Лакокрасочные материалы

Рис. 6. – Защитное лакокрасочное покрытие (в разрезе): 1 -фосфатный слой; 2 - грунт; 3 - шпатлевка. 4 и 5 - слои эмали.

При получении прозрачных покрытий лак наносят непосредственно на защищаемую поверхность. Технологический процесс получения комплексного лакокрасочного покрытия включает до нескольких десятков операций, связанных с подготовкой поверхности, нанесением ЛКМ, их сушкой (отверждением) и промежуточной обработкой. Выбор технологического процесса зависит от типа ЛКМ и условий эксплуатации лакокрасочного покрытия, природы подложки, формы и габаритов окрашиваемого объекта. Качество подготовки окрашиваемой поверхности в значительной степени определяет адгезионную прочность лакокрасочного покрытия к подложке и его долговечность. Подготовка металлических поверхностей заключается в их очистке ручным или механизированным инструментом, пескоструйной либо дробеструйной обработкой или др., а также химическими способами. Последние включают:

1) обезжиривание поверхности;

2) травление - удаление окалины, ржавчины и др. продуктов коррозии с поверхности (обычно после ее обезжиривания);

3) нанесение конверсионных  слоев (изменение природы поверхности; используется при получении долговечных  комплексных лакокрасочных покрытий). К нему относятся: фосфатирование, которое заключается в образовании на поверхности стали пленки нерастворимых в воде трехзамещенных ортофосфатов; оксидирование (чаще всего электрохимическим способом на аноде);

4) получение металлических подслоев - цинкование или кадмирование (обычно электрохимическим способом на катоде).

Химические методы обеспечивают высокое качество подготовки поверхности, но сопряжены с последней промывкой водой и горячей сушкой поверхностей, а следовательно, с необходимостью очистки сточных вод.

Свойства покрытий определяются составом ЛКМ (типом пленкообразователя, пигментом и др.), а также структурой покрытий. Наиболее важные физико-механические характеристики лакокрасочного покрытия - адгезионная прочность к подложке, твердость, прочность при изгибе и ударе. Кроме того, лакокрасочные покрытия оцениваются на влагонепроницаемость, атмосферостойкость, химстойкость и другие защитные свойства, комплекс декоративных свойств, например прозрачность или укрывистость (непрозрачность), интенсивность и чистота цвета, степень блеска. Укрывистость достигается введением в ЛКМ наполнителей и пигментов. Последние могут выполнять также и другие функции: окрашивать, повышать защитные свойства (противокоррозионные) и придавать специальные свойства покрытиям (электропроводимость, теплоизолирующую способность).

Адгезия (прилипание, притяжение) – сцепление поверхностей разнородных тел (подложки и лакокрасочные материалы), определяется силой химического взаимодействия молекул на поверхности раздела двух фаз. Адгезия является основополагающим свойством лакокрасочных пленок, которое основательно влияет на показатели практически всех других свойств и определяет пригодность использования данной краски для конкретной подложки. Степень адгезии зависит не только от прочности химических связей, но и от количества таковых. Пористость или шероховатость поверхности увеличивает адгезию, поскольку площадь поверхности взаимодействия краски и подложки в разы превышает линейную площадь окрашиваемого предмета. Для определения степени адгезии краски на практике используют два метода: решетчатого надреза (DIN 53151) и отрыва (ISO 4624).

Твердость лакокрасочного покрытия – способность пленки противостоять вдавливанию или проникновению в нее твердого тела. Важный параметр практически для всех видов красок и лаков, для промышленных материалов также очень важен такой параметр, как скорость набора твердости, напрямую связан с готовностью изделия к эксплуатации. Для измерения твердости используются три типа методов: устойчивость к царапанью (ASTM D3363), с помощью маятника (ISO 1522, ASTM D2134) и вдавливанием (ASTM D1474); при этом, каждый метод может быть реализован несколькими способами.

Эластичность – определяет способность лакокрасочной пленки принимать свою прежнюю форму после снятия деформирующего усилия. Для лакокрасочной пленки, это способность следовать за деформацией подложки без отслаивания и растрескивания. Изменение линейных размеров подложки могут возникать в результате изменения температуры и относительной влажности окружающей среды. Для измерения эластичности чаще всего применяют испытания на изгиб. Существуют также методы испытания эластичности на вдавливание (ISO 1520) либо проводят испытания на свободных пленках.

Износостойкость или абразивостойкость – физическое свойство, характеризующее устойчивость лакокрасочного покрытия к истиранию, является одним из основных параметров определяющих долговечность пленки. Для определения значения износостойкости используют различные абразивные среды, скорость воздействия и силу нагрузки. Самый распространенный способ – метод вращающегося диска (ISO 7784), когда абразивный диск с определенной скоростью, нагрузкой и временем воздействует на покрытие.

Следует отметить, что ни один из методов испытания не измеряет указанные величины в чистом виде. Например, измеряя твердость, можно получить удовлетворительные результаты царапаньем и плохие на маятнике, подобный пример можно продемонстрировать и для износостойкости. Происходит это потому, что на результаты оказывают влияния все указанные свойства, а также несколько других. Например: когезия, сила сцепления молекул внутри покрытия, влияет на показатели адгезии; пластичность, способность покрытия сохранять форму после снятия деформирующих сил, вносит серьезный вклад при измерении эластичности. В то же время износостойкость по природе своей совокупность физических параметров.

Большинство ЛКМ содержат органические растворители, поэтому производство лакокрасочного покрытия является взрыво- и пожароопасным. Кроме того, применяемые растворители токсичны (ПДК 5-740 мг/м3). После нанесения ЛКМ требуется обезвреживание растворителей,; при больших расходах ЛКМ и использовании дорогостоящих растворителей целесообразна их утилизация - поглощение из паровоздушной смеси (содержание растворителей не менее 3-5 г/м3) жидким или твердым (активированный уголь, цеолит) поглотителем с последующей регенерацией. В этом отношении преимущество имеют ЛКМ, не содержащие органических растворителей (водоэмульсионные краски, порошковые краски), и ЛКМ с повышенным содержанием твердых веществ. В то же время наилучшими защитными свойствами (на единицу толщины), как правило, обладают лакокрасочные покрытия из ЛКМ, используемых в виде растворов.

Бездефектность лакокрасочного покрытия, 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 функциональных добавок; например, рецептура воднодисперсионных красок обычно включает 5-7 таких добавок (диспергаторы, стабилизаторы, смачиватели, коалесценты, антивспениватели и др.).

Для контроля качества и долговечности лакокрасочные покрытия проводят их внешний осмотр и определяют с помощью приборов (на образцах) свойства - физико-механические (адгезия, эластичность, твердость и др.), декоративные и защитные (антикоррозионные свойства, атмосферостойкость, водопоглощение).

Качество лакокрасочные покрытия оценивают по отдельным наиболее важным характеристикам (например, атмосферостойкие лакокрасочные покрытия - по потере блеска и мелению) или по квалиметрической системе: лакокрасочные покрытия в зависимости от назначения характеризуют определенным набором n свойств, значения которых 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 свойства);

ki, - весомость i-го свойства (устанавливается для каждого типа лакокрасочного покрытия);

К - масштабный коэффициент.

Долговечность лакокрасочного покрытия зависит не только от исходной величины R, но и от интенсивности внешних разрушающих факторов (для атмосферостойких лакокрасочных покрытий - солнечное излучение, влажность, средняя температура и ее перепады и др.). Механизм разрушения покрытий существенно зависит также от природы пленкообразователя. каталитической активности пигментов и др. Долговечность современных атмосферостойких лакокрасочных покрытий (в умеренном климате) составляет 7-10 лет, водостойких - 3-5 лет, термостойкие выдерживают до 300 °С (кратковременно - 600 °С и более).