °С.

Применяются силикатные краски для окрашивания фасадов зда­ний, бассейнов, фонтанов и других объектов, контактирующих с во - * дой. Поверхность очищают, увлажняют или грунтуют раствором жидкого стекла (плотность 1128 кг/м3), после чего наносят первый слой краски на основе жидкого стекла с низким модулем (К ~ 2), а через 10-12 ч - второй слой краски на основе жидкого стекла с более высоким модулем (К- 2,5-3,3).

Стабильность готовых к применению силикатных красок резко повышается, если в них ввести полимерные дисперсии (например, стиролакрилатную) в сочетании с соединениями четвертичного ам­мония. Такие комбинированные краски, называемые полимерсили - катными, изготовляются многими отечественными и зарубежными фирмами. Они представляют собой одноупаковочные составы, кото­рые формируют покрытия по смешанному механизму воднодиспер­сионных и растворных красок. Не исключается и протекание хими­ческих реакций отверждения, характерных для чисто силикатных красок, но с меньшей скоростью.

Полимерсиликатные краски применяют для наружных работ, главным образом для окрашивания фасадов зданий.

Окрашивание органорастворимыми красками. Органораство­римые краски традиционно используются при окрашивании строи­тельных объектов. Так, перхлорвиниловые краски (ХВ-161) и орга­носиликатные (ОС-12-03) издавна применяют для окрашивания фа­садов зданий, масляные и алкидные - для окрасочных работ внутри помещений - магазинов, больниц, школ, детских учреждений, во­кзалов, а также коридоров и лестничных клеток жилых домов.

С разработкой водных красок интерес к этим материалам замет­но уменьшился, прежде всего по экологическим соображениям, а также из-за длительности отверждения маслосодержащих составов.

Фасадные перхлорвиниловые краски и другие подобные им ор­ганорастворимые материалы (на основе полиизобутилена, полисти­рола и других полимеров) имеют важное преимущество перед вод­ными составами - возможность проведения окрасочных работ при отрицательных температурах (до -20 °С). Кроме того, полученные из них покрытия имеют меньшую степень водопоглощения.

Новым направлением работ в области фасадных красок является применение органодисперсионных составов. Так, фирма Сооёуеаг СЬегшса! (США) широко рекламирует серию дисперсионных соста­вов на разных пленкообразователях - стиролакрилатном, винилто - луолакрилатном, бутадиенстирольном и др., дисперсионной средой в которых являются органические растворители. Отличительная осо­бенность составов - малая величина частиц (менее 0,01 мкм), благо-

Даря чему обеспечивается хорошая проницаемость составов в мине­ральные субстраты (на глубину до 5 мкм) и достигается высокая и стабильная адгезия покрытий без применения грунтовок.

Другие виды красок. Краски на водной основе - известковые, цементные, клеевые - сохраняют свое значение, хотя и применяются во все более ограниченных объемах. Это наиболее дешевые виды красок, приготовляемые на месте потребления и используемые для менее ответственных работ.

Известковые краски применяют преимущественно для наружно­го окрашивания, клеевые - для внутреннего (побелка потолков и др.), цементные краски чаще используют для окрашивания подваль­ных помещений и ограждений водоемов.