Лакофарбові матеріали. Загальні поняття.
Лакофарбові матеріали (ЛКМ) - це багатокомпонентні склади (рідкі, пастоподібні або порошкоподібні), які при нанесенні тонким шаром на тверду підкладку висихають з утворенням лакофарбового покриття із заданими властивостями.
Всі лакофарбові матеріали є дисперсними системами.
Дисперсна система - це система, що складається з двох або більше фаз, одна з яких-дисперсна фаза - розподілена в іншій фазі - дисперсійному середовищі - у вигляді дрібних твердих частинок, крапель або бульбашок.
Дисперсність - ступінь роздробленості речовини на частки. Чим менше частки, тим вище дисперсність.
До дисперсним систем відносяться:
Суспензії - системи, в яких частинки твердої фази розподілені в рідкому середовищі в зваженому стані. Суспензіями є готові фарби, емалі, шпаклівки.
Емульсії - системи, в яких найдрібніші крапельки рідкої фази розподілені в рідкому середовищі. Прикладом емульсії може служити молоко.
Латекс синтетичний - водна дисперсія синтетичних полімерів, виступає в ролі сполучного (пленкообразующего) речовини при виробництві ЛФМ на водній основі.
За складом і призначенням ЛФМ підрозділяють на лаки, грунтовки, шпаклівки, фарби (в тому числі емалі).
Лак - розчин плівкоутворюючих речовин у воді або органічних розчинниках, може містити розчинні барвники, сикативи, пластифікатори, отверджувачі, матуючи речовини і утворює після висихання тверду, прозору, однорідну плівку, міцно зчеплену з поверхнею. Лаки додають поверхні декоративний вигляд і створюють захисні покриття.
Грунтовка (грунт) - суспензія пігменту або суміші пігментів і наповнювачів у речовині, що пов'язує. Утворює після висихання однорідну непрозору плівку з хорошою адгезією до підкладки (адгезія-прилипання, зчеплення). Грунтовки утворюють нижні шари покриттів, створюючи надійне зчеплення верхніх шарів покриття з офарблюється поверхнею. Крім того, вони захищають метал від корозії, виділяють структуру деревини, закривають пори матеріалу, вирівнюють і створюють однорідну поверхню перед фарбуванням.
Шпаклівка - густа в'язка маса, що складається з пігментів, наповнювачів або їх суміші в речовині з введенням добавок або без них, для вирівнювання шорсткуватих, пористих і хвилястих поверхонь перед їх фарбуванням. Зміст наповнювачів та пігментів у шпатлевке в кілька разів перевищує кількість пленкообразующего.
Фарби - однорідні суспензії пігментів або їх суміші з наповнювачами в речовині, що утворять після висихання однорідну непрозору тверду забарвлену плівку. Основою воднодісперсионних фарб є синтетичні латекси (іноді такі фарби називають латексними), водні емульсії алкідних смол і ін Можуть також містити емульгатори, диспергатори, сикативи, піногасники та інші аддитивів (добавки).
Емаль - суспензія високодисперсного пігменту або суміші його з наповнювачами в сполучному, що утворить після висихання однорідну непрозору тверду забарвлену плівку. В іншому емаль схожа на фарбу.
Водорозчинні лакофарбові матеріали
З усього великого спектру лакофарбових матеріалів особливу нішу займають водорозчинні ЛФМ.
Водорозчинні ЛФМ, в залежності від стану полімерного сполучного, поділяються на воднодисперсійні і водорозчинні.
Воднодисперсійні (водоемульсійні) ЛФМ представляють собою суспензії пігментів і наповнювачів у водних дисперсіях плівкоутворюючих речовин типу синтетичних полімерів з добавкою емульгаторів, диспергаторов та інших допоміжних речовин. ЛКМ цього типу присвоєно початковий індекс "ВД" при позначенні марок, наприклад: фарба ВД-ВА-17 або фарба ВД-КЧ-26.
За типом сполучного (пленкообразующего) речовини дисперсійні фарби поділяються на:
> Сополімеровінілацетатние (ВС) - на основі водних дисперсій кополімерів вінілацетату з дібутілмалеінатом або етиленом;
> Поливинилацетатні (ВА) - на основі полівінілацетатної дисперсії;
> Бутадієн-стирольні (КЧ) - на основі латексів, що представляють собою сополімер бутадієну з стиролом;
> Поліакрилові (АК) - на основі сополімерні акрилової дисперсії та ін
За призначенням дисперсійні фарби підрозділяють на фарби для зовнішніх робіт, фарби для внутрішніх робіт і фарби цільового призначення. При позначенні марок для кожної з цих груп прийнята в якості першої цифри відповідно 1, 2 і 5, наприклад, фарба ВД-ВА-17, ВД-КЧ-26, ВД-ВА-524.
Застосування водорозбавляються ЛФМ є одним з найбільш перспективних напрямів у виробництві лакофарбних покриттів. Це обумовлюється наступними перевагами цих матеріалів:
> Застосування як розріджувач води замість токсичних і вогненебезпечних розчинників дає значну економію, зменшує пожежонебезпека при фарбуванні, покращує санітарногігіеніческіе умови праці як при виробництві, так і при застосуванні ЛФМ;
> Легкість нанесення (пензлем, фарборозпилювачем, валиком) і швидке висихання покриттів;
> Можливість отримання покриттів на вологих поверхнях і при підвищеній вологості повітря;
> Менша трудомісткість відмивання обладнання та інструменту від неотвердженим фарби;
> Висока адгезія фарб до таких пористим поверхням, як штукатурка, бетон, цегла і т.п., що дозволяє перефарбовувати їх без спеціальної підготовки;
> Низька вартість фарб.
Разом з тим водорозчинні ЛФМ не позбавлені недоліків, з яких слід зазначити:
> Слабку стабільність і неморозостійких значної частини воднодісперсионних фарб;
> Більш вузький температурний режим для затвердження;
> Необхідність спеціальної підготовки металевої поверхні під фарбування;
З лакофарбових матеріалів воднодисперсійні типу найкращими є фарби на основі акрилових латексів. Вони мають у порівнянні з полівінілацетатними, сополімеровінілацетатнимі і бутадіенстірольнимі фарбами суттєві переваги - вони утворюють покриття, що володіють підвищеною атмосферостійкістю, водостійкістю, високою стійкістю до старіння і дії лугів. Застосовуються в будівництві для зовнішніх і внутрішніх покриттів по пористим матеріалам (штукатурка і т.п.) і загрунтованих металевих поверхонь, стійкі до заморожування до - 40 ° С і відтаванню. Значне застосування, особливо для внутрішніх робіт, отримали ЛФМ на основі кополімерів стиролу з бутадієном. Проте ці фарби не рекомендуються для приміщень з підвищеною вологістю.
Склад лакофарбових матеріалів
Сполучні (плівкоутворювальні) речовини-рідкі або доведені до рідкого стану тверді матеріали (в основному синтетичні полімери і смоли), які після висихання зв'язують між собою частки пігментів і наповнювачів і утворюють плівку, міцно зчіплюється з офарблює поверхнею.
Плівкоутворювальні речовини відповідальні за створення плівки, адгезію її до поверхні окрашиваемого предмета, утримування всередині шару покриття часток пігменту і наповнювача. Крім цього, гарне пленкообразующее речовина забезпечує покриттю водонепроникність, але в той же час дозволяє йому "дихати", перешкоджає розмноженню мікроорганізмів, не будучи отруйним для людини, затримує ультрафіолетові промені і т д.
Пігменти - сухі фарбувальні речовини, неорганічні або органічні, природні або штучні, Диспергованість в плівкоутворюючих речовинах для додання фарбам, емаль, грунтовка, шпатлевкам кольору та непрозорості. Пігмент повідомляє лакофарбового покриття певні механічні властивості, стійкість до дії води, світла і атмосферних впливів. Найбільш широке поширення в лакофарбової промисловості отримали неорганічні пігменти, такі як діоксид титану, сурик залізний, охра і ін
Органічні пігменти застосовують в меншому обсязі, до них відносяться пігмент червоний, фталоціанінових блакитний і зелений.
Наповнювачі - неорганічні природні або синтетичні речовини, вживані для поліпшення малярно-технічних і експлуатаційних властивостей покриттів і економії пігментів. Природні неорганічні наповнювачі отримують шляхом подрібнення, збагачення, термічної обробки гірських порід і мінералів. Синтетичні неорганічні наповнювачі отримують в результаті хімічних реакцій за спеціальною технологією. Наповнювачі - порошки з низькою фарбувальної здатністю, вони надають матеріалами міцність, атмосферостійкість та ін властивості. Наповнювачами служать крейда, каолін, мікромрамор, слюда, тальк, хімічно обложена крейда та ін
Розчинники - летючі рідини, вживані для розчинення плівкоутворюючих речовин, а також для розбавлення лакофарбових матеріалів до робочої в'язкості перед нанесенням на поверхню, що фарбується. До них відносяться: вода, уайт-спірит, ацетон, ксилол, спирт, та ін
Аддитивів - компоненти, які прискорюють такі процеси, як диспергування пігментів, змочування підкладки, усунення поверхневих дефектів, затвердіння і багато інших на стадіях виготовлення, транспортування, зберігання фарб і формування покриття. Аддитивів також називають "технологічними добавками", "функціональними добавками" і т.д. До аддитивів відносять диспергатори, емульгатори, сикативи, піногасники та ін
Лакофарбові покриття
Основне призначення лакофарбових покриттів - захист поверхні і її декоративна обробка.
Системою покриття називають поєднання шарів послідовно нанесених ЛФМ різного цільового призначення (покривних, грунтувальних, проміжних шарів). Властивості комплексних покриттів залежать як від якості ЛФМ, так і від їх сполучуваності.
Шляхом відповідної підготовки поверхні, вибору грунтовок, шпаклівок і покривних ЛФМ можна варіювати експлуатаційні властивості покриттів і їх довговічність. Спочатку вибирається покривний матеріал, придатний для заданих умов експлуатації, а потім вибирається грунтовка, що має гарну адгезію до поверхні, що фарбується і поєднується з покривних матеріалів для заданих умов експлуатації.
Загальна структура лакофарбового покриття з використанням тільки лакофарбових матеріалів наведена на рис. 1.
Рис. 1. Схема захисного покриття на основі лакофарбових матеріалів.
1. Захищає поверхню (метал, дерево, бетон і ін)
2. Грунтове покриття;
3. Шпатлевочной шар. При фарбуванні пористих матеріалів (деревини, бетону і т.д.) може наноситися першим без шару грунтовки;
4. Захисно-декоративний шар фарби, емалі або лаку.
Основні вимоги до захисних покриттів - висока адгезія до підкладки, газо-і водопроникність, механічна міцність, зносостійкість і стійкість до умов експлуатації (атмосферо-хімічностійких та ін.)
Покриття можуть бути прозорими і непрозорими (покриваності); прозорі отримують при нанесенні лаків, покриваність - при нанесенні грунтовок, шпаклівок, фарб і емалей.
Загальна товщина покриття у випадку використання традиційних лакофарбових матеріалів становить зазвичай 60-100 мкм, іноді - до 300 -350 мкм. У разі застосування шпаклівок, герметиків або композиційних матеріалів товщина шару лежить в межах 500 - 2000 мкм і більше.
Необхідність нанесення лакофарбових матеріалів декількома шарами обумовлена в багатьох випадках неможливістю отримати покриття з хорошими захисними властивостями, тому що при нанесенні одного потовщеного шару важко випаровування розчинника та інші процеси пленкообразования і може вийти покриття з патьоками і напливами. Шаром завтовшки більше 350 мкм можуть бути нанесені густі шпаклівки, тиксотропні лаки і емалі, а також матеріали, що містять реакційноздатні розчинники, наприклад поліефірні лаки і емалі.
Верхні шари покриття повідомляють поверхні потрібні декоративні властивості, покриваність і стійкість до дій зовнішнього середовища. Для нанесення покривних шарів використовують головним чином емалі і фарби. На верхній покривний шар іноді наносять шар лаку, що додає покриттю блиск або матовість.
Між грунтувальними і покривні при необхідності наносять проміжні шари різного призначення, наприклад, шпаклювальних для вирівнювання поверхні і закладення зварних та заклепкових швів, для запобігання набухання грунтувального або іншого раніше нанесеного шару в розчиннику, що міститься в покривний фарбі. У залежності від типу матеріалу операції нанесення окремих шарів називаються відповідно грунтуванням, шпатлюванням, фарбуванням або лакуванням.
Основні стадії та методи нанесення
Підготовка поверхні
Підготовка поверхні перед фарбуванням має велике значення для отримання високоякісного покриття і забезпечення тривалості його служби. Підготовка поверхні полягає в очищенні від продуктів корозії, старої фарби, жирових та інших забруднень. Способи підготовки поверхні підрозділяються на дві основні групи: механічні та хімічні.
До механічних способів очищення відносяться: очищення за допомогою інструменту (щітки, шліфувальні машинки), очищення за допомогою піску, дробу, суміші піску і води. Застосовуючи ці способи можна отримати добре очищену поверхню з рівномірною шорсткістю, яка сприяє найкращій адгезії лакофарбової плівки.
До хімічних способів очищення поверхні перш за все відноситься знежирення поверхні, яке проводиться за допомогою лужних миючих складів або активних розчинників (змивів) залежно від типу забруднення.
При оновленні лакофарбового покриття необхідно його ретельно оглянути. Якщо старе лакофарбове покриття міцно тримається на поверхні у вигляді суцільного шару, його слід вимити теплою водою з миючими засобами і висушити. Якщо ж покриття тримається не міцно, його необхідно повністю видалити.
Грунтування
Першою операцією після підготовки поверхні є грунтування. Це одна з найбільш важливих і відповідальних операцій, так як перший шар грунтовки служить основою для всього покриття. Основне призначення грунту - створення міцного зв'язку між офарблює поверхнею і наступними лакофарбовими шарами, а також забезпечення високої захисної здатності покриття. Грунтування варто робити відразу ж після закінчення робіт з підготовки поверхні. Грунтовку можна наносити кистю, фарборозпилювачем або іншим способом. Шар грунту має бути тонким в порівнянні із зовнішніми шарами фарби. Сушіння грунту слід проводити відповідно до режиму, передбаченого технологією.
Шпатлювання
Ця операція потрібна для вирівнювання поверхонь. Товсті і недостатньо еластичні шари шпаклівки при експлуатації можуть розтріснутися, в результаті будуть знижені захисні властивості покриття. Тому шпаклівку слід наносити тонким шаром. Кожен шар шпаклівки необхідно добре висушити. Число шарів не повинне бути більше трьох. Рекомендована товщина шпаклювального шару не більше 3 мм.
Шліфування
Зашпатлеванную поверхню після висихання має нерівності і шорсткості. Для видалення нерівностей, смітинок і згладжування шорсткостей застосовується шліфування. У процесі шліфування оброблювана поверхня піддається впливу безлічі дрібних абразивних зерен, внаслідок чого утворюються ризики і вона стає матовою. При цьому значно поліпшується адгезія між шарами покриття. Для шліфування застосовується абразивна шкурка на паперовій і тканинній основі. Зернистість (номер) шкурки для шліфування вибирається залежно від виду оброблюваного покриття.
Фарбування
Емалі, фарби, лаки наносять на загрунтовану поверхню за допомогою фарборозпилювача, валика, кисті або іншими способами.
Якщо розглянути вплив попереднього покриття на якість наступного, то тут діє правило: "подібне до подібного".
Однак можливо наносити один на одного матеріали різної хімічної природи.
Методи нанесення лакофарбових покриттів
Першим і найпростішим методом нанесення фарби є кисть. На жаль, пензель, крім безперечних достоїнств, має багато недоліків, перш за все невелику швидкість забарвлення (близько 10м2/час).
Використання валика замість пензля дозволяє в значній мірі підвищити швидкість забарвлення, зокрема великих і плоских поверхонь, але з його допомогою важко або навіть неможливо виробляти забарвлення швидкосохнучими лаками або матеріалами, що мають високу умовну в'язкість.
Перший крок на шляху помітного збільшення швидкості забарвлення і поліпшення декоративних властивостей лакофарбних покриттів зроблений при створенні пневматичного розпилювача рідин.
Практично у всіх пістолетах для пневматичного розпилення повітря, пересуваючись зі швидкістю близько 30 м / сек, викликає розрив потоку рідини на краплі діаметром 40-120 мкм, що дозволяє фарбувати зі швидкістю 30 м2/час. Проте в процесі застосування пневматичного розпилення досить швидко виявилися негативні сторони: великі втрати ЛФМ, що збільшуються із зростанням швидкості повітря в пістолеті, труднощі при нанесенні високов'язких матеріалів, висока випаровуваність органічних розчинників.
Необхідність обмеження випаровування органічних розчинників в атмосферу, що диктується сучасним законодавством з охорони навколишнього середовища, сприяла інтенсифікації пошуків нових шляхів забарвлення. Для нанесення високов'язких фарб великий розвиток отримала гідродинамічна технологія забарвлення - безповітряний розпилення. Забарвлення методом безповітряного розпилення - складний процес, що вимагає високої кваліфікації оператора. Ця технологія відрізняється від пневматичного розпилення, де фарба наноситься смугами, які тільки в невеликому ступені перекривають один одного. При безповітряному розпиленні необхідно хрестоподібне ведення пістолета. Висока продуктивність гідродинамічної забарвлення (200-400 м2 \ год) ефективна при фарбуванні великих поверхонь (наприклад, бортів або палуб судів), але незручна для фарбування невеликих елементів або при необхідності частої зміни, що офарблюються.
Основні властивості лакофарбових матеріалів та покриттів на їх основі
Ступінь перетирання
Частинки наповнювачів або пігментів, що входять до фарби, емалі, грунтовки та шпаклівки відрізняються своїми розмірами. Найменший розмір частинки мають у складі емалі (5-10 мкм) і найбільший розмір в шпатлевках (40-60 мкм і більше). Зменшення розміру частинок відбувається в процесі перетиру наповнювачів у млинах різного пристрою (краскотерки, кульові, бісерні).
Час і ступінь висихання покриття
За час висихання приймають час, за яке покриття певної товщини з нанесене на платівку, досягає необхідного ступеня висихання при заданих умов сушіння.
Ступінь висихання характеризує стан поверхні покриття при певній температурі і тривалості сушіння в стандартних умовах випробування:
> Висихання від пилу - момент, коли на поверхні покриття утворюється найтонша поверхнева плівка;
> Практичне висихання - плівка втрачає липкість і виріб з лакофарбовим покриттям може піддаватися подальшим операціям;
> Повне висихання - закінчення формування покриття на пофарбованій поверхні.
Умовна в'язкість
При виборі способу нанесення покриття визначальне значення має умовна в'язкість лакофарбового матеріалу. Умовної в'язкістю називають час безперервного витікання в секундах певного обсягу матеріалу через сопло певного розміру.
Укривістость - найважливіший технологічний показник, що характеризує витрату лакофарбового матеріалу на 1 м2 поверхні, що фарбується. Значення цього показника визначає рівномірність нанесення шару лакофарбового матеріалу, що обумовлює його економічну ефективність. Укривістость залежить від оптичних властивостей пігменту, його дисперсності і об'ємної концентрації в сполучному. Істотний вплив на покриваність роблять також хімічний склад, колір і фізико-хімічні властивості сполучного, тип розчинника та ін
Однак, головним чином, покриваність обумовлена оптичними явищами, що протікають у плівці.
Твердість - опір, який чиниться покриттям при проникненні в нього іншого тіла. Твердість плівки - одне з найважливіших механічних властивостей лакофарбового покриття характеризує міцність поверхні.
Міцність покриття на вигин побічно характеризує його еластичність, тобто властивість, протилежне крихкості.
Адгезія - здатність лакофарбових покриттів до прилипання або міцному щепленню з офарблює поверхнею. Від величини адгезії залежать механічні і захисні властивості покриттів.
Водостійкість - здатність лакофарбового покриття витримувати тривалий вплив прісної або морської води.
Атмосферостійкість - здатність лакофарбового покриття зберігати протягом тривалого часу свої захисні і декоративні властивості в атмосферних умовах. Термін служби залежить від кліматичних і специфічних умов місцевості. До видів руйнувань, пов'язаних з втратою декоративних властивостей лакофарбних покриттів відносяться: втрата блиску, зміна кольору, білуваті, грязеудержаніе та ін
Лакофарбові матеріали (ЛКМ) - це багатокомпонентні склади (рідкі, пастоподібні або порошкоподібні), які при нанесенні тонким шаром на тверду підкладку висихають з утворенням лакофарбового покриття із заданими властивостями.
Всі лакофарбові матеріали є дисперсними системами.
Дисперсна система - це система, що складається з двох або більше фаз, одна з яких-дисперсна фаза - розподілена в іншій фазі - дисперсійному середовищі - у вигляді дрібних твердих частинок, крапель або бульбашок.
Дисперсність - ступінь роздробленості речовини на частки. Чим менше частки, тим вище дисперсність.
До дисперсним систем відносяться:
Суспензії - системи, в яких частинки твердої фази розподілені в рідкому середовищі в зваженому стані. Суспензіями є готові фарби, емалі, шпаклівки.
Емульсії - системи, в яких найдрібніші крапельки рідкої фази розподілені в рідкому середовищі. Прикладом емульсії може служити молоко.
Латекс синтетичний - водна дисперсія синтетичних полімерів, виступає в ролі сполучного (пленкообразующего) речовини при виробництві ЛФМ на водній основі.
За складом і призначенням ЛФМ підрозділяють на лаки, грунтовки, шпаклівки, фарби (в тому числі емалі).
Лак - розчин плівкоутворюючих речовин у воді або органічних розчинниках, може містити розчинні барвники, сикативи, пластифікатори, отверджувачі, матуючи речовини і утворює після висихання тверду, прозору, однорідну плівку, міцно зчеплену з поверхнею. Лаки додають поверхні декоративний вигляд і створюють захисні покриття.
Грунтовка (грунт) - суспензія пігменту або суміші пігментів і наповнювачів у речовині, що пов'язує. Утворює після висихання однорідну непрозору плівку з хорошою адгезією до підкладки (адгезія-прилипання, зчеплення). Грунтовки утворюють нижні шари покриттів, створюючи надійне зчеплення верхніх шарів покриття з офарблюється поверхнею. Крім того, вони захищають метал від корозії, виділяють структуру деревини, закривають пори матеріалу, вирівнюють і створюють однорідну поверхню перед фарбуванням.
Шпаклівка - густа в'язка маса, що складається з пігментів, наповнювачів або їх суміші в речовині з введенням добавок або без них, для вирівнювання шорсткуватих, пористих і хвилястих поверхонь перед їх фарбуванням. Зміст наповнювачів та пігментів у шпатлевке в кілька разів перевищує кількість пленкообразующего.
Фарби - однорідні суспензії пігментів або їх суміші з наповнювачами в речовині, що утворять після висихання однорідну непрозору тверду забарвлену плівку. Основою воднодісперсионних фарб є синтетичні латекси (іноді такі фарби називають латексними), водні емульсії алкідних смол і ін Можуть також містити емульгатори, диспергатори, сикативи, піногасники та інші аддитивів (добавки).
Емаль - суспензія високодисперсного пігменту або суміші його з наповнювачами в сполучному, що утворить після висихання однорідну непрозору тверду забарвлену плівку. В іншому емаль схожа на фарбу.
Водорозчинні лакофарбові матеріали
З усього великого спектру лакофарбових матеріалів особливу нішу займають водорозчинні ЛФМ.
Водорозчинні ЛФМ, в залежності від стану полімерного сполучного, поділяються на воднодисперсійні і водорозчинні.
Воднодисперсійні (водоемульсійні) ЛФМ представляють собою суспензії пігментів і наповнювачів у водних дисперсіях плівкоутворюючих речовин типу синтетичних полімерів з добавкою емульгаторів, диспергаторов та інших допоміжних речовин. ЛКМ цього типу присвоєно початковий індекс "ВД" при позначенні марок, наприклад: фарба ВД-ВА-17 або фарба ВД-КЧ-26.
За типом сполучного (пленкообразующего) речовини дисперсійні фарби поділяються на:
> Сополімеровінілацетатние (ВС) - на основі водних дисперсій кополімерів вінілацетату з дібутілмалеінатом або етиленом;
> Поливинилацетатні (ВА) - на основі полівінілацетатної дисперсії;
> Бутадієн-стирольні (КЧ) - на основі латексів, що представляють собою сополімер бутадієну з стиролом;
> Поліакрилові (АК) - на основі сополімерні акрилової дисперсії та ін
За призначенням дисперсійні фарби підрозділяють на фарби для зовнішніх робіт, фарби для внутрішніх робіт і фарби цільового призначення. При позначенні марок для кожної з цих груп прийнята в якості першої цифри відповідно 1, 2 і 5, наприклад, фарба ВД-ВА-17, ВД-КЧ-26, ВД-ВА-524.
Застосування водорозбавляються ЛФМ є одним з найбільш перспективних напрямів у виробництві лакофарбних покриттів. Це обумовлюється наступними перевагами цих матеріалів:
> Застосування як розріджувач води замість токсичних і вогненебезпечних розчинників дає значну економію, зменшує пожежонебезпека при фарбуванні, покращує санітарногігіеніческіе умови праці як при виробництві, так і при застосуванні ЛФМ;
> Легкість нанесення (пензлем, фарборозпилювачем, валиком) і швидке висихання покриттів;
> Можливість отримання покриттів на вологих поверхнях і при підвищеній вологості повітря;
> Менша трудомісткість відмивання обладнання та інструменту від неотвердженим фарби;
> Висока адгезія фарб до таких пористим поверхням, як штукатурка, бетон, цегла і т.п., що дозволяє перефарбовувати їх без спеціальної підготовки;
> Низька вартість фарб.
Разом з тим водорозчинні ЛФМ не позбавлені недоліків, з яких слід зазначити:
> Слабку стабільність і неморозостійких значної частини воднодісперсионних фарб;
> Більш вузький температурний режим для затвердження;
> Необхідність спеціальної підготовки металевої поверхні під фарбування;
З лакофарбових матеріалів воднодисперсійні типу найкращими є фарби на основі акрилових латексів. Вони мають у порівнянні з полівінілацетатними, сополімеровінілацетатнимі і бутадіенстірольнимі фарбами суттєві переваги - вони утворюють покриття, що володіють підвищеною атмосферостійкістю, водостійкістю, високою стійкістю до старіння і дії лугів. Застосовуються в будівництві для зовнішніх і внутрішніх покриттів по пористим матеріалам (штукатурка і т.п.) і загрунтованих металевих поверхонь, стійкі до заморожування до - 40 ° С і відтаванню. Значне застосування, особливо для внутрішніх робіт, отримали ЛФМ на основі кополімерів стиролу з бутадієном. Проте ці фарби не рекомендуються для приміщень з підвищеною вологістю.
Склад лакофарбових матеріалів
Сполучні (плівкоутворювальні) речовини-рідкі або доведені до рідкого стану тверді матеріали (в основному синтетичні полімери і смоли), які після висихання зв'язують між собою частки пігментів і наповнювачів і утворюють плівку, міцно зчіплюється з офарблює поверхнею.
Плівкоутворювальні речовини відповідальні за створення плівки, адгезію її до поверхні окрашиваемого предмета, утримування всередині шару покриття часток пігменту і наповнювача. Крім цього, гарне пленкообразующее речовина забезпечує покриттю водонепроникність, але в той же час дозволяє йому "дихати", перешкоджає розмноженню мікроорганізмів, не будучи отруйним для людини, затримує ультрафіолетові промені і т д.
Пігменти - сухі фарбувальні речовини, неорганічні або органічні, природні або штучні, Диспергованість в плівкоутворюючих речовинах для додання фарбам, емаль, грунтовка, шпатлевкам кольору та непрозорості. Пігмент повідомляє лакофарбового покриття певні механічні властивості, стійкість до дії води, світла і атмосферних впливів. Найбільш широке поширення в лакофарбової промисловості отримали неорганічні пігменти, такі як діоксид титану, сурик залізний, охра і ін
Органічні пігменти застосовують в меншому обсязі, до них відносяться пігмент червоний, фталоціанінових блакитний і зелений.
Наповнювачі - неорганічні природні або синтетичні речовини, вживані для поліпшення малярно-технічних і експлуатаційних властивостей покриттів і економії пігментів. Природні неорганічні наповнювачі отримують шляхом подрібнення, збагачення, термічної обробки гірських порід і мінералів. Синтетичні неорганічні наповнювачі отримують в результаті хімічних реакцій за спеціальною технологією. Наповнювачі - порошки з низькою фарбувальної здатністю, вони надають матеріалами міцність, атмосферостійкість та ін властивості. Наповнювачами служать крейда, каолін, мікромрамор, слюда, тальк, хімічно обложена крейда та ін
Розчинники - летючі рідини, вживані для розчинення плівкоутворюючих речовин, а також для розбавлення лакофарбових матеріалів до робочої в'язкості перед нанесенням на поверхню, що фарбується. До них відносяться: вода, уайт-спірит, ацетон, ксилол, спирт, та ін
Аддитивів - компоненти, які прискорюють такі процеси, як диспергування пігментів, змочування підкладки, усунення поверхневих дефектів, затвердіння і багато інших на стадіях виготовлення, транспортування, зберігання фарб і формування покриття. Аддитивів також називають "технологічними добавками", "функціональними добавками" і т.д. До аддитивів відносять диспергатори, емульгатори, сикативи, піногасники та ін
Лакофарбові покриття
Основне призначення лакофарбових покриттів - захист поверхні і її декоративна обробка.
Системою покриття називають поєднання шарів послідовно нанесених ЛФМ різного цільового призначення (покривних, грунтувальних, проміжних шарів). Властивості комплексних покриттів залежать як від якості ЛФМ, так і від їх сполучуваності.
Шляхом відповідної підготовки поверхні, вибору грунтовок, шпаклівок і покривних ЛФМ можна варіювати експлуатаційні властивості покриттів і їх довговічність. Спочатку вибирається покривний матеріал, придатний для заданих умов експлуатації, а потім вибирається грунтовка, що має гарну адгезію до поверхні, що фарбується і поєднується з покривних матеріалів для заданих умов експлуатації.
Загальна структура лакофарбового покриття з використанням тільки лакофарбових матеріалів наведена на рис. 1.
Рис. 1. Схема захисного покриття на основі лакофарбових матеріалів.
1. Захищає поверхню (метал, дерево, бетон і ін)
2. Грунтове покриття;
3. Шпатлевочной шар. При фарбуванні пористих матеріалів (деревини, бетону і т.д.) може наноситися першим без шару грунтовки;
4. Захисно-декоративний шар фарби, емалі або лаку.
Основні вимоги до захисних покриттів - висока адгезія до підкладки, газо-і водопроникність, механічна міцність, зносостійкість і стійкість до умов експлуатації (атмосферо-хімічностійких та ін.)
Покриття можуть бути прозорими і непрозорими (покриваності); прозорі отримують при нанесенні лаків, покриваність - при нанесенні грунтовок, шпаклівок, фарб і емалей.
Загальна товщина покриття у випадку використання традиційних лакофарбових матеріалів становить зазвичай 60-100 мкм, іноді - до 300 -350 мкм. У разі застосування шпаклівок, герметиків або композиційних матеріалів товщина шару лежить в межах 500 - 2000 мкм і більше.
Необхідність нанесення лакофарбових матеріалів декількома шарами обумовлена в багатьох випадках неможливістю отримати покриття з хорошими захисними властивостями, тому що при нанесенні одного потовщеного шару важко випаровування розчинника та інші процеси пленкообразования і може вийти покриття з патьоками і напливами. Шаром завтовшки більше 350 мкм можуть бути нанесені густі шпаклівки, тиксотропні лаки і емалі, а також матеріали, що містять реакційноздатні розчинники, наприклад поліефірні лаки і емалі.
Верхні шари покриття повідомляють поверхні потрібні декоративні властивості, покриваність і стійкість до дій зовнішнього середовища. Для нанесення покривних шарів використовують головним чином емалі і фарби. На верхній покривний шар іноді наносять шар лаку, що додає покриттю блиск або матовість.
Між грунтувальними і покривні при необхідності наносять проміжні шари різного призначення, наприклад, шпаклювальних для вирівнювання поверхні і закладення зварних та заклепкових швів, для запобігання набухання грунтувального або іншого раніше нанесеного шару в розчиннику, що міститься в покривний фарбі. У залежності від типу матеріалу операції нанесення окремих шарів називаються відповідно грунтуванням, шпатлюванням, фарбуванням або лакуванням.
Основні стадії та методи нанесення
Підготовка поверхні
Підготовка поверхні перед фарбуванням має велике значення для отримання високоякісного покриття і забезпечення тривалості його служби. Підготовка поверхні полягає в очищенні від продуктів корозії, старої фарби, жирових та інших забруднень. Способи підготовки поверхні підрозділяються на дві основні групи: механічні та хімічні.
До механічних способів очищення відносяться: очищення за допомогою інструменту (щітки, шліфувальні машинки), очищення за допомогою піску, дробу, суміші піску і води. Застосовуючи ці способи можна отримати добре очищену поверхню з рівномірною шорсткістю, яка сприяє найкращій адгезії лакофарбової плівки.
До хімічних способів очищення поверхні перш за все відноситься знежирення поверхні, яке проводиться за допомогою лужних миючих складів або активних розчинників (змивів) залежно від типу забруднення.
При оновленні лакофарбового покриття необхідно його ретельно оглянути. Якщо старе лакофарбове покриття міцно тримається на поверхні у вигляді суцільного шару, його слід вимити теплою водою з миючими засобами і висушити. Якщо ж покриття тримається не міцно, його необхідно повністю видалити.
Грунтування
Першою операцією після підготовки поверхні є грунтування. Це одна з найбільш важливих і відповідальних операцій, так як перший шар грунтовки служить основою для всього покриття. Основне призначення грунту - створення міцного зв'язку між офарблює поверхнею і наступними лакофарбовими шарами, а також забезпечення високої захисної здатності покриття. Грунтування варто робити відразу ж після закінчення робіт з підготовки поверхні. Грунтовку можна наносити кистю, фарборозпилювачем або іншим способом. Шар грунту має бути тонким в порівнянні із зовнішніми шарами фарби. Сушіння грунту слід проводити відповідно до режиму, передбаченого технологією.
Шпатлювання
Ця операція потрібна для вирівнювання поверхонь. Товсті і недостатньо еластичні шари шпаклівки при експлуатації можуть розтріснутися, в результаті будуть знижені захисні властивості покриття. Тому шпаклівку слід наносити тонким шаром. Кожен шар шпаклівки необхідно добре висушити. Число шарів не повинне бути більше трьох. Рекомендована товщина шпаклювального шару не більше 3 мм.
Шліфування
Зашпатлеванную поверхню після висихання має нерівності і шорсткості. Для видалення нерівностей, смітинок і згладжування шорсткостей застосовується шліфування. У процесі шліфування оброблювана поверхня піддається впливу безлічі дрібних абразивних зерен, внаслідок чого утворюються ризики і вона стає матовою. При цьому значно поліпшується адгезія між шарами покриття. Для шліфування застосовується абразивна шкурка на паперовій і тканинній основі. Зернистість (номер) шкурки для шліфування вибирається залежно від виду оброблюваного покриття.
Фарбування
Емалі, фарби, лаки наносять на загрунтовану поверхню за допомогою фарборозпилювача, валика, кисті або іншими способами.
Якщо розглянути вплив попереднього покриття на якість наступного, то тут діє правило: "подібне до подібного".
Однак можливо наносити один на одного матеріали різної хімічної природи.
Методи нанесення лакофарбових покриттів
Першим і найпростішим методом нанесення фарби є кисть. На жаль, пензель, крім безперечних достоїнств, має багато недоліків, перш за все невелику швидкість забарвлення (близько 10м2/час).
Використання валика замість пензля дозволяє в значній мірі підвищити швидкість забарвлення, зокрема великих і плоских поверхонь, але з його допомогою важко або навіть неможливо виробляти забарвлення швидкосохнучими лаками або матеріалами, що мають високу умовну в'язкість.
Перший крок на шляху помітного збільшення швидкості забарвлення і поліпшення декоративних властивостей лакофарбних покриттів зроблений при створенні пневматичного розпилювача рідин.
Практично у всіх пістолетах для пневматичного розпилення повітря, пересуваючись зі швидкістю близько 30 м / сек, викликає розрив потоку рідини на краплі діаметром 40-120 мкм, що дозволяє фарбувати зі швидкістю 30 м2/час. Проте в процесі застосування пневматичного розпилення досить швидко виявилися негативні сторони: великі втрати ЛФМ, що збільшуються із зростанням швидкості повітря в пістолеті, труднощі при нанесенні високов'язких матеріалів, висока випаровуваність органічних розчинників.
Необхідність обмеження випаровування органічних розчинників в атмосферу, що диктується сучасним законодавством з охорони навколишнього середовища, сприяла інтенсифікації пошуків нових шляхів забарвлення. Для нанесення високов'язких фарб великий розвиток отримала гідродинамічна технологія забарвлення - безповітряний розпилення. Забарвлення методом безповітряного розпилення - складний процес, що вимагає високої кваліфікації оператора. Ця технологія відрізняється від пневматичного розпилення, де фарба наноситься смугами, які тільки в невеликому ступені перекривають один одного. При безповітряному розпиленні необхідно хрестоподібне ведення пістолета. Висока продуктивність гідродинамічної забарвлення (200-400 м2 \ год) ефективна при фарбуванні великих поверхонь (наприклад, бортів або палуб судів), але незручна для фарбування невеликих елементів або при необхідності частої зміни, що офарблюються.
Основні властивості лакофарбових матеріалів та покриттів на їх основі
Ступінь перетирання
Частинки наповнювачів або пігментів, що входять до фарби, емалі, грунтовки та шпаклівки відрізняються своїми розмірами. Найменший розмір частинки мають у складі емалі (5-10 мкм) і найбільший розмір в шпатлевках (40-60 мкм і більше). Зменшення розміру частинок відбувається в процесі перетиру наповнювачів у млинах різного пристрою (краскотерки, кульові, бісерні).
Час і ступінь висихання покриття
За час висихання приймають час, за яке покриття певної товщини з нанесене на платівку, досягає необхідного ступеня висихання при заданих умов сушіння.
Ступінь висихання характеризує стан поверхні покриття при певній температурі і тривалості сушіння в стандартних умовах випробування:
> Висихання від пилу - момент, коли на поверхні покриття утворюється найтонша поверхнева плівка;
> Практичне висихання - плівка втрачає липкість і виріб з лакофарбовим покриттям може піддаватися подальшим операціям;
> Повне висихання - закінчення формування покриття на пофарбованій поверхні.
Умовна в'язкість
При виборі способу нанесення покриття визначальне значення має умовна в'язкість лакофарбового матеріалу. Умовної в'язкістю називають час безперервного витікання в секундах певного обсягу матеріалу через сопло певного розміру.
Укривістость - найважливіший технологічний показник, що характеризує витрату лакофарбового матеріалу на 1 м2 поверхні, що фарбується. Значення цього показника визначає рівномірність нанесення шару лакофарбового матеріалу, що обумовлює його економічну ефективність. Укривістость залежить від оптичних властивостей пігменту, його дисперсності і об'ємної концентрації в сполучному. Істотний вплив на покриваність роблять також хімічний склад, колір і фізико-хімічні властивості сполучного, тип розчинника та ін
Однак, головним чином, покриваність обумовлена оптичними явищами, що протікають у плівці.
Твердість - опір, який чиниться покриттям при проникненні в нього іншого тіла. Твердість плівки - одне з найважливіших механічних властивостей лакофарбового покриття характеризує міцність поверхні.
Міцність покриття на вигин побічно характеризує його еластичність, тобто властивість, протилежне крихкості.
Адгезія - здатність лакофарбових покриттів до прилипання або міцному щепленню з офарблює поверхнею. Від величини адгезії залежать механічні і захисні властивості покриттів.
Водостійкість - здатність лакофарбового покриття витримувати тривалий вплив прісної або морської води.
Атмосферостійкість - здатність лакофарбового покриття зберігати протягом тривалого часу свої захисні і декоративні властивості в атмосферних умовах. Термін служби залежить від кліматичних і специфічних умов місцевості. До видів руйнувань, пов'язаних з втратою декоративних властивостей лакофарбних покриттів відносяться: втрата блиску, зміна кольору, білуваті, грязеудержаніе та ін