Исходные основные связующие и вспомогательные вещества для лакокрасочных материалов

Для красочных веществ (красок) в качестве связующих органического происхождения и их ингредиентов применяют олифы, клеи, полимеры, растворители, пластификаторы (мягчители).

Олифы являются основным связующим веществом для приготовления масляных красочных веществ. Они могут быть натуральными, полунатуральными и искусственными (синтетическими).

Натуральные олифы — продукты нагрева до температуры 160—270°С («варки») растительных высыхающих масел (льняного, конопляного, тунгового) при непрерывном перемешивании и продувании (через масло) воздуха.

В целях ускорения высыхания олифы в процессе варки масел в них добавляют сиккативы — соли оксидов свинца, марганца, кобальта или растворы других металлических солей жирных кислот в органических растворителях. Таким образом, при приготовлении натуральной олифы осуществляется процесс полимеризации исходного мономера. Например, льняное масло по своей химической природе является глицерином, т. е. сложным эфиром трехатомного спирта, глицерина — СзН5(ОН)з и жирных непредельных кислот. В результате продолжительного нагревания при температуре около 270 °C или продувании горячего воздуха (оксидации) молекулы масла соединяются друг с другом по месту двойных связей, имеющихся у жирных кислот, т. е. полимеризуются, образуя макромолекулу полимера, — олифы. Пленка, полученная после высыхания полимеризованного масла — натуральной олифы, содержит 100% масла и отличается повышенной водостойкостью, эластичностью, достаточной прочностью, глянцевитостью и атмосферостойкостью. Натуральные олифы применяют в строительстве для получения высококачественных красочных веществ. Вследствие дефицитности сырья их используют лишь для окраски металлических конструкций, оконных переплетов зданий, приготовления оконной замазки и т. п.

Полунатуральные олифы — вязкие продукты термообработки («варки») при температуре до 300 °C некоторых полувысыхающих и невысыхающих растительных масел — подсолнечного, соевого или хлопкового. Кроме того, уплотнение масел при получении таких олиф достигается окислительной полимеризацией, путем продувания через слой масла воздуха, нагретого до 150 °C. Полученные вязкие полимеризованные масла разбавляют до жидкой консистенции органическими растворителями.

Полунатуральные олифы бывают: олифа-оксоль, оксоль-полимеризованная, оксоль-смесь. Такие олифы содержат до 45% органических растворителей и позволяют экономить исходные масла. Так, например, олифа-оксоль — продукт окисления продуванием воздуха при нагревании льняного или конопляного масла с последующим добавлением растворителя (уайт-спирита) — широко используется для малярных работ в сооружениях I и II классов. В зависимости от исходного сырья олифу-оксоль выпускают двух марок: В и ПВ. Олифы марки В (из льняного или конопляного масла) используют для наружных и внутренних малярных работ. Олифу марки ПВ (из подсолнечного и других масел) используют для малярных работ только внутри помещений. Полунатуральные олифы имеют более широкое применение в строительстве, чем другие виды олиф. Следует отметить, что олифа-оксоль и натуральные олифы являются пожарои взрывоопасными материалами.

Пленки затвердевших полунатуральных олиф отличаются (по сравнению с пленками натуральных олиф) меньшей эластичностью, быстрым старением и меньшей долговечностью.

Искусственные (синтетические) олифы представляют собой пленкообразующие вещества, получаемые из непищевых продуктов и, в отличие от натуральных или полунатуральных олиф, не содержат растительных масел или могут содержать их не более 30% по массе. Наибольшее применение в строительстве получили алкидные олифы: глифталевая, пентафталевая, состоящие из 50% алкидной основы и 50% уайт-спирита, олифа-синтоль и олифа-карбоноль.

Глифталевая олифа является раствором глифталевого полимера в уайт-спирите с добавлением до 35% растительных масел. Олифа-синтоль — раствор продуктов окисления керосина в бензоле или некоторых других органических растворителях. Олифа-карбоноль — раствор алюминиевых и кальциевых солей некоторых органических кислот в уайт-спирите. Эти олифы предназначаются для.

Рис. 16.1. Определение вязкости натуральных олиф с помощью воронки НИЛКа:

изготовления масляных и алкидных красочных веществ, а также используются при разбавлении густотертых красок до малярной консистенции.

Для характеристики и оценки качества олиф (натуральных и полунатуральных) определяют их вязкость, цвет, прозрачность, количество сиккатива и растворителя, продолжительность высыхания, эластичность пленки на изгиб. Кроме того, часто определяют число омыления, кислотное и йодное числа.

Вязкость относится к одному из важных показателей их качества. При значительной вязкости олифы красочное вещество с трудом распределяется на окрашиваемой поверхности, при малой вязкости — краска стекает с наклонных поверхностей. Вязкость олиф определяется с помощью специальных приборов (воронка НИЛКа, вискозиметр ВЗ-4) и характеризуется временем истечения в секундах 100 мл испытуемого материала из стандартного отверстия прибора при температуре 20±2°С. Так, например, Йодное число показывает количество галоида в граммах (в пересчете на йод), вступающего в химическое соединение со 100 г испытуемого масла. Этот показатель характеризует степень ненасыщенности (содержание кратных, двойных связей) масла, олифы и других алифатических соединений. Йодное число характеризует также способность масел к высыханию. Чем выше йодное число, тем интенсивнее протекают процессы окисления и полимеризации, тем быстрее олифа образует на окрашиваемой поверхности однородную и прочную пленку. Для натуральных олиф йодное число должно быть не ниже 160.

вязкость натуральных олиф при температуре 20 °C, определенная с помощью воронки НИЛКа (рис. 16.1), составляет 4—5 с. Вязкость тех же олиф по вискозиметру ВЗ-4 — 30 с.

Число омыления — количество миллиграммов щелочи, необходимое для омыления 1 г олифы. Чем большее количество кислот содержится в олифе, тем больше число омыления. В олифах хорошего качества число омыления не менее 185.

Кислотное число показывает содержание свободных жирных кислот в маслах, олифах, лаках и характеризует продолжительность их высыхания. Оно соответствует количеству щелочи КОН, требующейся для нейтрализации свободных жирных кислот в 1 г масла. Высокое содержание свободных жирных кислот в олифе приводит к нежелательному замедлению процесса высыхания. Кислотное число натуральных олиф должно быть не более 6—7.

Продолжительность высыхания (отверждения) — это процесс превращения жидкой олифы в твердую, достаточно прочную пленку. Различают высыхание «от пыли», т. е. момент образования тончайшей поверхностной пленки на слое олифы (степень 1) и полное высыхание по всей толщине нанесенного слоя (степень 3). Обычно натуральные олифы высыхают (отверждаются) под воздействием кислорода воздуха за 12 ч, а за 24 ч при нормальной комнатной температуре происходит полное высыхание слоя.

Клеи для красочных веществ и приклеивания отделочных материалов. В качестве пленкообразующих органических веществ в клеевых красочных составах используют животные, растительные, искусственные и полимерные клеи, обладающие высокой адгезионной способностью. В строительных красочных составах чаще всего применяют клеи следующих видов.

Животные клеи — мездровый, костный, казеиновый. Мездровый клей получают путем разваривания в воде мездры (кожных покровов животных) с последующим сгущением и сушкой раствора. Такой клей производят в виде плиток, дробленого и чешуйчатого клея. Костный клей — продукт переработки клеящего вещества, получаемого из обезжиренных костей животных. По техническим свойствам костный клей близок к мездровому, а именно: стойкость против загнивания стандартного 18%-го растворам 3 суток, pH в растворе — 5,6—6,0. Казеиновый клей в виде порошка состоит из казеина, гашеной извести, некоторых минеральных солей и керосина. Казеин (кислотный) получают воздействием минеральных или органических кислот на снятое молоко с последующей сушкой. Казеиновый клей не должен содержать посторонних примесей, следов плесени и гнилостного запаха. Его различают по маркам: «Экстра» (В-107) и «Обыкновенный» (ОБ). Для приготовления красок на животных клеях в раствор добавляют антисептик — формалин, а в казеиновых клеях следует использовать щелочестойкие пигменты.

Клеи растительные — декстрины — получают в результате обработки крахмала кислотой или нагреванием его при температуре 150—200°С. Декстриновый клей широко применяют в красочных веществах, клеевых шпаклевках, грунтовках, для наклеивания бумажных обоев.

Клеи искусственные представляют собой растворы модифицированных природных полимеров в воде. В водно-клеевых красочных составах чаще всего они используются в виде карбоксилметилцеллюлозы и метилцеллюлозы. Карбоксил-метилцеллюлоза — продукт химической переработки древесной целлюлозы, способной набухать и растворяться в воде. Метилцеллюлоза по сравнению с карбоксилметилцеллюлозой обладает большей стойкостью по отношению к воздействию агрессивных сред (кислот и щелочей).

Клеи синтетические — полимерные синтетические продукты, обладающие высокой клеящей (адгезионной) способностью. Эти клеи используют в виде эмульсий или водных и спиртовых растворов.

Строительные синтетические клеи и растворы высокомолекулярных органических веществ применяют для соединения конструктивных элементов из древесины, бетона, стали, стекла и других материалов. Эти клеи должны иметь высокую адгезию к склеиваемым материалам; прочность клеевых соединений не ниже прочности склеиваемых материалов; долговечность в условиях эксплуатации конструкции; необходимую вязкость, быстрое отверждение и малую стоимость.

Различают клеи, получаемые на основе: а) поликонденсационных полимеров — эпоксидных, фенолои мочевиноформальдегидных; б) полимеров реакции полимеризации — поливинилацетата, полиакрилата и др. Подразделяются также клеи по температуре их отверждения: горячего при температурах 100—160°С, теплого — 40—90°С и холодного — 16—30°С. Наибольшее применение в строительстве имеют клеи холодного отверждения, позволяющие склеивать элементы конструкций из различных материалов при комнатной температуре, без применения сложного оборудования.

Клеи на эпоксидной основе используют для соединения конструкций из стали и легких сплавов, а также для соединения элементов железобетонных конструкций.

Значительное применение в строительстве находят клеи, предназначенные для крепления облицовочных материалов, приклеивания ковров, линолеумов и т. п. Так, например, клей К-17 (МФ-17), состоящий из мочевиноформальдегидного полимера, наполнителя, древесной муки и отвердителя (щавелевой кислоты), используют для крепления декоративного бумажно-слоистого пластика, а также древесноволокнистых и древесностружечных плит к дереву.

Универсальный клей «Бустилат-М» — белая, сметанообразная водная дисперсия латекса, мела, натрийкарбоксиметилцеллюлозы и поваренной соли — широко используется при наклеивании синтетических ковров, линолеума, облицовочных плиток, пленочных материалов и обоев на различные основания.

Поливинилацетатные клеевые дисперсии — продукты полимеризации винилацетата в водной среде в присутствии инициирующих и других компонентов. Такие дисперсии выпускают следующих марок: непластифицированные — Д50Н, Д50С, Д50 В и Д60 В и пластифицированные — ДФ48/5С, ДФ48/5НЛ и др. Буквенные обозначения показывают: Д — дисперсия; Ф — пластификатор (дибутилфталат); Н — низковязкая; С — средневязкая; В — высоковязкая; Л — лакокрасочная. Первые две цифры в марках указывают на содержание полимера в процентах, а последующие — на содержание пластификатора. Поливинилацетатными дисперсиями пользуются при приклеивании различных облицовочных материалов, а также полимерных пленок, синтетических и ворсовых ковров, декоративного бумажно-слоистого пластика и др.

Клей АДМ-К представляет собой сополимер бутилакрилата, винилацетата и метакриловой кислоты, модифицированных канифолью, с наполнителем (каолином). По внешнему виду АДМ-К — однородная, пастообразная масса без каких-либо посторонних включений. Этот клей используют для приклеивания поливинилхлоридных материалов к бетону, деревянному основанию, цементной стяжке.

Растворители и разбавители. Растворители — жидкие среды, в которых равномерно распределяется растворяемое вещество. Они не вступают в химическое взаимодействие с растворяемым веществом и легко испаряются при высыхании раствора. Органические растворители предназначают для масляных красок и лаков, глифталевых и битумных веществ, эпоксидных, перхлорвиниловых и нитроцеллюлозных лаков и красок. Для растворения лакокрасочных материалов при производстве клеев и мастик с целью придания им заданной вязкости наибольшее распространение получили: скипидар, уайт-спирит, ацетон, этилацетат, сольвент каменноугольный, нефрас С-50/170 и др.

Скипидар — слабоокрашенная или бесцветная жидкость с характерным запахом — продукт деструктивной (без доступа воздуха) перегонки смолистой древесины сосны (древесный скипидар) или разгонки смолы хвойных деревьев (живичный скипидар). Древесный скипидар подвергают дополнительной химической очистке для удаления красящих веществ. К основным характеристикам скипидара относятся его нетоксичность, плотность, равная 0,86—0,88 г/см³, и температура кипения — 153—160°С. Нетоксичность скипидара позволяет использовать его для внутренних отделочных работ. Его применяют также для разведения масляных, алкидных и других лакокрасочных составов. Он легко воспламеняется и взрывоопасен.

Уайт-спирит — слегка окрашенная жидкость — продукт перегонки нефти, средняя фракция между тяжелым бензином и тракторным керосином. Вследствие доступности и нетоксичности этого растворителя его используют в малярных работах при внутренней и наружной отделке. Плотность уайт-спирита около 0,78 г/см³, температура начала кипения не более 165 °C. Он предназначен также для растворения масляных лаков и красок, смывки ранее нанесенных затвердевших пленок масляных лаков и красочных составов. Растворяющаяся способность уайт-спирита ниже, чем у скипидара.

Технический ацетон — бесцветная, прозрачная, легколетучая жидкость с характерным запахом (температура кипения 57°С), смешивающаяся с водой и спиртом в различных отношениях. Его получают при сухой перегонке древесины или синтетическим путем. Является хорошим растворителем многих органических веществ, в том числе жиров и некоторых синтетических полимеров, благодаря чему имеет широкое применение в лакокрасочной промышленности.

Этилацетат — прозрачная жидкость без механических примесей. Плотность растворителя 0,88 г/см³, температура кипения 77,2°С, растворимость в воде — не более 8%. Он токсичен и огнеопасен, поэтому имеет ограниченное применение.

Сольвент каменноугольный — прозрачная и бесцветная жидкость — продукт коксохимического производства, получаемый в процессе ректификации фракций сырого бензола. Плотность около 0,88 г/см³; используется для разведения перхлорвиниловых, глифталсвых и битумных лаков и красок в смеси с уайт-спиритом. Однако повышенная токсичность этого растворителя ограничивает его применение для производства внутренних отделочных работ.

Нефтяной растворитель (нефрас) С-50/170 — прозрачная жидкость с характерным запахом нефтепродукта (бензин доя промышленных, технических целей). Он испаряется и воспламеняется, температура воспламенения — 435 °C.

Для приготовления лаков и красок применяют и другие органические вещества и смеси ацетонов, бутилацетата, ксилола и др.

Разбавители — жидкости, не растворяющие пленкообразующие вещества, а лишь уменьшающие вязкость красочных веществ. Они, в отличие от растворителей, могут содержать связующие вещества. Разбавителями служат олифы или масляные эмульсии типа «вода в масле».