Химия и технология лакокрасочных покрытий

ПОКРЫТИЯ КАК СРЕДСТВО ЦВЕТОВОГО ОФОРМЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ И ОБЪЕКТОВ

Цветовая отделка изделий, промышленного оборудования, строи­тельных и других объектов наряду с техническими целями преду­сматривает решение ряда функциональных и художественно-эстети­ческих задач. Это - создание благоприятных условий зрительной работы и безопасности трудовых процессов, повышение производи­тельности труда, обеспечение необходимого эмоционально-нсихоло - гического восприятия окружающих предметов. При определении системы покрытий для изделий и объектов, выборе их цвета и фак­туры поверхности принимают во внимание многие факторы: габа­
риты, функциональное назначение, характер окружающей среды, условия эксплуатации, особенности процесса производства и др.

Цвет оказывает на человека не только эстетическое, но и психо­логическое и физиологическое воздействие. Условно гамму цвето­вых тонов подразделяют на теплые (красные, оранжевые, желтые, желто-зеленые) и холодные (голубые, синие, зеленые, сине-зеленые) цвета. Понятие теплых и холодных цветов может рассматриваться как чисто психологическое. Одни и те же предметы, окрашенные в светлые и темные цвета, кажутся одному и тому же человеку легче или тяжелее. Темные цвета большинством людей воспринимаются как мрачные, а светлые - как радостные. Холодные цвета снижают напряжение зрения, успокаивают человека, благоприятствуют рабо­чему настроению, их называют пассивными; теплые, ассоциирую­щиеся с более высокими температурами, напротив, оказывают воз­буждающее действие и бодрят, их относят к категории активных цветов. Возбуждающе действуют на человека и яркие, высоко на­сыщенные цвета, а также пестрая гамма цветов; при длительном их воздействии наступает утомление.

Отдельные цветовые тона обладают свойством создавать впечат­ление удаления или приближения поверхностей. Как правило, теп­лые цвета кажутся более близкими (выступающими), а холодные - удаленными (отступающими). При отделке внутри зданий подбором цвета окраски поверхности можно достичь кажущегося уменьшения или увеличения помещения. Например, отделка поверхностей в жел­тые и оранжевые цвета создает впечатление меньшего объема; на­против, отделка в синие и бирюзовые цвета создает оптическую ил­люзию увеличения помещения. Членение стен по горизонтали, на­пример устройство панели, зрительно снижает высоту помещений.

Для выбора и определения необходимого цвета в России сущест­вует система РАЛ Дизайн и картотеки цветовых эталонов РАЛ. Сис­тема РАЛ Дизайн насчитывает 1688 цветов, которые определяются тремя критериями: цветом, яркостью и насыщенностью. Для удобст­ва работы создан атлас цвета. Цветовые образцы включены в компь­ютерные программы. Атлас РАЛ Дизайн существует в виде незави­симой программы Windows.

Сказанное представляет основу (базис) для планирования цвета при создании новой лакокрасочной продукции и, соответственно, получаемых из нее покрытий, помогает специалистам, художникам, оформителям, архитекторам и строителям создавать дизайн для сво­ей продукции - изделий, интерьеров, строительных объектов и со­оружений. Аналогичные системы цвета существуют в США (Munsell System) и в Европе (Natural Color System).

Терморегулирующие покрытия. Такие покрытия предназнача­ются для поддержания необходимого теплового режима объектов за счет установления баланса между поглощаемой извне энергией и энергией, излучаемой в окружающую среду. Основным внешним источником энергии является солнечное излучение, однако могут быть и другие источники нагрева. Терморегулирующие покрытия характеризуются двумя основными параметрами: коэффициентом поглощения солнечного излучения А5 и коэффициентом излучения (черноты) в. Желательно иметь значения этих параметров у покры­тий - солнечных отражателей а5 < 0,2, е > 0,9; у покрытий - истинных поглотителей а ~ е > 0,9. Необходимых значений отражательной спо­собности достигают введением в состав красок белых пигментов (ТЮ2, ZnS, 2пО) и алюминиевой пудры, а также использованием пленкообразователей, прозрачных для ИК-лучей. Напротив, для по­глощения лучистой энергии предпочтительны черные матовые по­крытия, получаемые с применением газового технического углерода и других светопоглощающих пигментов. Ниже приведены значения а5 и в для ряда наиболее распространенных терморегулирующих по­крытий и металлических подложек:

Важным показателем покрытий является светостойкость. В этом отношении полиакрилатные покрытия предпочтительнее эпоксидных.

Для работы в космосе дополнительным требованием является высокая термостойкость покрытий (более 300 °С), обусловленная разогревом корабля при прохождении через плотные слои атмосфе­ры. Для этой цели в качестве солнечного поглотителя нашли приме­нение кремнийорганические составы, в частности эмаль КО-5242

(глубокоматовая черная). Пленкообразователем в ней служит поли- метилфенилсилоксан с добавкой акрилатного сополимера БМК-5, а пигментом - полигексазоциклин - продукт взаимодействия тетрани - ла пиромеллитовой кислоты и я-фенилендиамина. Покрытия на ос­нове этой эмали имеют коэффициент диффузионного и зеркального отражения 1,5-1,6, а5 = 0,96, 8 = 0,94.

Терморегулирующие покрытия находят широкое применение. Покрытия - солнечные отражатели используют для уменьшения температуры нагрева изделий и объектов (бензо-, нефте - и газохра­нилища, рефрижераторы, нефтеналивные суда), термостатирования космических кораблей, летательных аппаратов, башен телескопов. Покрытия - поглотители тепловой энергии применяют в гелиотех­нических установках, при изготовлении термоэлементов, экраниро­вании рабочих мест, подверженных тепловой радиации.

Термоиндикаторные покрытия. Это покрытия, изменяющие свой цвет при изменении температуры подложки или окружающей среды. Их применяют с целью регистрации и измерения температуры изде­лий. Различают покрытия, которые представляют собой термохими­ческие индикаторы, термоиндикаторы плавления, жидкокристалли­ческие и люминесцентные индикаторы. Наибольшую группу термо­индикаторных покрытий составляют термохимические индикаторы (обратимые, необратимые и квазиобратимые) и индикаторы плавле­ния. Изменение цвета в них связано с протеканием разных химиче­ских или физических процессов: плавления, дегидратации, термиче­ского разложения, изменения pH, кристаллической структуры и др.

Для получения покрытий применяют термоиндикаторные крас­ки, представляющие собой суспензии термочувствительных компо­нентов (пигментов, наполнителей и др.) в пленкообразователях.

Наиболее важные требования к термоиндикаторным покрытиям - чувствительность к изменению температуры, контрастность цветов (или цветового фона) до и после действия температуры, стабильность к воздействию внешних факторов, исключая температуру. Чувствитель­ность покрытий к температурным воздействиям зависит от их тепло­проводности и скорости протекания химических или физических про­цессов в пленке. Поэтому термоиндикаторные покрытия должны иметь высокие коэффициенты тепло - и температуропроводности. Погреш­ность измерений температуры колеблется от 0,1-0,5 % для жидкокри­сталлических индикаторов и до 5-10 % - для термохимических.

Промышленностью выпускаются термоиндикаторные краски в широком ассортименте. На рис. 4.40 указаны температурные области применения получаемых из них покрытий. Наряду с красками изго­товляются термоиндикаторные карандаши, пленка, порошки.

TOC o "1-5" h z Рис. 4.40. Температурные 1

Диапазоны применения 2

Различных термоиндика - 3

Торных покрытий (за - 4

Штрихованы): 5

1 - обратимые термохими - ^

Ческие; 2 - необратимые тер - ^ОО"* 0 ' 200 ' 400 ' 600 ' 800 1 1000 ' 1200 "С

Мохимические; 3 - квазиоо-

Ратимые термохимические; 4 - термоиндикаторы плавления; 5 - жидкокристал­лические; б-люминесцентные

Термоиндикаторные покрытия применяют для контроля тепло­вых режимов электро-, радио - и электронного оборудования, инди­кации нагрева режущего инструмента, исследования поверхностных температурных полей летательных аппаратов (сверхзвуковые само­леты, ракеты, космические корабли), контроля и предупредительной сигнализации средств нагрева и охлаждения, а также в медицине для оценки температуры кожного покрова и выявления посредством этого очагов болезней.

Светящиеся покрытия. Это покрытия, способные к люминес­ценции в видимой области спектра при возбуждении электрическим током, световым или радиоактивным излучением. Имеются покры­тия временного и постоянного свечения.

Применяемые для их получения краски содержат пленкообразо - ватель, обладающий оптической прозрачностью в видимой области спектра и высокой диэлектрической постоянной (например, полиак­рилаты, эпоксиолигомеры), и люминофоры (светосоставы) - окси­ды, сульфиды, селениды металлов II группы, активированные раз­личными металлами. Интенсивность свечения возрастает с ростом концентрации люминофора в пленке, увеличением ее толщины и при наличии светоотражающего подслоя (грунта). Продолжитель­ность послесвечения (т. е. длительность излучения света после пре­кращения действия источника возбуждения, например дневного или УФ-света, света лампы) для покрытий временного действия может составлять от долей секунды до нескольких часов. Распространены покрытия с применением электролюминофоров, возбуждение кото­рых осуществляется посредством электротока.

Для сохранения оптических и других свойств поверх люмино - форного слоя нередко наносят слой прозрачного водостойкого лака, содержащего светостабилизаторы. Светящиеся покрытия могут быть получены как из жидких, так и порошковых лакокрасочных мате­риалов. Их применяют для изготовления шкал приборов, шлемов для пожарных и шахтеров, уличных и домовых знаков и указателей. Благодаря таким покрытиям наблюдение за приборами можно осу­ществлять в ночное время без применения электрического освеще­
ния. Покрытия, не обладающие длительным послесвечением, также применяют в картографии; после выключения электрического осве­щения не требуется адаптации глаз в темноте.

Незапотевающие покрытия

При изменении температуры на окрашенных и неокрашенных изделиях нередко возникает росообразование - конденсация влаги из воздуха. На стеклах машин, линзах очков и оптических приборов это явление, известное под названием запотевание, делает стекла слабо прозрачными, ухудшается видимость. Причина - отсутствие влаго - поглощения субстратом.

Для избежания этого явления применяют специальные незапоте - ваюшие лакокрасочные покрытия, способные сорбировать выпав­шую воду или обеспечивать высокую степень гидрофобизации по­верхности, при которой вода не удерживается на ней.

В первом случае для получения покрытия можно использовать водные растворы смеси поливинилового спирта и полиакриловой кислоты с добавлением пластификатора - глицерина.