Лакокрасочные материалы. Технологии окраски автомобилей
1. Общие свойства лакокрасочных материалов
Целью любых лакокрасочных работ является защита поверхности тонкой пленкой из вещества на основе органического или неорганического полимера. Лакокрасочные материалы защищают детали из металлов от коррозии, из древесины – от гниения.
Лакокрасочные покрытия придают автомобилям красивый внешний вид, предохраняют их от загрязнения и облегчают уход за ними, повышают эстетические свойства.
Лакокрасочные покрытия с надежными защитными и хорошими декоративными свойствами обычно получают при многослойном нанесении последовательно сначала грунта и шпатлевки, затем слоев лака или краски. Верхний слой краски часто покрывают слоем лака. Грунтовки применяют для повышения влагостойкости изделия и для улучшения прилипаемости (адгезии) пленки краски к окрашиваемой поверхности. Их наносят первым слоем. Далее для устранения неровностей поверхности загрунтованных изделий, а также трещин и выщербин поверхностей, подлежащих окраске, производят шпаклевку.
1.1. Состав лакокрасочных материалов
Исходными материалами для приготовления лаков, красок и олиф служат растительные масла, синтетические и естественные смолы, сиккативы, растворители и разбавители (разжижители), пластификаторы и пигменты. Некоторые из этих материалов (сиккативы, растворители и разбавители, частично и пигменты) наряду с олифами, лаками и красками, поступают в продажу и служат в основном для корректировки состава и свойств уже готовых лакокрасочных товаров.
Главной составной частью любого лакокрасочного состава и покрытия является пленкообразующее вещество (пленкообразователь). От него зависят основные и специфические свойства лакокрасочных составов и покрытий. Переход пленкообразующего вещества из вязкожидкого состояния в твердую сплошную пленку, прочно прилипающую к поверхности покрываемого изделия, зависит от соотношения сил адгезии между молекулами пленкообразователя и сил адгезии между пленкообразователем и покрываемой поверхностью.
Пленкообразователи с сильным межмолекулярным взаимодействием (с высокой когезией) обычно обладают слабой адгезией и, наоборот, при относительно слабом межмолекулярном взаимодействии пленкообразователя адгезия выше. Объясняется это тем, что при сильном межмолекулярном взаимодействии молекулярные цепи пленкообразующего вещества (например, кристаллизующего полимера) менее гибки и хуже проникают в неровности и поры покрываемого изделия, что препятствует установлению молекулярного контакта на возможно большей площади касания пленки покрытия с поверхностью покрываемого тела.
Образование пленки в результате испарения растворителей из лака и краски и дисперсионной среды из водной эмульсии (водоэмульсионной краски) является процессом физическим. Исходное пленкообразующее вещество не претерпевает при этом каких-либо химических изменений и с помощью растворителей может быть вновь переведено в растворенное состояние. Такой процесс пленкообразования является обратимым. По этому типу образуются пленки из растворов (спиртовых лаков, нитролаков и эмалей и др.) и эмульсий.
Процесс пленкообразования в ряде случаев происходит сначала в результате испарения растворителей, а затем вследствие происходящих химических реакций. Так образуются пленки из лакокрасочных составов, содержащих растворители, например, на основе уплотненных олиф и алкидных смол.
Естественным пленкообразователем (тем, что остается на поверхности после испарения растворителя) может выступать то же растительное масло, подвергнутое специальной обработке, смолы натурального происхождения (янтарь, канифоль и т. п.), специально обработанная целлюлоза и пр. Синтетических пленкообразователей, используемых в производстве лаков, гораздо больше. Это алкидные, эпоксидные и другие смолы, карбомидо- и меламиноформальдегидные вещества и т. д.
Растительные масла. Исходным жировым сырьем для олиф, масляных лаков и красок служат преимущественно растительные масла, получаемые прессованием и экстрагированием семян масличных растений.
По способности высыхать в покрытиях растительные масла делят на: высыхающие (льняное, конопляное, тунговое); полувысыхающие (подсолнечное, хлопковое, оливковое и др.) и невысыхающие (касторовое) масла. Полувысыхающие составляют наиболее обширную группу. Сюда относят масла с резко различной скоростью высыхания: от высокой (у макового масла), близкой к скорости высыхания льняного масла, до низкой (хлопковое и оливковое масла).
Синтетические смолы. В производстве лаков применяют алкидные ненасыщенные полиэфирные, фенолоформальдегидные, меламиноформальдегидные, полиуретановые и другие смолы. В технике все большее распространение получают также лаки на основе кремнийорганических и эпоксидных смол. Свойства этих смол см. в разделе «Пластические массы».
Естественные смолы. Среди смол растительного происхождения наибольшее значение имеют шеллак и канифоль. Такие естественные смолы, как даммара и сандарак, применяют для специальных лаков (лакирование музыкальных инструментов и т. п.).
Шеллак – одна из лучших природных смолю. Получают шеллак из гуммилака, выделяемого насекомыми (лаковыми червецами) на ветвях некоторых тропических растений (лаковое дерево в Индии). Растворим в спирте, размягчается при температуре 65-75 ºС, полностью расплавляется при температуре около 120 ºС. Пленки лака имеют сильный блеск и достаточную твердость, но недостаточно влагостойки.
Канифоль является наиболее доступной смолой растительного происхождения, применяемой в производстве лаков. Ее добывают из живицы хвойных деревьев (сосны, ели, пихты) путем отгонки из нее скипидара. Остаток после отгонки представляет собой хрупкую стекловидную смолу от желтого до коричневого цвета – канифоль. Она термопластична и размягчается при температуре 65-75 ºС.
Соли канифоли (резинаты) недостаточно водостойки и применяются для внутренних покрытий.
Сиккативы. В состав маслосодержащих (масляных и алкидных) лакокрасочных товаров обязательно вводят сиккативы, ускоряющие высыхание. Они представляют собой Со, Мп, РЬ – соли карбоновых кислот (льняного масла, канифоли и др.), растворимы в маслах и продуктах их переработки и обладают способностью резко ускорять процесс высыхания покрытий.
Растворители – это легколетучие органические жидкости, способные растворять пленкообразующие вещества (смолы, эфиры целлюлозы, масла и олифы) и другие составные части лаков и красок (кроме пигментов).
Разбавители – это, как правило, более дешевые летучие органические жидкости, неспособные самостоятельно растворять данное пленкообразующее вещество, но хорошо смешивающиеся с уже полученным концентрированным лакокрасочным раствором.
При выборе разбавителя учитывают, чтобы он обладал большей упругостью пара и скоростью испарения, чем растворитель. В противном случае вследствие более быстрого испарения растворителя в нанесенном покрытии может произойти коагуляция пленкообразующего вещества.
Пластификаторы. Пластификаторами многих полярных пленкообразователей являются эфиры кислот (фталевой, фосфорной, адипиновойи др.). Эти практически нелетучие органические маслообразные жидкости с относительно высокой температурой кипения хорошо растворяют пленкообразующие вещества и смешиваются с растворителями и разбавителями. Пластификаторы особенно необходимы для таких пленкообразователей (нитроцеллюлозные и др.), пленки которых (без пластификаторов) плохо прилипают к покрываемой поверхности, легко морщатся и растрескиваются.
Пигменты. Это высокодисперсные минеральные и органические вещества, обладающие определенным цветом и нерастворимые в воде, органических растворителях и пленкообразующих веществах. Будучи окрашены и имея более высокий коэффициент преломления, чем пленкообразующие вещества (масла, смолы, клеи), пигменты обеспечивают укрывистость (непрозрачность) и окраску покрытия. Этим они принципиально отличаются от органических красителей.
Минеральные пигменты представляют собой окрашенные окислы (оксиды) и соли в основном поливалентных металлов (Fe, Pb, Cr, Zn, Cu и др.). Они отличаются высокой химической стойкостью, светостойкостью и устойчивостью к атмосферным воздействиям, что обусловливает их широкое применение в малярной технике, и в частности для наружных работ.
Органические пигменты – это окрашенные соединения органического происхождения, нерастворимые в воде и связующих веществах. Их получают в нерастворимом в воде состоянии в процессе синтеза (пигментные красители, например фталоцианиновые) или путем взаимодействия растворимого красящего вещества с минеральными соединениями (осажденные красители) с образованием нерастворимых солей бария, кальция, свинца и других металлов, а также адсорбцией красителя на высокодисперсном минеральном субстрате (носителе). Дисперсность, характеризующаяся степенью измельчения порошка, зависит от его природы и методов изготовления. С дисперсностью связаны цветовые свойства пигмента, его красящая способность, укрывистость и маслоемкость. При высокой степени дисперсности улучшаются цветовой тон и яркость пигмента.
1.2. Общие свойства лакокрасочных материалов
К основным общим свойствам лакокрасочных составов относят вязкость, концентрацию, скорость высыхания, укрывистость, токсичность и др. Вязкость лакокрасочного состава должна быть не очень высокой, чтобы не затруднять работу малярной кистью или валиками и не применять слишком высоких давлений при покрытии методом пневматического распыления. При чрезмерном повышении вязкости лакокрасочный состав плохо разливается и не полностью заполняет поры и неровности поверхности, что ухудшает адгезию покрытия.
Декоративные свойства покрытий должны соответствовать функциональному назначению и условиям эксплуатации. Их характеризуют цветом, блеском, фактурой и классом (покрытия). По степени блеска различают глянцевые, полуглянцевые, полуматовые, матовые. По фактуре покрытия могут быть гладкие, рисунчатые (например, «молотковые») и рельефные («шагрень»).
Адгезионная способность (адгезия) оценивается прочностью прилипания лакокрасочного покрытия к поверхности изделия. Это наиболее важное свойство покрытия зависит от степени смачивания поверхности изделия лакокрасочным составом и адсорбции его поверхностью, от величины сил взаимодействия между пленкой и поверхностью изделия.
Выбор лакокрасочного материала для покрытия производят исходя из назначения материала по ТУ (или ГОСТ) и условий эксплуатации изделия. При этом учитывают возможный метод нанесения, температуру сушки, огнеопасность, токсичность материала и стоимость.
2. Лаки и краски
Лаками называются растворы смол в органических растворителях. Лак от прочих подобных покрытий (красок, грунтовок и т. д.) отличается тем, что пленка в данном случае прозрачная, не скрывающая поверхности.
В масляных лаках пленкообразователем, кроме смолы, является также переработанное растительное масло. После высыхания лаки образуют на поверхности покрываемых ими изделий твердые прозрачные (за исключением асфальтобитумных лаков) и блестящие пленки, выполняющие защитные и декоративные функции. Их применяют для лакирования окрашенных и неокрашенных поверхностей изделий. На основе лаков с различными наполнителями и пигментами приготовляют грунтовки и шпаклевки. Большое количество лаков расходуется на приготовление эмалевых красок.
Основными компонентами лаков являются пленкообразующие вещества и растворители. Кроме того, в состав лаков могут входить также разбавители, пластификаторы, катализаторы и инициаторы. В некоторых случаях для окрашенных лаков применяют органические красители для придания поверхности какого-либо оттенка.
По назначению лаки подразделяют на следующие группы: для наружных работ (атмосферостойкие), для внутренней отделки, для художественных работ, стойкие к агрессивным средам, термостойкие, электроизоляционные и лаки специального назначения (например, лаки для отделки кожи, для покрытия жести консервных банок и др.).
По природе пленкообразующего вещества лаки подразделяют на следующие группы:
- масляные (масляно-смоляные), изготовленные на основе растительных масел, естественных и синтетических смол;
- смоляные, изготовляемые на основе естественных и синтетических смол;
- эфироцеллюлозные, изготовляемые на основе эфиров целлюлозы;
- асфальтобитумные, приготовляемые на основе естественных и искусственных асфальтов и битумов.
Смоляные и эфироцеллюлозные лаки не содержат растительных масел. Асфальтобитумные лаки приготовляют без масел и с добавкой масел.
Они составляют обширную группу лаков с особыми свойствами (непрозрачные, черного цвета), а поэтому их обычно рассматривают отдельно.
Масляные лаки представляют собой растворы смол и растительных масел с сиккативами в органических растворителях (уайт-спирите, скипидаре и др.). В их производстве преобладает применение синтетических смол (алкидных, маслорастворимых фенолоформальдегидных и др.). Из естественных смол наибольшее значение сохранили продукты переработки канифоли (резинаты кальция и цинка, эфиры канифоли). В процессе сплавления смолы с маслом происходит химическое модифицирование (переэтерификация и др.).
Назначение масляных лаков определяется их составом и свойствами лаковых пленок, которые в зависимости от состава имеют большую или меньшую твердость и эластичность. Степень твёрдости пленок обусловлена природой смолы и ее количеством, а эластичность связана с наличием в них масла. Чем больше содержится в лаке масла (жира), тем более жирным считается этот лак, тем более эластична и атмосфероустойчива его пленка. Вязкость лаков регулируют добавлением растворителей и разбавителей, скорость высыхания – сиккативами, твердость и блеск – подбором соответствующих смол.
Жирные масляные лаки содержат большое количество масла (75% пленкообразующей основы), в результате чего образуют более эластичные и атмосферостойкие пленки. Благодаря этому их применяют для наружных работ и для окраски изделий, подверженных изгибанию и другим деформациям. Однако пленки жирных лаков имеют недостаточную твердость, плохо шлифуются и полируются, а поэтому их стараются применять в основном для тех поверхностей, которые не подвержены трению, удару и т. п.
Тощие масляные лаки содержат меньше масла (30%). Они высыхают быстрее, образуя более блестящие и твердые, но менее эластичные пленки. Такие пленки хорошо шлифуются, но менее атмосферостойки. Эти свойства обусловили применение тощих масляных лаков для различных внутренних работ (лакирование мебели и др.).
Средние масляные лаки (55% масла) по своим свойствам занимают промежуточное место между жирными и тощими лаками. Как правило, пленки их достаточно влагостойки, тверды и сравнительно хорошо шлифуются. Эти лаки применяют преимущественно для внутренних (покрытие полов) и в меньшей степени для наружных работ.
Смоляные лаки. Это растворы синтетических или естественных (природных) смол в органических растворителях. В отдельные лаки для повышения эластичности их пленок добавляют пластификаторы.
Спиртовые лаки и политуры раньше были единственными смоляными лаками, применяемыми для отделки мебели, кожи, музыкальных инструментов, изделий из стекла, металлов и т. д. В настоящее время для их приготовления чаще всего применяют шеллак – из природных смол, фенолоформальдегидные смолы – из синтетических.
Алкидные лаки. Ассортимент лаков на основе алкидных смол широк. Важнейшими из них являются глифталевые (ГФ) и пентафталевые (ПФ) лаки, получаемые из соответствующих смол (с сиккативами) путем растворения их в уайт-спирите, сольвентнафте и др. Они несколько сходны с масляно-смоляными лаками. Существенное различие заключается в том, что масляно-смоляные лаки состоят преимущественно из смеси масла со смолой, тогда как в глифталевых и пентафталевых лаках молекулы растительного масла химически связаны с фталевым ангидридом и пентаэритритом. Пленки алкидных лаков твердые, прозрачные, слабо окрашенные; обладают хорошей адгезией к самым различным поверхностям, водостойки. Применяются как для внутренних, так и для наружных окрасочных работ.
Полиэфирные лаки приготовляют на основе ненасыщенных полиэфирных смол (полиэфирмалеинатных, полиэфиракрилатных, полиэфирумаратных), получаемых при взаимодействии ненасыщенных двухосновных кислот (малеиновой, метакриловой, фумаровой) с двухатомным спиртом гликолем. Практически все знакомы с покрытиями, которые получаются при использовании полиэфирных лаков в производстве мебели (в быту ее называют «полированной»). Полиэфирные лаки являются многокомпонентными материалами, и при их нанесении требуется особая точность. Покрытия на основе этих лаков практически не дают усадки, так как растворитель (как правило, стирол) не улетучивается в процессе отверждения покрытия, а полимеризуется с растворенной смолой. Полиэфирные лаки при высыхании образуют твердые пленки большой толщины, стойкие к воздействию различных реагентов и воды. На их основе выпускаются также высококачественные шпаклевки для автомобилей.
Нитроцеллюлозные лаки (НЦ). Представляют собой растворы нитроцеллюлозы (коллоксилина) с другими пленкообразователями и пластификаторами в летучих органических растворителях. Пленки их прозрачны и бесцветны, но при добавлении в лак органических красителей получают и окрашенные прозрачные лаки (цапонлаки) различного цвета.
Нитролаки нашли широкое применение для лакирования мебели, карандашей, кожи, клеенки и других изделий, в автомобиле и самолетостроении, а также в других отраслях промышленности. Их распространение обусловлено быстрым высыханием пленок, что связано с применением летучих органических растворителей (ацетона, этил ацетата, бутил ацетата и амил ацетата). Для разбавления лаков применяют спирты и ароматические углеводороды. Для различных видов нитролаков время высыхания их пленок составляет от 15-20 мин до 1 ч, что позволяет быстро, когда это необходимо, наносить второй слой лака. Нитролаки образуют твердые прозрачные практически бесцветные быстросохнущие пленки. В ряде случаев их используют для лакирования изделий из металла, нанося в качестве последнего слоя в многослойной лакокрасочной композиции. Изделия, окрашенные нитролаками, преимущественно используются для работы внутри помещений, хотя могут быть получены и покрытия, способные противостоять атмосферным воздействиям.
Асфальтобитумные лаки. Это вязкие растворы (черного цвета) нефтяных битумов, а также каменноугольных пеков в бензинерастворителе, скипидаре, сольвент-нафте и их смесях. Обычно используют твердые битумы с высокой температурой размягчения (110-135 ºС). Для получения битумных лаков применяют битумы специальных марок с высокой температурой размягчения. С целью улучшения свойств лаков при их изготовлении к битумам добавляют различные смолы, масла. Битумные лаки при высыхании образуют черные пленки, обладающие водостойкостью и стойкостью к некоторым химическим реагентам, однако их антикоррозионные свойства в атмосферных условиях недостаточно высоки. Наиболее широко битумные материалы применяются для временной защиты металла, так как они значительно дешевле других материалов.
Эпоксидные лаки. В быту они часто используются для получения шпаклевок, склеивания, изготовления сувениров и для других целей. Эпоксидные лаки представляют собой растворы эпоксидных смол в органических растворителях. Обычно перед употреблением к ним добавляют отвердитель, количество которого зависит от типа смолы и отвердителя, условий отверждения и приводится в инструкциях по применению. Получаемые пленки обладают высокими водо- и щелочестойкостью, механической прочностью, адгезией к различным материалам, однако недостаточно атмосферостойки.
Нефтеполимерные лаки. Группа лаков, способных заменить масляно-смоляные лаки, превосходя их по стойкости к действию моющих средств и различных реагентов. В то же время нефтеполимерные лаки существенно дешевле масляно-смоляных. Эти лаки получают в виде композиций растворов нефтеполимерных смол в органических растворителях с различными модифицирующими добавками. Осуществляемая в настоящее время комплексная переработка нефтей дает возможность получать нефтеполимерные смолы для изготовления лакокрасочных материалов в больших количествах, поэтому ассортимент материалов с применением этих смол существенно расширится.
Полиуретановые и алкидноуретановые лаки. Особенностью пленок полиуретановых лаков являются их исключительно высокие механическая прочность и износостойкость. В настоящее время представляющие большую художественную ценность паркетные полы в залах музеев и дворцов покрыты именно этими лаками. Производятся полиуретановые мебельные лаки и лаки для музыкальных инструментов. Применение этих лаков требует тщательного соблюдения требований, указанных в инструкциях. Полиуретановые лаки довольно дорогостоящие материалы, но высокие эксплуатационные свойства и длительный срок службы изделий компенсируют их высокую стоимость. В настоящее время эти лаки редко встретишь в широкой продаже.
Краски – это суспензия красящего вещества (пигмента) в связующем. В роли последнего может выступать олифа, клей, известь. Необходимую густоту краски обеспечивают растворители. Кпаски подразделяются на известковые, клеевые, цементные, силикатные, вододисперсионные (водоэмульсионные, латексные) и масляные, алкидные.
Эмали представляют собой суспензию пигментов в лаке Они позволяют получить более прочное блестящее покрытие. Первым на упаковке стоит название материала – краска, эмаль и т.д. Следующая группа знаков указывает на вид пленкообразующего вещества.
Источник статьи: http://extxe.com/12874/lakokrasochnye-materialy-tehnologii-okraski-avtomobilej/