Лакокрасочные материалы и растворители

Министерство образования  и науки Российской Федерации

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального  образования

Владимирский государственный  университет

Имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых

 

 

 

 

 

 

КАФЕДРА

Химии

 

 

Реферат

по дисциплине: химия и транспорт

 

 

тема: Лакокрасочные материалы и растворителя

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:

студент  гр. ЗАТу-110

Федорин В.В.

Проверил:

доцент

Подгорнова Г.А.

 

 

 

 

 

 

 

 

Владимир 2013

Содержание:

 

Введение………………………………………………..……………….3

1. Химический состав краски………………………….………………6

2. Применение красок………………………………….………………10

3. Масляная краска…………………………………….……………….11

4. Лак……………………………………………………………………13

4.1.Масляные лаки…………………………………..….……….13

4.2.Смоляные лаки……………………………………………….13

4.3.Целлюлозные лаки…………………………………….……..13

4.4.Эпоксидные лаки……………………………………….…….14

4.5.Нитроцеллюлозные лаки……………………………………..14

4.6.Полиакриловые лаки…………………………………………14

5.Растворители лаков………………………………………………....…15

5.1.Водорастворимые лаки и краски………………………….…15

5.2.Другие растворители лаков……………………………….….15

Заключение…………………………………………………………….…16

Список используемой литературы………………………………..….…17

 

Введение

 

Лакокрасочные материалы (ЛКМ) - это многокомпонентные составы (жидкие, пастообразные или порошкообразные), которые при нанесении тонким слоем на твердую подложку высыхают с образованием лакокрасочного покрытия с заданными свойствами.

Все лакокрасочные материалы  являются дисперсными системами.

Дисперсная система - это система, состоящая из двух или более фаз, одна из которых - дисперсная фаза - распределена в другой фазе - дисперсионной среде - в виде мелких твердых частиц, капель или пузырьков.

Дисперсность - степень  раздробленности вещества на частицы. Чем меньше частицы, тем выше дисперсность.

К дисперсным системам относятся:

Суспензии - системы, в  которых частицы твердой фазы распределены в жидкой среде во взвешенном состоянии. Суспензиями являются готовые  краски, эмали, шпатлевки.

Эмульсии - системы, в  которых мельчайшие капельки жидкой фазы распределены в жидкой среде. Примером эмульсии может служить молоко.

Латекс синтетический - водная дисперсия синтетических  полимеров, выступает в роли связующего (пленкообразующего) вещества при производстве ЛКМ на водной основе.

По составу и назначению ЛКМ подразделяют на лаки, грунтовки, шпатлевки, краски (в том числе эмали).

Лак - раствор пленкообразующих веществ в воде или органических растворителях, может содержать  растворимые красители, сиккативы, пластификаторы, отвердители, матирующие вещества и образует после высыхания твердую, прозрачную, однородную пленку, прочно сцепленную с поверхностью. Лаки придают поверхности декоративный вид и создают защитные покрытия.

Грунтовка (грунт) - суспензия  пигмента или смеси пигментов  и наполнителей в связующем веществе. Образует после высыхания однородную непрозрачную пленку с хорошей адгезией к подложке ( адгезия- прилипание, сцепление). Грунтовки образуют нижние слои покрытий, создавая надежное сцепление верхних слоев покрытия с окрашиваемой поверхностью. Кроме того, они защищают металл от коррозии, выделяют структуру древесины, закрывают поры материала, выравнивают и создают однородную поверхность перед окраской.

Шпатлевка - густая вязкая масса, состоящая из пигментов, наполнителей или их смеси в связующем веществе с введением добавок или без них, для выравнивания шероховатых, пористых и волнистых поверхностей перед их окраской. Содержание наполнителей и пигментов в шпатлевке в несколько раз превышает количество пленкообразующего.

Краски - однородные суспензии  пигментов или их смеси с наполнителями в связующем веществе, образующие после высыхания однородную непрозрачную твердую окрашенную пленку. Основой воднодисперсионных красок являются синтетические латексы (иногда такие краски называют латексными), водные эмульсии алкидных смол и др. Могут также содержать эмульгаторы, диспергаторы, сиккативы, пеногасители и другие аддитивы (добавки).

Эмаль - суспензия высокодисперсного  пигмента или смеси его с наполнителями  в связующем, образующая после высыхания  однородную непрозрачную твердую окрашенную пленку. В остальном эмаль похожа на краску.

Краски - это более общее, неточное название цветных веществ (пигментов, красителей). В виде красок выступают суспензии из пигментов в плёнкообразующих веществах и применяются в качестве защитных и декоративных покрытий, а также изобразительном искусстве. Они содержат наполнители, растворители, пластификаторы,отвердители.  
Самое первое красящее вещество, которое было применено как краситель — сажа. Мел и охры стали известны около 30 тыс. лет назад. Примерно б тыс. лет назад художники начали применять в качестве пигментов малахит, лазурит и киноварь. В V в. до н. э. к ним добавились также свинцовые белила, сурик, глёт. Первоначально рисунки создавались только с помощью пигментов — мелко истолчённых твёрдых окрашенных веществ. Позднее в их состав стали вводить связующие вещества (кровь животных, яичный желток) — так получиликраски. До наших дней дошли изображения, возраст которых исчисляется сотнями, а то и тысячами лет — и всё это благодаря долговечности минеральных красок. Обширную группу природных пигментов составляютохры (от греч. «охрос» — «бледный», «желтоватый»). 

Химический  состав краски

 

Химический состав краски включает гидратированные (включающих в химическом составе воду) оксиды железа (Fe₂O₃•Н₂O; Fe₂O₃•3Н₂О). При прокаливании охра теряет кристаллизационную воду, и пигмент превращается в красящее вещество красного оттенка. В наше время охры используются в производстве резины, цемента, бумаги, пластмассы, однако их постепенно вытесняют синтетические жёлтые железооксидные пигменты. Если в химический состав краски входят минералы, содержащие оксиды марганца, то получаемое красящее вещество имеет коричневый цвет (вспомните, когда долго постоит марганцовка, то постепенно раствор становится коричневатым из-за наличия оксида марганца MnO₂). Такие пигменты называются умброй. Пигмент тёмно-красного цвета — железный сурик — это оксид железа (III) с примесями силиката алюминия и кварца. Сурик — пигмент универсальный, устойчивый к свету, поэтому он широко используется для окраски деревянных и металлических предметов, а также цемента. 
В древние времена природный минерал синего цвета лазурит (или ляпис-лазурь) Na₃Ca[AlSiO₄]₃S ценился дороже золота. Минеральная краска из этого истолчённого в мелкий порошок камня называлась ультрамарином. Позднее сплавлением каолина с карбонатом натрия и серой (или сульфатом натрия и углём) стали получать искусственный ультрамарин. Химический состав краски "ультрамарин": Na₈Al₆Si₆O₂₄S. Другая известная минеральная краска синтетического происхождения — «прусская лазурь» K[Fe_IIFe_III(CN)₆], впервые полученная в 1704 г. В качестве зелёного пигмента долго использовалась так называемая богемская земля — минерал авгит (Ca, Na) (Mg, Fe²⁺, Fe³⁺, Al, Ti) [(Si, Al)₂O₆]. Затем стали готовить краски на основе оксида хрома(Ш) и его гидрата. С открытием в 30-х гг. XX в. фталоцианинов хромовые красители были почти вытеснены ими. Белые пигменты составляют более 60 % всех современных красящих веществ. Их применяют для изготовления лакокрасочных материалов не только белого, но и других цветов, а также в производстве пластмасс, бумаги, строительных материалов, керамики и др. В древности широко применялись свинцовые белила — основной карбонат свинца 2PbСО₃•Pb(ОН)₂. На протяжении многих веков люди ничего не знали о токсичности свинца, поэтому свинцовые белила входили в состав даже некоторых косметических средств. Сейчас свинцовые белила практически полностью заменены диоксидом титана, цинковыми белилами (оксидом цинка), литопоном (смесью сульфида цинка и сульфата бария). В художественных красках могут использоваться также пигменты, не имеющие широкого распространения из-за высокой стоимости (кобальтовые краски) либо из-за токсичности (например, сульфиды кадмия и ртути). При смешивании пигментов с растительными клеями (пшеничным крахмалом, декстрином и др.) получают акварели (от лат. aqua — «вода») — краски, разводимые водой. Если в пигментно-клеевую смесь добавить белила, красочный слой будет более плотным. Такие краски называются гуашью (от ит. guazzo — «водяная краска»). На основе растительных масел или синтетических смол готовят масляные краски. Помимо минеральных красок уже в древности широко применялись краски растительного и животного происхождения. Они обладают большим количеством оттенков, но гораздо менее долговечны. В качестве красителей издавна использовались сок крушины, шафрана, черники, резеды, вытяжки из коры дуба, ольхи. Любимую краску древнеримской знати — пурпур добывали из желёз средиземноморского моллюска иглянки. Улиток измельчали и полученным соком пропитывали ткань. На воздухе этот сок приобретал пурпурный цвет. Правда, одежды из ткани такого цвета были доступны лишь патрициям: для получения 1 г красителя требовалось переработать более 8 тыс. моллюсков. Высоко ценили также карминовый краситель (кошениль) извлекаемый из червеца карминоносного. 200 тыс. жучков давали всего лишь 1 г красящего вещества. Из Индии в Европу попал другой краситель - индиго. Первоначально его получали из листьев индигоферы. Из 100 кг листьев выходило3 кг индиго. В середине XIX удалось синтезировать «анилиновый красный», или фуксин (от названия красных цветков фуксии). При нагревании в запаянной трубке анилина C₆H₅NH₂ с дихлорэтаном СН₂Cl—СН₂Сl получилось вещество красного цвета, окрашивающее шелк и шерсть. Тогда же было получено красновато-фиолетовое вещество, позднее названное мовеином (от фр. mauve — «мальва») за сходство с окраской цветов мальвы. Промышленное производство мовеина стало началом развития анилинокрасочной промышленности. После открытия английским химиком Петером Гриссом в 1857 г. реакции диазотирования началось производство азокрасителей — самого многочисленного класса органических красителей. Грисс обнаружил, что при обработке ароматических аминов азотистой кислотой образуется неустойчивая диазониевая соль, а в результате её взаимодействия с некоторыми соединениями (фенолами, ароматическими аминами) появляются окрашенные продукты: однако, несмотря на впечатляющие успехи промышленного синтеза красителей, индиго всё ещё получали традиционным способом — из растительного сырья. В 1866 г. к изучению «короля красителей» приступил Адольф Байер. Ему удалось установить молекулярное строение этого вещества и в 80-х гг. наладить его лабораторный синтез. И лишь в конце 90-х гг. XIX в. было начато промышленное производство индиго.

К началу XX в. было получено более 1200 синтетических органических красителей. К сожалению, их производство и в наши дни остаётся одним  из самых загрязняющих окружающую среду, поэтому сейчас исследовательские  работы в этой области направлены не на поиск новых красящих веществ, а на усовершенствование уже известных технологий. Состав современных красок сложный. Помимо красящего пигмента и плёнкообразующего вещества в состав краски могут входить растворители, разбавители, сиккативы (вещества, ускоряющие высыхание лакокрасочных материалов) и другие вспомогательные компоненты. В зависимости от типа плёнкообразующего вещества краски делятся не следующие: масляные краски, эмалевые краски, эмульсионные краски и порошковые краски.  
Масляные краски изготовляют на основе олиф — полимеризованных растительных масел (льняного, конопляного) или жидких алкидных смол. Эмали представляют собой взвеси тонко измельчённых пигментов в растворах лаков — плёнкообразующих веществ. Так называемые эмульсионные краски производят на основе водных дисперсий полимеров, например поливинилацетата, полиакрилатов, а порошковые краски— на основе сухих полимеров (полиэтилена, поливинилхлорида и др.), образующих при нагреве до определённой температуры прочные плёночные покрытия.

Ежегодно в мире производится около 10 млн. тонн лакокрасочных материалов. Этого количества хватило бы для  того, чтобы покрыть Землю по экватору красочным поясом шириной 2,5 км. О  взрывчатых свойствах нитроцеллюлозы известно практически каждому школьнику. Но не все знают, что её применение началось благодаря перепроизводству взрывчатых веществ после Первой мировой войны в автомобильной промышленности. При этом успешно была решена проблема утилизации опасного вещества ( нитроцеллюлозы) и начато производство лакокрасочных материалов на основе нитроцеллюлозы для окраски автомобильных кузовов.

Применение  красок

 

В настоящее время применение красок совершенно разнообразно. Лакокрасочные покрытия, используемые для окраски металлов, защищают их также от коррозии. О том, что некоторые пигменты обладают подобным свойством, было известно ещё в Древней Греции. Свинцовый сурик — смешанный оксид двух- и четырёхвалентного свинца 2PbО•PbО₂ — один из них. Со временем применение красок распространилось не только на декорацию деталей, но и с целью защитной функции. За счёт добавленного к пигменту связующего вещества удаётся равномерно наносить краску; кроме того, оно придаёт ей блеск. Но гораздо важнее то, что краска образует на поверхности предмета тонкую плёнку, защищающую эту поверхность от неблагоприятных внешних воздействий. Многообразие свойств пигментов позволило распространить применение красок для получения различных «профессий». Есть, например, «краски-пожарные»: при высоких температурах они выделяют вещества, не поддерживающие горение. Так, карбонат магния xMgCO₃•yMg(OH)₂•zH₂O выделяет воду и углекислый газ; гидроксид алюминия Al(ОН)₅•Н₂О и бораты цинка 2ZnO•3В₂О₃•3Н₂О — кристаллизационную воду. Пигменты-термоиндикаторы, изменяющие свою кристаллическую структуру и цвет при повышении или понижении температуры, могут стать своеобразными термометрами.

Масляная краска

 

Масляная краска на протяжении нескольких столетий является широко применялась при создании живописи. Маслом писали Рембрандт и Тициан, Репин и Суриков.

Масляную краску готовят, растирая пигмент с льняным маслом, которое вырабатывают из семян льна. Интересно, что не всякое масло подходит для приготовления масляной краски. Секрет техники живописи как раз и кроется в особом составе масла: оно состоит из сложных эфиров ненасыщенных органических кислот — олеиновой, линолевой и линоленовой. На воздухе масло высыхает, так как непредельные кислоты окисляются и полимеризуются. При этом образуется сухая прозрачная эластичная плёнка, которая закрепляет пигмент. Она настолько прочна, что картина не испортится, если даже намокнет под дождём. Окисление и «сшивка» отдельных молекул в плёнку происходит по местам двойных связей С=С, содержащихся в кислотных остатках. После того как картина написана, её оставляют для просушки. Древние мастера сушили картины долго — до полугода, и лишь затем покрывали их лаком — природными смолами, растворёнными в льняном масле. В наше время художники добавляют в масляную краску вещества, катализирующие процесс окисления масла, ускоряя тем самым образование плёнки. Светящаяся краска

Химики синтезировали  множество соединений, которые могут  светиться, оставаясь холодными. Такие  вещества называют люминофорами (от лат. lumen — «свет» и греч. «форос» — «несущий»). Неорганические люминофоры (светящаяся краска) состоят обычно из оксидов, сульфидов, фосфатов и силикатов с активирующими добавками (Sb, Mn, Sn, Ag, Cu и др.). Люминофор светится, когда на него попадает ультрафиолетовое излучение (как в ртутных лампах на улице) или поток быстрых электронов (как на экранах телевизоров и компьютеров). Например, в цветных телевизорах и мониторах синее свечение может давать ZnS, активированный серебром, зелёное — (Zn, Cd)S, активированный медью и алюминием, красное — Y₂(O, S)₃активированный европием. После возбуждения вещество может излучить свет практически сразу. Такое свечение называют флуоресценцией — от названия минерала флюорита CaF₂, у которого впервые обнаружено это явление. Флуоресцируют эозин (его добавляют к шампуням и экстрактам для ванн), яркие светящиеся краски для бакенов, цветных афиш, деталей одежды, специальных фломастеров (маркеров). Все они поглощают ультрафиолетовые и синие солнечные лучи, а излучают зелёные, оранжевые или красные. 
Сильной флуоресценцией обладает хинин, который используют не только как лекарство от малярии, но и добавляют к тонизирующим напиткам для придания им чуть горьковатого привкуса; такие напитки ярко светятся под действием ультрафиолетовых лучей. Светящиеся краски в ультрафиолете — важная часть защиты бумажных денег многих стран от подделки. 
Иногда люминесценция не исчезает сразу после прекращения действия источника возбуждения. Это — фосфоресценция (от греч. «фос» — «свет» и «форос» — «несущий»), которая может длиться от долей секунды до нескольких часов и даже суток. С неорганическими фосфорами знаком каждый: ими покрыты изнутри лампы дневного света, баллоны ртутных светильников на улицах, стрелки и цифры некоторых часов. Если предметы, покрытые люминофором длительного действия, «осветить» несколько минут на солнце, то потом в темноте в течение нескольких минут, а иногда и часов они будут светиться — сначала ярко, потом всё более тускло. 
Некоторые вещества — их называют электролюминофорами — светятся под действием электрического поля. Они обычно используются для световой сигнализации. Так, надпись «ВЫХОД», светящаяся зелёным светом в концертных залах, театрах и кинотеатрах, — это как раз пример электролюминофора.