Класифікація, властивості, склад та сфери застосування різних лакофарбових матеріалів

Загальні відомості про лакофарбові матеріали.

1. Склад лакофарбових матеріалів.

Лакофарбові матеріали зазвичай являють собою рідкий продукт, який при нанесенні на поверхню утворює плівку, що зчепляється з підкладкою. Ця плівка покриває та захищає підкладку. Плівка, яка утворюється під час використання лаку, є безбарвною.

Лакофарбові матеріали складаються з низки різних сировинних компонентів, які поділяються на чотири групи: сполучні, пігменти/наповнювачі, розчинники та добавки. Всі вони мають своє значення для формування механічних, технічних, функціональних та естетичних властивостей лакофарбових матеріалів та готового покриття.

2. Сполучне.

Призначення сполучного – зв'язати компоненти фарби та зчепити її з підкладкою. Сполучні є твердими або рідкими полімерами. Тверді і дуже високов'язкі сполучні розчиняють до потрібної в'язкості для приготування фарби. Сполучне може являти собою і дрібні частинки у воді. Такий вид сполучного називають дисперсією.

Стійкість та адгезія до підкладки визначається сполучним. Тому класифікація лакофарбових матеріалів (ЛКМ), як правило, ґрунтується на типі сполучного, наприклад, латексні, алкідні, епоксидні, акрилатні, акрилові та інші фарби. Лакофарбові матеріали класифікуються по розріджувачу, тобто. водорозбавлювані та органорозчинні матеріали.

За механізмом висихання ЛКМ діляться на три групи: які висихають фізично, окисленням чи в результаті хімічної реакції.

Фізично висихаючими є, наприклад, латексні та хлоркаучукові фарби. Латексні фарби сохнуть в результаті випаровування води з них та зчеплення частинок сполучного між собою. Хлоркаучукові фарби сохнуть у міру випаровування з них розчинника (ксилолу).

До ЛКМ, що висихають в результаті окисної реакції, відносяться масляні та алкідні фарби. З цих матеріалів в першу чергу випаровується розчинник (уайт-спірит), після чого кисень повітря запускає реакцію полімеризації сполучного, в результаті якої твердіє лакофарбова плівка.

До групи ЛКМ, які сохнуть в результаті хімічної реакції, входять, наприклад, епоксидні та поліуретанові фарби, емалі гарячого сушіння та матеріали кислотного затвердіння. Сполучне цих матеріалів складається з двох частин, які самостійно не здатні утворити лакофарбову плівку. Сполучне епоксидних фарб складається з полімерного компонента і з затверджувача, які при перемішуванні вступають в реакцію і утворюють тверду лакофарбову плівку. В емалях гарячого сушіння реакція полімеризації викликається підвищенням температури, якій піддається нанесене лакофарбове покриття. Матеріали кислотного затвердіння висихають завдяки реакції двох компонентів, тобто амінової смоли з каталізатором (кислотою), введеним до складу фарби.

Нижче наведені основні групи сполучних з їх механізмами висихання.

Амінові смоли:

  • висихають в результаті реакції з іншим плівкоутворювачем під впливом тепла або кислотного каталізатора, наприклад, емалі гарячої сушіння або фарби кислотного отвердіння;
  • застосовуються як сполучне в матеріалах для фарбування виробів металообробної та меблевої промисловості.

Алкідні смоли:

  • висихання відбувається внаслідок окислення, тобто реакції окисної полімеризації;
  • використовуються як сполучне в алкідних фарбах і лаках.

Дисперсії та латекси:

  • сполучне у вигляді дрібних частинок знаходиться у воді;
  • висихання відбувається в результаті випаровування води, причому частинки схоплюються та утворюють суцільну плівку;
  • застосовуються в якості сполучного водорозчинних або, іншими словами, латексних фарб для внутрішніх та зовнішніх робіт;
  • Типовими видами дисперсій є полівінілацетатні (ПВА), стиролакрилатні та акрилатні дисперсії.

Епоксидні смоли:

  • сполучне являє собою епоксидну смолу, для висихання якої потрібне застосування окремого затверджувача;
  • сполучне може бути розчиненим (у розчиннику або воді) або нерозчиненим;
  • мають високу адгезію до підкладки і чудову хімічну стійкість;
  • використовуються як сполучне, наприклад, у протикорозійних ЛКМ і покриттях для підлог.

Рідке калієве скло:

  • одно- або двокомпонентне сполучне силікатних фарб з хімічним висиханням;
  • застосовується для зовнішнього та внутрішнього фарбування бетонних та оштукатурених поверхонь.

Хлоркаучук:

  • сполучне виготовляється шляхом хлорування розчину каучуку;
  • висихає у фізичний спосіб, тобто висихання відбувається у момент випаровування розчинника;
  • має чудову хімічну стійкість;
  • застосовується як сполучне фарб для сталевих конструкцій, суден і бетонних поверхонь.

Клей на основі житнього та пшеничного борошна:

  • сполучне фарб на червоній охрі;
  • виготовляється шляхом варіння;
  • застосовується на грубу поверхню деревини та колод.

Гашене вапно:

  • виготовляється додаванням води до паленого вапна;
  • висихає під впливом вуглекислого газу повітря;
  • застосовується, особливо, для фарбування оштукатурених поверхонь.

Силіконові смоли:

  • сполучне фарб для кам'яних фасадів;
  • покращує водовідштовхувальні властивості покриття.

Уретанові смоли:

  • можуть бути одно- та двокомпонентними;
  • висихають у результаті хімічної реакції;
  • застосовуються, зокрема, в ЛКМ для меблевої та автомобільної промисловості.

Олії:

  • поділяються на сирі, варені (оліфа) та полімеризовані олії;
  • властивості висихання залежать від типу олії;
  • висихають окисненням;
  • застосовуються в якості сполучного, наприклад, в масляних фарбах, антисептиках і масляних захисних складах.

3. Пігменти та наповнювачі.

Пігменти є подрібненими барвниками, які надають лакофарбовому матеріалу покриваність і колір. Чим дрібніші частинки пігменту і чим більша його концентрація у фарбі, тим більш укриваста фарба. До того ж пігменти захищають лакофарбову плівку та підкладку від УФ-випромінювання. У ЛКМ для зовнішніх робіт дуже важливо, щоб застосовувалися атмосферостійкі пігменти.

Кольорові пігменти поділяються на органічні та неорганічні. Неорганічними є, наприклад, окиси заліза, тобто жовта та червона охра, сажа та двоокис титану (найпоширеніший білий пігмент). Неорганічні пігменти, як правило, мають високу покриваність, проте, барвна інтенсивність поступається органічним пігментам.

Органічними є, наприклад, фталосині та зелені пігменти. Органічні пігменти відрізняються від неорганічних сильнішою яскравістю кольору. Показники стійкості органічних пігментів різко змінюються.

З кольорових пігментів виготовляються пігментні пасти, які використовуються для кольорування різних базисів у лакофарбовому виробництві та в магазинах. За допомогою пігментних паст лише кілька базисних фарб можна кольорувати у безліч різних кольорів. Таким чином магазинам не доводиться тримати на своїх складах величезні кількості готових матеріалів і за бажанням покупця 'на місці' приготувати фарбу практично будь-якого кольору без будь-яких обмежень (кольорові каталоги містять, як правило, до кількох тисяч відтінків кольорів). Різні базиси фарб відрізняються різним вмістом двоокису титану. Чим більш насичений колір необхідно отримати, тим менший вміст двоокису титану має бути у відповідному базисі. Базиси з меншим вмістом двоокису титану – прозоріші (При відсутності пігменту – фарба прозора). Фарби різних виробників мають різну кількість базисів. Наприклад, Tikkurila має їх два ('А' - білий базис, 'С' - прозорий), американські Sherwin-Williams та Benjamin Moore - понад чотири.

Наповнювачі мають нижчу покриваність, ніж білі і кольорові пігменти. У сухому вигляді наповнювачі білі, але в процесі змочування сполучними вони перетворюються на прозорі рідини. За допомогою наповнювачів регулюється в'язкість фарби, твердість, блиск, наповнюваність, а також фізико-механічні та хімічні властивості лакофарбового покриття.

Загальноприйнятими наповнювачами є крейда, каолін, тальк та барит. Як матуюча речовина служить діоксид кремнію.

Протикорозійні пігменти застосовуються в лакофарбових матеріалах, призначених для покриття металоконструкцій. Раніше в якості протикорозійних пігментів використовувалися різні сполуки свинцю. Нині прагнуть уникнути застосування пігментів із вмістом важких металів, тому сьогодні широко застосовується фосфат цинку.

4. Розчинники.

Розчинні речовини ЛКМ можна спрощено поділити на розчинники та розріджувачі. Розчинник розчиняє сполучне і водночас знижує в'язкість, тобто плинність фарби. Розріджувач тільки знижує в'язкість. За допомогою розчинників та розріджувачів регулюється технологічність, розлив фарби та висихання лакофарбового покриття.

Застосовуваний у фарбі розчинник визначає категорію займистості ЛКМ.

Крім води, розчинники та розріджувачі є леткі органічні сполуки - так звані VOC (Volatile Organic Compound або українською ЛОС) - речовини, які, як правило, випаровуються з ЛКМ. Чим вище число випаровування, тим швидше розчинник випаровується. Число випаровування ацетону - 7,7; бензину-розчинника – 0,2; етиленгліколю – 0,01. Властивості випаровування характеризують технологічність фарби, плівкоутворення, розлив, в'язкість та висихання. Розчинна здатність розчинників варіюється в залежності від того, які сполучні вони розчиняють. За своєю здатністю розчиняти, наприклад, ксилол і толуол є ​​більш ефективними, ніж уайт-спірит. Придатний для даного ЛКМ розчинник, як правило, вказується в технічній характеристиці ЛКМ. Неправильний розчинник може зіпсувати матеріал.

У водорозбавлюваних дисперсійних фарбах застосовуються незначні кількості розчинників, що повільно випаровуються. Розчинники розм'якшують частинки сполучного та сприяють їх схоплюванню та утворенню суцільної лакофарбової плівки. До того ж, вони уповільнюють процес висихання фарби. В даний час існують і дисперсії, які взагалі не вимагають присутності розчинників.

5. Добавки.

Призначення добавок – покращити різні властивості фарб. Їхня кількість у складі фарб невелика, але вони можуть поліпшити якість покриття вирішальним чином. Так само в процесі виробництва фарби - для його полегшення - потрібні різні добавки.

Алкідні матеріали потребують сикативів. Вони сприяють та прискорюють висихання лакофарбової плівки. У більшості фарб потрібні різні згущувачі. Дані добавки покращують безпеку фарби, полегшують нанесення, запобігають появі патьоків, тобто позначаються на в'язкості фарби. Водорозчинні фарби потребують великої кількості різних добавок. Диспергуючі речовини розщеплюють частинки пігментів і наповнювачів у процесі перетирання, піногасники виключають піноутворення при виготовленні та нанесенні фарби. Щоб уникнути появи та розмноження бактерій у тарі, водорозбавлювані фарби потребують також і консервуючих добавок. Зовнішнім фарбам, у свою чергу, потрібні добавки від появи плісняви ​​в лакофарбовому покритті.