Лакофарбові матеріали

6.4 Лакофарбові матеріали

6.4.1 Класифікація лакофарбових матеріалів

Лакофарбові покриття є одним із засобів захисту металів і сплавів від корозії і призначені для створення декоративних покриттів на деталях і агрегатах автомобілів. Лакофарбове покриття – це покриття, отримане нанесенням лакофарбового матеріалу на поверхню, що фарбується, з подальшим формуванням плівки. Лакофарбові матеріали – це композиції, здатні забезпечити формування покриттів, що володіють комплексом таких необхідних властивостей, як адгезія, водостійкість, механічна міцність, захист металу, декоративні ефекти. Плівкоутворювачі (або плівкотвірні речовини) лакофарбових матеріалів є полімерами або олігомерами, або їх композиціями, здатними формувати на поверхні плівки в результаті фізичних, хімічних або фізико-хімічних перетворень. Залежно від типу плівкотвірного висохла плівка може мати різні властивості.

Залежно від складу і призначення лакофарбові матеріали (ЛКМ) підрозділяють на лаки, емалі, ґрунтовки і шпаклівки. Лаками називають розчини плівкотвірних в розчинниках, що не містять пігментів і наповнювачів. Емалями, ґрунтовками і шпаклюваннями є висококонцентровані суспензії пігментів і наповнювачів. Пігментамиє забарвлені речовини, нерозчинні в дисперсійних середовищах і здатні утворювати з плівкотвірними основами декоративні або декоративно-захисні покриття. Наповнювачі є природними або синтетичними матеріалами, нерозчинними в дисперсійних середовищах, з низькою покривною і фарбувальною здатністю.

Позначення ЛКМ складається з п’яти груп знаків:

1 група – назва матеріалу повним словом (емаль, грунт і т. п.);

2 група – умовне позначення типу плівкоутворювача. Змішані плівкоутворювачіпозначаються по основному (що переважає) продукту;

3 група – показує основне призначення матеріалу (атмосферостійкий, консервація, водостійкий, маслобензостійкий);

4 група – означає порядковий (реєстраційний) номер, наданий даному матеріалу, з однієї, двох або трьох цифр;

5 група – показує колір матеріалу (блакитний, синій і т.п.).

Приклад позначення: Емаль НЦ(нітроцелюлозна)-11 Чорна.

Для водорозчинних, водоемульсивних, порошкових, пластизольних, органозольнихЛКМ, а також без активних розчинників перед другою групою знаків кода ставиться індекс, що визначає різновид матеріалу: Б – без активного розчинника; В – водорозчинні; ОД – органозольні; ПД – пластизольні; П – порошкові; Е – емульсивні.

Наприклад, Емаль Б-ЕП(епоксидна)-123 протикорозійна.

6.4.2 Властивості лаків і емалей

Емалі на відміну від лаків, що складаються з розчину плівкоутворювача в летючійрідині, включають пігменти, наповнювачі, пластифікатори і інші спеціальні компоненти, що забезпечують декоративні і механічні властивості покриттів, а також стійкість їх при експлуатації. На відміну від фарб емалі містять розчинники і меншу кількість пігментів і наповнювачів. У зв’язку з цим плівки емалей володіють кращими декоративними властивостями.

Для лакофарбних покриттів, призначених для захисту металів від корозії в атмосферних умовах, важливою характеристикою є проникність. Проникнення вологи через полімерні матеріали протікає по-різному; у одних існують постійні зазори і пори, через які в основному проникають молекули води, в інших же зазори виникають короткочасно в результаті теплового руху макромолекул. Типовим представником першого класу полімерів є фенол-формальдегідні смоли, похідні полістиролу, поліетилену. До другого класу відносяться полімери типу каучуків. Вологопроикність, а також водопоглинання (водонабухання) знаходяться в сильній залежності від структури органічних полімерів. Полімери з тривимірною структурою, наприклад, фенольні смоли, відрізняються сильно розгалуженою структурою, унаслідок чого молекулам водяної пари і води доводиться здійснювати більший шлях. У лінійних полімерах, що відрізняються волокнистою структурою, молекули слабо розгалужені (наприклад, в нітраті целюлози), тому шлях проникнення молекул набагато коротший, і цей процес проходить без утруднень.

У протикорозійному захисті металевих виробів з кожним роком набувають всього більшого значення інгібітори корозії, що вводяться в лакофарбові матеріали.

6.4.3 Алкідні лаки  і емалі

До алкідних відносяться гліфталеві і пентафталеві смоли, які одержують взаємодією відповідно гліцерину (трьохатомний спирт) або пентаеритриту (чотирьохатомний спирт) з фталевим ангідридом.

Лаки алкіду готують розчиненням смол в розчинниках, а емалями є суспензії пігментів в лаках алкіду, модифікованих додаванням рослинних масел.

Застосування алкідних лаків  і емалей наведено в таблиці 6.3.

Таблиця 6.3 – Застосування алкідних лаків  і емалей

Покриття на основі смол алкіду володіють високою атмосферостійкістю, еластичністю, хорошою адгезією до поверхні, що фарбується. До недоліків їх можна віднести тривалість сушки при нормальній температурі, невисоку водо- і хімічну стійкість. При підвищеній температурі сушки атмосферостійкість покриттів алкіду значно підвищується. Висихання емалей алкіду складається з випаровування розчинника і подальшої поліконденсації смол з утворенням необоротної плівки. При температурі 18-22°С емалі алкіду висихають протягом 24-48 годин; підвищення температури скорочує час висихання, зміцнює покриття і робить його стійкішим до дії палив, мінеральних масел і зовнішнього середовища.

Еластичність і атмосферостійкість емалей алкіду залежить від кількості рослинного масла, що вводиться в їх склад, – чим воно більше, тим вище еластичність, але нижче твердість, гірше глянець і лугостійкість.

Емалі алкіду і лаки можна наносити всіма способами: кистю, розпилюванням, зануренням, обливанням, а також розпилюванням в електрополі.

До лакофарбних матеріалів алкіду відносяться і емульсивні емалі, до складу яких, окрім лаку алкіду (гліфталевого) і пігменту, входять масляні півкоутворювачі, вода і сикатив.

6.4.4 Алкідно-стирольні емалі

Алкідно-стирольні емалі виготовляють на основі алкідно-стирольної смоли – продукту співполімеризації стиролу і смоли алкіду з додаванням пластифікаторів і сикативу. Перед вживанням в емалі додають ще 3-5% сикативу № 63.

Алкідно-стирольні емалі володіють хорошою адгезією по відношенню до металів і дерева. Покриття з цих емалей стійкі до дії нафтопродуктів, слабких лугів і сольових розчинів; температуростійкість емалей до 80°С.

Властивості алкідно-стирольних, кремнійорганічних, фенольних, перхлорвінілових лаків і емалей:

Застосування алкідно-стирольних лаків  і емалей наведено в таблиці 6.4.

Таблиця 6.4 – Застосування алкідно-стирольних лаків  і емалей

6.4.5 Фенольні емалі і лаки

Фенольні емалі і лаки готують на основі фенол-формальдегідної смоли, що знаходиться у стадії А процесу поліконденсації. Для модифікації емалей іноді додаютьрослинне масло. Фенольні лаки і емалі, не модифіковані рослинними маслами, крихкі. Необоротні плівки фенольних емалей отримують при гарячій сушці (180°С) протягом 0,5 години, покриття володіють високою твердістю, атмосферостійкістю і стійкістю до дії палив і мінеральних мастил.

Меламіні (меламіноалкидні) лаки і емалі (синтетичні лаки і емалі) виготовляють на основі сумішей меламіноформальдегидної і алкідної смол.

Застосування  меламінних і сечовинних емалей наведено в таблиці 6.5.

Таблиця 6.5 – Застосування  меламінних і сечовинних емалей

Покриття утворюються за рахунок випаровування розчинників і затвердіння смол. Після витримки на повітрі протягом 10-20 хв. виріб піддають гарячій сушці. Сушку проводять при 100-130°С протягом 0,5-1 год. або з додаванням каталізатора (фосфорної або ортофосфатної кислоти) при 80-90°С протягом 0,5-1 год. Післягарячої сушки покриття з меламіноалкідних емалей набуває хорошого глянцю (його можна підсилити додатковим поліруванням), високої атмосферостійкості, еластичності і твердості, стійкість до зміни температур в межах від -40 до +60°С, високу стійкість до дії води, палив і мастил.

Меламіноалкідні емалі можна наносити шляхом пневматичного розпилювання в звичайній камері фарбуванняння, а також розпилюванням в електростатичному полі.

Сечовинні емалі готують на основі сечовиноформальдегідних смол, що є термореактивними смолами у стадії А. Висихання покриттів з цих емалей відбуваєтьсяза рахунок випаровування розчинника і затвердіння смол, для чого необхідна гаряча сушка при температурі 120-140°С. Отриманні покриття виходять володіють високою твердостю з хорошим глянцем і високою атмосферо-, бензо-, маслостійкістю. Наносятьсечовинні емалі розпилюванням, зануренням, обливанням і розпилюванням в електростатичному полі в два-три шари по гліфталевим або фенольним ґрунтах.

6.4.6 Нітроцелюлозні лаки і емалі

Нітролак є розчином нітроцелюлози (колоксилону) в розчиннику. Для пониження крихкості плівки в нітролак додають пластифікатор, звичайна касторова олія, а також смоли алкіду.

Для розчинення колоксилону і розбавлення нітроемалей застосовують спеціальні розчинники і розчинники з суміші спиртів, ацетатів і ароматичних вуглеводнів. Використання бензину, уайт-спіріта приводить до згортання нітролаку і нітроемалей.

Невелика розчинність колоксилону в розчинниках зумовлює утворення при висиханні нітроемалей (нітролаку) тонких плівок, що вимагає для створення шару товщиною 75-125 мкм багатократного фарбування (три-шість шарів).

Висихання нітролаку і нітроемалей відбувається унаслідок випаровування летючихрозчинників. Швидкість висихання нітроемалей навіть при кімнатних температурах вельми велика; при висиханні утворюється оборотна плівка, здатна знов розчинятися в розчинниках. Швидкість висихання нітроемалей обумовлює використання їх при ремонті автомобілів.

Покриття з нітроемалей і нітролаку відносно стійкі до дії мінеральних мастил, бензину і інших нафтопродуктів, що не містять ароматичних вуглеводнів, а також слабкихлужних розчинів. Тривала дія води приводить до відшарування покриттів.

Покриття з нітроемалей стійкі до дії температур в межах від -40 до +60°С; при температурі вище 90-100°С вони руйнуються і можуть самозапалюватись.

До недоліків нітропокриттів відноситься слабка адгезія до металів, для поліпшенняякої нітроемалі іноді готують в комбінації з іншими плівкоутворювачами: гліфталевою, пентафталевою і епоксидними смолами.

Застосування нітролаку і нітроемалей наведено в таблиці 6.6.

Таблиця 6.6 – Застосування нітролаку і нітроемалей

6.4.7 Водорозчинні і порошкові лакофарбові матеріали

Створення водорозчинних ЛКМ обумовлене необхідністю захисту навколишнього середовища від шкідливих викидів в атмосферу і водні басейни, скорочення витрат харчових масел для промислових цілей, економії нафти і нафтопродуктів.

Існуючі водорозчинні смоли ділять на неіоногенні і іоногенних. До перших відносяться олігомери, що містять велике число гідрофільних груп, які не дисоціюють, що забезпечують їх розчинність у воді.

Іоногенні смоли, у свою чергу, розділяють на аніонних і катіонних. Більшість поширених плівкоутврювачів (алкід, епоксидні, поліуретанові, акрилові і інші смоли) в даний час мають водорозчинні аналоги.

Здатність водорозчинних смол утворювати водні розчини органічних поліелектролітівлягла в основу принципово нового нанесення покриттів – електроосадження, яке широко використовується в автомобільній промисловості.

Застосування водорозчинних лакофарбових матеріалів наведено в таблиці 6.7.

Таблиця 6.7 – Застосування водорозчинних лакофарбових матеріалів

Електричне поле застосовується також для розпилювання ЛКМ з питомим об’ємним опором 106-107 ОМ-см і діелектричною проникністю              6-10. Для їх отримання використовують спеціальні розчинники типу РЕ.

Швидке зростання випуску і споживання порошкових фарб обумовлене тим, що вони мають ряд переваг: поліпшуються умови праці, відсутні токсичні розчинники, стабільність при транспортуванні і зберіганні.

Порошкові фарби за типом плівкоутворювча підрозділяються на термопластичні і термореактивні. Наносяться вони газополум’яним методом, в псевдозрідженому (вихровому) шарі, в електричному полі і плазмовим методом. Промисловістю випускаються такі порошкові ЛКМ на основі: епоксидних смол – П-ЭП-177, П-ЭП-971, П-ЭП-534, П-ЭП-967, П-ЭП-91; полівінілбутираля – П-ВЛ-212; полівінілхлориду – грунтовка П-ХВ-0111 і емаль П-ХВ-716; поліефирів П-ПЕ-1130, П-ПЕ-ІЗОУ; акрилатних смол – П-АК-1138, П-АК-1142; поліетилену високого тиску П-ПО-226, П-ПО-1.

Порошкові фарби П-ХВ-716 і П-ХВ-011 призначені для отримання хімічно стійких і протикорозійних покриттів на виробах з чорних металів, кераміки, скла і ін. Покриття на основі цих фарб масло- і бензостійкі.

6.4.8 Інші лаки та емалі

Емалі на основі полівінілацетату

Полівінілацетатні емалі готують на основі полівііилацеталей з введенням феноло- або меламіноформальдегідних смол для отримання в процесі гарячої сушки необоротнихпокриттів. У їх склад іноді входить пластифікуюча невисихаюча смола алкіду.

Покриття володіють хорошою адгезією до чорних і кольорових металів, електроізоляційними властивостями, стійкістю до дії води, пари, високих і низьких температур. Вони особливо стійкі до дії бензину, мінеральних масел і інших нафтопродуктів.

Емалі на основі полімерів і співполімерів вінілхлориду. У промисловості виготовляються полівінілхлоридні лакові смоли середньої в’язкості ПСХ-ЛС і низькій в’язкості ПСХ-ЛН. Емалі типу ХВ, володіючи хорошими захисними властивостями, мають ряд недоліків: знижену адгезію, особливо в перший період після нанесення, низьку термостійкість(heat stability), недостатню світлостійкість.

Бітумні і асфальтові лаки і емалі

Бітумні і асфальтові лаки і емалі готуються як з додаванням, так і без додавання рослинних масел. Бітумно-асфальтові композиції без додавання рослинних масел утворюють оборотні плівки, здатні розчинятися в нафтопродуктах і розплавлятися при нагріванні. Добавка рослинних масел додає покриттю безповоротність і стійкість проти дії атмосфери, вологи, кислот. Ця група матеріалів використовується в автомобілебудуванні; їх наносять розпилюванням, зануренням і кистю.

Масляні лаки і емалі

Масляні лаки і емалі готують на основі природних смол (ефіри, каніфоль, янтар і ін.) або рослинних висихаючих масел (льняне, конопляне і т. д.). Для окислення і полімеризації масляної основи до складу цих матеріалів вводять сикативи.

Захисні і декоративні властивості покриттів з масляних лаків і емалей залежать від вигляду і кількості масляної основи. З підвищенням кількості масла поліпшується еластичність і атмосферостійкість плівок, але погіршується глянець і знижується їх твердість.

Оліфа є одним з видів рідких плівкоутворювачів і утворються при термічній обробці висихаючих і напіввисихаючих масел і додаванні сикативу. При нагріві до 275°Сутворюється оліфа полімеризації, а при нагріві до 100-120°С з одночасним продуванням повітря - оліфа "Оксоль". Кращу оліфу отримують з льняного і конопляного масел. Комбіновану оліфу готують з напіввисихаючих масел, а гліфталеві– на основі гліфталевіої смоли.

Сикативи є каталізаторами окислювальної полімеризації висихаючих рослинних масел і оліфи. Вони є свинцевими, марганцевими і інші мила жирних нафтенових або смоляних кислот. Для вживання сикативи розводять розчинниками (сикативи № 63, 64 і ін.) або маслами (екстракти 1, 2 і т. п.). Готові до використання сикативи є прозорими рідинами від жовтого до коричневого кольору.