Лакокрасочные покрытия
ЛАКОКРАСОЧНЫЕ ПОКРЫТИЯ, образуются в результате пленкообразования (высыхания, отверждения) лакокрасочных материалов, нанесенных на пов-сть (подложку). Осн. назначение: защита материалов от разрушения (напр., металлов - от коррозии, дерева - от гниения) и декоративная отделка пов-сти. По эксплуатац. св-вам различают лакокрасочные покрытия атмосфере-, водо-, масло- и бензостойкие, химически стойкие, термостойкие, электроизоляционные, консервационные, а также спец. назначения. К последним относятся, напр., противообрастающие (препятствуют обрастанию подводных частей судов и гидротехн. сооружений морскими микроорганизмами), светоотражающие, светящиеся (способны к люминесценции в видимой области спектра при облучении светом или радиоактивным излучением), термоиндикаторные (изменяют цвет или яркость свечения при определенной т-ре), огнезащитные, противошумные (звукоизолирующие). По внеш. виду (степень глянца, волнистость пов-сти, наличие дефектов) лакокрасочные покрытия принято подразделять на 7 классов. Для получения лакокрасочных покрытий применяют разнообразные лакокрасочные материалы (ЛКМ), различающиеся по составу и хим. природе пленкообразователя. О ЛКМ на основе термопластичных пленкообразователей см., напр., Битумные лаки, Эфироцеллюлозные лаки, о ЛКМ на основе термореактивных пленкообразователей - Полиэфирные лаки, Полиуретановые лаки и др.; к ЛКМ на основе масел относятся олифы, масляные лаки, масляные краски, к модифицированным маслами - алкидные лаки (см. Алкидные смолы). Используют лакокрасочные покрытия во всех отраслях народного хозяйства и в быту. Мировое произ-во ЛКМ составляет ок. 20 млн. т/год (1985). Более 50% всех ЛКМ расходуется в машиностроении (из них 20% - в автомобилестроении), 25% - в строит. индустрии. В стр-ве для получения лакокрасочных покрытий (отделочные) применяют упрощенные технологии изготовления и нанесения ЛКМ гл. обр. на основе таких пленкообразователей, как казеин, водные дисперсии поливинилацетата, акрилатов или др., жидкое стекло. Большинство лакокрасочных покрытий получают нанесением ЛКМ в неск. слоев (см. рис.). Толщина однослойных лакокрасочных покрытий колеблется в пределах 3-30 мкм (для тиксотропных ЛКМ - до 200 мкм), многослойных - до 300 мкм. Для получения многослойных, напр. защитных, покрытий наносят неск. слоев разнородных ЛКМ (т. наз. комплексные лакокрасочные покрытия), при этом каждый слой выполняет определенную ф-цию: ниж. слой - грунт (получают нанесением грунтовки) обеспечивает адгезию комплексного покрытия к подложке, замедление электрохимической коррозии
Защитное лакокрасочное покрытие (в разрезе): 1 -фосфатный слой; 2 - грунт; 3 - шпатлевка; 4 и 5 - слои эмали.
металла; промежуточный - шпатлевка (чаще применяют "второй грунт", или т. наз. грунт-шпатлевку) - выравнивание пов-сти (заполнение пор, мелких трещин и др. дефектов); верхние, покровные, слои (эмали; иногда для повышения блеска последний слой - лак) придают декоративные и частично защитные св-ва. При получении прозрачных покрытий лак наносят непосредственно на защищаемую пов-сть. Технол. процесс получения комплексных лакокрасочных покрытий включает до неск. десятков операций, связанных с подготовкой пов-сти, нанесением ЛКМ, их сушкой (отверждением) и промежут.
обработкой. Выбор технол. процесса зависит от типа ЛКМ и условий эксплуатации лакокрасочных покрытий, природы подложки (напр., сталь, Аl, др. металлы и сплавы, древесина, строит, материалы), формы и габаритов окрашиваемого объекта.
Качество подготовки окрашиваемой пов-сти в значит. степени определяет адгезионную прочность лакокрасочного покрытия к подложке и его долговечность.
Методы нанесения жидких ЛКМ.
1. Ручной (кистью, шпателем, валиком) - для окраски крупногабаритных изделий (строит, сооружении, нек-рых пром. конструкций), исправления дефектов, в быту; используются ЛКМ естеств. сушки (см. ниже).
2. Валковый - механизир. нанесение ЛКМ с помощью системы валиков обычно на плоские изделия (листовой и рулонный прокат, полимерные пленки, щитовые элементы мебели, бумага, картон, металлич. фольга).
3. Окунание в ванну, заполненную ЛКМ. Традиционные (органоразбавляемые) ЛКМ удерживаются на пов-сти после извлечения изделия из ванны вследствие смачивания. В случае водоразбавляемых ЛКМ обычно применяют окунание с электро-, хемо- и термоосаждением. В соответствии со знаком заряда пов-сти окрашиваемого изделия различают ано- и катофоретич. электроосаждение - частицы ЛКМ движутся в результате электрофореза к изделию, к-рое служит соотв. анодом или катодом. При катодном электроосаждении (не сопровождающемся окислением металла, как при осаждении на аноде) получают лакокрасочные покрытия, обладающие повыш. коррозионной стойкостью. Применение метода элект-роосаждения позволяет хорошо защитить от коррозии острые углы и кромки изделия, сварные швы, внутр. полости, но нанести можно только один слой ЛКМ, т. к. первый слой, являющийся диэлектриком, препятствует электроосаждению второго. Однако этот метод можно сочетать с предварит. нанесением пористого осадка из суспензии др. пленкообразователя; через такой слой возможно электроосаж. При хемоосаждении. используют ЛКМ дисперсионного типа, содержащие окислители; при их взаимод. с металлич. подложкой на ней создается высокая концентрация поливалентных ионов (Ме0:Ме+n), вызывающих коагуляцию приповерхностных слоев ЛКМ. При термоосаждении осадок образуется на нагретой пов-сти; в этом случае в воднодисперсионный
ЛКМ вводят спец. добавку ПАВ, теряющего р-римость при нагревании.
4. Струйный облив (налив) - окрашиваемые изделия проходят через "завесу" ЛКМ. Струйный облив применяют для окраски узлов и деталей разл. машин и оборудования, налив - для окраски плоских изделий (напр., листового металла, щитовых элементов мебели, фанеры).
Методы облива и окунания применяют для нанесения ЛКМ на изделия обтекаемой формы с гладкой пов-стью, окрашиваемые в один цвет со всех сторон. Для получения Л, п. равномерной толщины без подтеков и наплывов окрашенные изделия выдерживают в парах р-рителя, поступающих из сушильной камеры.
5. Распыление:
а) пневматическое - с помощью ручных или автоматич. пистолетообразных краскораспылителей, ЛКМ с т-рой от комнатной до 40-85 °С подается под давлением (200-600 кПа) очищенного воздуха; метод высокопроизводителен, обеспечивает хорошее качество лакокрасочных покрытий на пов-стях разл. формы;
б) гидравлическое (безвоздушное), осуществляемое под давлением, создаваемым насосом (при 4-10 МПа в случае подогрева ЛКМ, при 10-25 МПа без подогрева);
в) аэрозольное - из баллончиков, заполненных ЛКМ и пропеллентом; применяют при подкраске автомашин, мебели и др.
Существ. недостаток методов распыления - большие потери ЛКМ (в виде устойчивого аэрозоля, уносимого в вентиляцию, из-за оседания на стенах окрасочной камеры и в гидрофильтрах), достигающие 40% при пневмораспылении. С целью сокращения потерь (до 1-5%) используют распыление в электростатич. поле высокого напряжения (50-140 кВ): частицы ЛКМ в результате коронного разряда (от спец. электрода) или контактного заряжения (от распылителя) приобретают заряд (обычно отрицательный) и осаждаются на окрашиваемом изделии, служащем электродом противоположного знака. Этим методом наносят многослойные лакокрасочные покрытия на металлы и даже неметаллы, напр. на древесину с влажностью не менее 8%, пластмассы с токопроводящим покрытием.
Методы нанесения порошковых ЛКМ: насыпание (насеивание); напыление (с подогревом подложки и газопламенным или плазменным нагревом порошка, либо в электростатич. поле); нанесение в псевдоожиженном слое, напр. вихревом, вибрационном.
Мн. методы нанесения ЛКМ применяют при окраске изделий на конвейерных поточных линиях, что позволяет формировать лакокрасочные покрытия при повыш. т-рах, а это обеспечивает их высокие техн. св-ва.
Получают также т. наз. градиентные лакокрасочные покрытия путем одноразового нанесения (обычно распылением) ЛКМ, содержащих смеси дисперсий, порошков или р-ров термодинамически несовместимых пленкообразователей. Последние самопроизвольно расслаиваются при испарении общего р-рителя или при нагр. выше т-р текучести пленкообразователей. Вследствие избират. смачивания подложки один пленко-образователь обогащает поверхностные слои лакокрасочных покрытий, второй - нижние (адгезионные). В результате возникает структура многослоевого (комплексного) лакокрасочного покрытия.
Сушку (отверждение) нанесенных ЛКМ осуществляют при 15-25 °С (холодная, естеств. сушка) и при повыш. т-рах (горячая, "печная" сушка). Естеств. сушка возможна при использовании ЛКМ на основе быстровысыхающих термопластичных пленкообразователей (напр., перхлорвиниловых смол, нитратов целлюлозы) или пленкообразователей, имеющих ненасыщ. связи в молекулах, для к-рых отвердителями служат О2 воздуха или влага, напр. алкидные смолы и полиуретаны соотв., а также при применении двухупаковочных ЛКМ (отвердитель в них добавляется перед нанесением). К последним относятся ЛКМ на основе, напр., эпоксидных смол, отверждаемых ди- и полиаминами.
Сушку ЛКМ в пром-сти осуществляют обычно при 80-160 °С, порошковых и нек-рых специальных ЛКМ - при 160-320 °С. В этих условиях ускоряется улетучивание р-ритсля (обычно высококипящего) и происходит т. наз.
термоотверждение реакционноспособных пленкообразователей, напр. алкидных, меламино-алкидных, феноло-формальд. смол. наиб. распространенные методы термоотвсрждения -конвективный (изделие обогревается циркулирующим горячим воздухом), терморадиационный (источник обогрева - ИК излучение) и индуктивный (изделие помещается в переменное электромагн. поле). Для получения лакокрасочных покрытий на основе ненасыщ. олигомеров используют также отверждение под действием УФ излучения, ускоренных электронов (электронного пучка).
В процессе сушки протекают разл. физ.-хим. процессы, приводящие к формированию лакокрасочных покрытий, напр. смачивание подложки, удаление орг. р-рителя и воды, полимеризация и (или) поликонденсация в случае реакционноспособных пленкообразователей с образованием сетчатых полимеров (см. также Отверждение). Формирование лакокрасочных покрытий из порошковых ЛКМ включает оплавление частиц пленкообразователя, слипание возникших капелек и смачивание ими подложки и иногда термоотверждение. Пленкообразование из воднодисперсионных ЛКМ завершается процессом аутогезии (слипания) полимерных частиц, протекающим выше т. наз. миним. т-ры пленкообразования, близкой к т-ре стеклования пленкообразователя. Формирование лакокрасочных покрытий из органодисперсионных ЛКМ происходит в результате коалесценции полимерных частиц, набухших в р-рителе или пластификаторе в условиях естеств. сушки, при кратковременном нагревании (напр., 3-10 с при 250-300 °С).
Промежуточная обработка лакокрасочных покрытий: 1) шлифование абразивными шкурками ниж. слоев лакокрасочных покрытий для удаления посторонних включений, придания матовости и улучшения адгезии между слоями; 2) полирование верх, слоя с использованием, напр., разл. паст для придания лакокрасочным покрытиям зеркального блеска.
Пример технол. схемы окраски кузовов легковых автомобилей (перечислены последоват. операции): обезжиривание и фосфатирование пов-сти, сушка и охлаждение, грунтование электрофорезной грунтовкой, отверждение грунтовки (180 °С, 30 мин), охлаждение, нанесение шумоизолирующего, герметизирующего и ингибирующего составов, нанесение эпоксидной грунтовки двумя слоями, отверждение (150 °С, 20 мин), охлаждение, шлифование грунтовки, протирка кузова и обдув воздухом, нанесение двух слоев алкидно-меламиновой эмали, сушка (130-140 °С, 30 мин).
Свойства покрытий определяются составом ЛКМ (типом пленкообразователя, пигментом и др.), а также структурой покрытий. Наиб. важные физ.-мех. характеристики лакокрасочных покрытий - адгезионная прочность к подложке (см. Адгезия), твердость, прочность при изгибе и ударе. Кроме того, лакокрасочные покрытия оцениваются на влагонепроницаемость, атмосферостойкость, химстойкость и др. защитные св-ва, комплекс декоративных св-в, напр. прозрачность или укрывистость (непрозрачность), интенсивность и чистота цвета, степень блеска.
Укрывистость достигается введением в ЛКМ наполнителей и пигментов. Последние могут выполнять также и др. ф-ции: окрашивать, повышать защитные св-ва (противокоррозионные) и придавать спец. св-ва покрытиям (напр., электропроводимость, теплоизолирующую способность). Объемное содержание пигментов в эмалях составляет <30%, в грунтовках - ок. 35%, а в шпатлевках - до 80%. Предельный "уровень" пигментирования зависит также от типа ЛКМ: в порошковых красках - 15-20%, а в воднодисперсионных - до 30%.
Большинство ЛКМ содержат орг. р-рители, поэтому произ-во лакокрасочных покрытий является взрыво- и пожароопасным. Кроме того, применяемые р-рители токсичны (ПДК 5-740 мг/м3). После нанесения ЛКМ требуется обезвреживание р-рителей, напр. термич. или каталитич. окислением (дожиганием) отходов; при больших расходах ЛКМ и использовании дорогостоящих р-рителей целесообразна их утилизация - поглощение из паровоздушной смеси (содержание р-рителей не менее 3-5 г/м3) жидким или твердым (активированный уголь, цеолит) поглотителем с послед. регенерацией, В этом отношении преимущество имеют ЛКМ, не содержащие орг.
р-рителей (см. Водоэмульсионные краски, Порошковые краски), и ЛКМ с повышенным ( /70%) содержанием твердых в-в. В то же время наилучшими защитными св-вами (на единицу толщины), как правило, обладают лакокрасочные покрытия из ЛКМ. используемых в виде р-ров. Бездефектность лакокрасочных покрытий, улучшение смачивания подложки, устойчивость при хранении (предотвращение оседания пигментов) эмалей, водно- и органо-дисперсионных красок достигается введением в ЛКМ на стадии изготовления или перед нанесением функцион. добавок; напр., рецептура воднодисперсионных красок обычно включает 5-7 таких добавок (диспергаторы, стабилизаторы, смачиватели, коалесценты, антивспениватели и др.).
Для контроля качества и долговечности лакокрасочных покрытий проводят их внеш. осмотр и определяют с помощью приборов (на образцах) св-ва - физико-мех. (адгезия, эластичность, твердость и др.), декоративные и защитные (напр., антикоррозионные св-ва, атмосферостойкость, водопоглощение). Качество лакокрасочных покрытий оценивают по отдельным наиб. важным характеристикам (напр., атмосферостойкие лакокрасочные покрытия - по потере блеска и мелению) или по квалиметрич. системе: лакокрасочные покрытия в зависимости от назначения характеризуют определенным набором п св-в, значения к-рых xi(i[n) выражают в виде оценок (безразмерные относит. величины) и представляют как комплексную характеристику (R):
где хi=(ai/a6макс); хi0=(aмин/a6) (ai, a6мин и а6мaкс - текущее, минимальное и максимальное базовые значения характеристич. св-ва); ki, - весомость 1-го св-ва (устанавливается для каждого типа лакокрасочных покрытий); К - масштабный коэф. Так, при комплексной характеристике атмосферостойких лакокрасочных покрытий n=4-7 (определяют адгезию, эластичность, меление и др.).
Условие эксплуатац. пригодности лакокрасочных покрытий: xi>xi0 или R>0, а нормативная долговечность определяется временем, в течение к-рого св-ва лакокрасочных покрытий будут ухудшаться до R=0; поэтому R наз. ресурсом качества лакокрасочных покрытий.
Долговечность лакокрасочных покрытий зависит не только от исходной величины R, но и от интенсивности внеш. разрушающих факторов (для атмосферостойких лакокрасочных покрытий - солнечное излучение, влажность, средняя т-ра и ее перепады и др.). Механизм разрушения покрытий существенно зависит также от природы пленкообразователя, каталитич. активности пигментов и др. Так, перхлорвиниловые лакокрасочные покрытия разрушаются в осн. вследствие термо- и фотохим. разложения с выделением НСl, густосетчатые эпоксидные и полиэфирные - из-за возрастания внутр. напряжений, вызывающих ухудшение адгезионной прочности и снижение эластичности (вплоть до появления трещин). Чаще всего осн. фактором разрушения лакокрасочных покрытий на основе термореактивных пленкообразователей служит отверждение, продолжающееся (хотя и с миним. скоростью) при эксплуатации лакокрасочных покрытий. Долговечность совр. атмосферостойких лакокрасочных покрытий (в умеренном климате) составляет 7-10 лет, водостойких - 3-5 лет, термостойкие выдерживают до 300 °С (кратковременно - 600 °С и более).
Лит.: Крылова И. А.. Котлярский Л. Б.. Стуль Т. Г.. Электроосаждение как метод получения лакокрасочных покрытий. М.. 1974; Чеботаревский В. В.. Кондратов Э. К., Технология лакокрасочных покрытий в машиностроении. М.. 1978; Яковлев А. Д., Химия и технология лакокрасочных покрытий. Л.. 1981; Рейбман А, И., Защитные лакокрасочные покрытия, 5 изд.. Л., 1982; Яковлев А. Д., Евстигнеев В. Г.. Гисин П. Г.. Оборудование для получения лакокрасочных покрытий. Л., 1982: Автоосаждение - новый метод полумения полимерных покрытий. Л.. 1983; Лебедев В. П., Калдма Р.Э., Справочник по противокоррозионным лакокрасочным покрытиям. Хар., 1988.
В. В. Верхоланцев.
===
Исп. литература для статьи «ЛАКОКРАСОЧНЫЕ ПОКРЫТИЯ»: нет данных
Страница «ЛАКОКРАСОЧНЫЕ ПОКРЫТИЯ» подготовлена по материалам химической энциклопедии.