Курсовая работа: Лакокрасочные материалы. Общие понятия
Лакокрасочные материалы. Общие понятия.
Лакокрасочные материалы(ЛКМ) — это многокомпонентные составы (жидкие, пастообразные илипорошкообразные), которые при нанесении тонким слоем на твердую подложкувысыхают с образованием лакокрасочного покрытия с заданными свойствами.
Все лакокрасочныематериалы являются дисперсными системами.
Дисперсная система — этосистема, состоящая из двух или более фаз, одна из которых- дисперсная фаза — распределена в другой фазе — дисперсионной среде — в виде мелких твердыхчастиц, капель или пузырьков.
Дисперсность — степеньраздробленности вещества на частицы. Чем меньше частицы, тем выше дисперсность.
К дисперсным системамотносятся:
Суспензии — системы, вкоторых частицы твердой фазы распределены в жидкой среде во взвешенномсостоянии. Суспензиями являются готовые краски, эмали, шпатлевки.
Эмульсии — системы, вкоторых мельчайшие капельки жидкой фазы распределены в жидкой среде. Примеромэмульсии может служить молоко.
Латекс синтетический — водная дисперсия синтетических полимеров, выступает в роли связующего(пленкообразующего) вещества при производстве ЛКМ на водной основе.
По составу и назначениюЛКМ подразделяют на лаки, грунтовки, шпатлевки, краски (в том числе эмали).
Лак — растворпленкообразующих веществ в воде или органических растворителях, может содержатьрастворимые красители, сиккативы, пластификаторы, отвердители, матирующиевещества и образует после высыхания твердую, прозрачную, однородную пленку,прочно сцепленную с поверхностью. Лаки придают поверхности декоративный вид исоздают защитные покрытия.
Грунтовка (грунт) — суспензия пигмента или смеси пигментов и наполнителей в связующем веществе.Образует после высыхания однородную непрозрачную пленку с хорошей адгезией кподложке ( адгезия- прилипание, сцепление). Грунтовки образуют нижние слоипокрытий, создавая надежное сцепление верхних слоев покрытия с окрашиваемойповерхностью. Кроме того, они защищают металл от коррозии, выделяют структурудревесины, закрывают поры материала, выравнивают и создают однороднуюповерхность перед окраской.
Шпатлевка — густая вязкаямасса, состоящая из пигментов, наполнителей или их смеси в связующем веществе свведением добавок или без них, для выравнивания шероховатых, пористых иволнистых поверхностей перед их окраской. Содержание наполнителей и пигментов вшпатлевке в несколько раз превышает количество пленкообразующего.
Краски — однородныесуспензии пигментов или их смеси с наполнителями в связующем веществе,образующие после высыхания однородную непрозрачную твердую окрашенную пленку.Основой воднодисперсионных красок являются синтетические латексы (иногда такиекраски называют латексными), водные эмульсии алкидных смол и др. Могут такжесодержать эмульгаторы, диспергаторы, сиккативы, пеногасители и другие аддитивы(добавки).
Эмаль — суспензиявысокодисперсного пигмента или смеси его с наполнителями в связующем,образующая после высыхания однородную непрозрачную твердую окрашенную пленку. Востальном эмаль похожа на краску.
Водоразбавляемыелакокрасочные материалы
Из всего обширногоспектра лакокрасочных материалов особую нишу занимают водоразбавляемые ЛКМ.
Водоразбавляемые ЛКМ, в зависимостиот состояния полимерного связующего, подразделяются на воднодисперсионные иводорастворимые.
Воднодисперсионные(водоэмульсионные) ЛКМ представляют собой суспензии пигментов и наполнителей вводных дисперсиях пленкообразующих веществ типа синтетических полимеров сдобавкой эмульгаторов, диспергаторов и других вспомогательных веществ. ЛКМэтого типа присвоен начальный индекс «ВД» при обозначении марок,например: краска ВД-ВА-17 или краска ВД-КЧ-26.
По типу связующего(пленкообразующего) вещества воднодисперсионные краски подразделяются на:
> сополимеровинилацетатные(ВС) — на основе водных дисперсий сополимеров винилацетата с дибутилмалеинатомили этиленом;
> поливинилацетатные (ВА)- на основе поливинилацетатной дисперсии;
> бутадиен-стирольные (КЧ)- на основе латексов, представляющих собой сополимер бутадиена со стиролом;
> полиакриловые (АК) — наоснове сополимерной акриловой дисперсии и др.
По назначениюводнодисперсионные краски подразделяют на краски для наружных работ, краски длявнутренних работ и краски целевого назначения. При обозначении марок для каждойиз этих групп принята в качестве первой цифры соответственно 1, 2 и 5,например, краска ВД-ВА-17, ВД-КЧ-26, ВД-ВА-524.
Применениеводоразбавляемых ЛКМ является одним из наиболее перспективных направлений впроизводстве лакокрасочных покрытий. Это обуславливается следующимипреимуществами этих материалов:
> применение в качестверазбавителя воды взамен токсичных и огнеопасных растворителей дает значительнуюэкономию, уменьшает пожароопасность при покраске, улучшаетсанитарногигиенические условия труда как при производстве, так и при примененииЛКМ;
> легкость нанесения(кистью, краскораспылителем, валиком) и быстрое высыхание покрытий;
> возможность полученияпокрытий на влажных поверхностях и при повышенной влажности воздуха;
> меньшая трудоемкостьотмывки оборудования и инструмента от неотвержденной краски;
> высокая адгезия красок ктаким пористым поверхностям, как штукатурка, бетон, кирпич и т.п., позволяющаяперекрашивать их без специальной подготовки;
> низкая стоимость красок.
Вместе с темводоразбавляемые ЛКМ не лишены недостатков, из которых следует отметить:
> слабую стабильность инеморозостойкость значительной части воднодисперсионных красок;
> более узкийтемпературный режим для отверждения;
> необходимостьспециальной подготовки металлической поверхности под окраску;
Из лакокрасочныхматериалов воднодисперсионного типа наилучшими являются краски на основеакриловых латексов. Они имеют по сравнению с поливинилацетатными, сополимеровинилацетатнымии бутадиенстирольными красками существенные преимущества — они образуютпокрытия, обладающие повышенной атмосферостойкостью, водостойкостью, высокойстойкостью к старению и действию щелочей. Применяются в строительстве длянаружных и внутренних покрытий по пористым материалам (штукатурка и т.п.) изагрунтованным металлическим поверхностям, устойчивы к замораживанию до — 40°Си оттаиванию. Значительное применение, особенно для внутренних работ, получилиЛКМ на основе сополимеров стирола с бутадиеном. Однако эти краски нерекомендуются для помещений с повышенной влажностью.
Состав лакокрасочныхматериалов
Связующие(пленкообразующие) вещества -жидкие или доведенные до жидкого состояния твердыематериалы ( в основном синтетические полимеры и смолы), которые после высыханиясвязывают между собой частицы пигментов и наполнителей и образуют пленку,прочно сцепляющуюся с окрашиваемой поверхностью.
Пленкообразующие веществаответственны за создание пленки, адгезию ее к поверхности окрашиваемого предмета,удерживание внутри слоя покрытия частиц пигмента и наполнителя. Помимо этого,хорошее пленкообразующее вещество обеспечивает покрытию водонепроницаемость, нов то же время позволяет ему «дышать», препятствует размножениюмикроорганизмов, не являясь ядовитым для человека, задерживает ультрафиолетовыелучи и т д.
Пигменты — сухие красящиевещества, неорганические или органические, природные или искусственные,диспергируемые в пленкообразующих веществах для придания краскам, эмалям,грунтовкам, шпатлевкам цвета и непрозрачности. Пигмент сообщает лакокрасочномупокрытию определенные механические свойства, устойчивость к действию воды,света и атмосферных влияний. Наиболее широкое распространение в лакокрасочнойпромышленности получили неорганические пигменты, такие как диоксид титана,сурик железный, охра и др.
Органические пигментыприменяют в меньшем объеме, к ним относятся пигмент алый, фталоцианиновыйголубой и зеленый.
Наполнители — неорганические природные или синтетические вещества, применяемые для улучшениямалярно-технических и эксплуатационных свойств покрытий и экономии пигментов.Природные неорганические наполнители получают путем измельчения, обогащения,термической обработки горных пород и минералов. Синтетические неорганическиенаполнители получают в результате химических реакций по специальной технологии.Наполнители — порошки с низкой красящей способностью, они придают материалампрочность, атмосферостойкость и др. свойства. Наполнителями служат мел, каолин,микромрамор, слюда, тальк, химически осажденный мел и др.
Растворители — летучиежидкости, применяемые для растворения пленкообразующих веществ, а также дляразбавления лакокрасочных материалов до рабочей вязкости перед нанесением наокрашиваемую поверхность. К ним относятся вода, уайт-спирит, ацетон, ксилол,спирт, и др.
Аддитивы — компоненты,которые ускоряют такие процессы, как диспергирование пигментов, смачиваниеподложки, устранение поверхностных дефектов, отверждение и многие другие настадиях изготовления, транспортирования, хранения красок и формированияпокрытия. Аддитивы также называют «технологическими добавками»,«функциональными добавками» и т.д. К аддитивам относят диспергаторы,эмульгаторы, сиккативы, пеногасители и др.
Лакокрасочные покрытия
Основное назначениелакокрасочных покрытий — защита поверхности и ее декоративная отделка.
Системой покрытияназывают сочетание слоев последовательно нанесенных ЛКМ различного целевогоназначения (покрывных, грунтовочных, промежуточных слоев). Свойства комплексныхпокрытий зависят как от качества ЛКМ, так и от их сочетаемости.
Путем соответствующейподготовки поверхности, выбора грунтовок, шпатлевок и покрывных ЛКМ можноварьировать эксплуатационные свойства покрытий и их долговечность. Сначалавыбирается покрывной материал, пригодный для заданных условий эксплуатации, азатем выбирается грунтовка, имеющая хорошую адгезию к окрашиваемой поверхностии сочетающаяся с покрывным материалом для заданных условий эксплуатации.
Общая структуралакокрасочного покрытия с использованием только лакокрасочных материаловприведена на рис. 1.
/>
Рис. 1. Схема защитногопокрытия на основе лакокрасочных материалов.
1. Защищаемая поверхность(металл, дерево, бетон и др.)
2. Грунтовочный слой;
3. Шпатлевочный слой. Приокрашивании пористых материалов ( древесины, бетона и т.д. ) может наноситьсяпервым без грунтовочного слоя;
4. Защитно-декоративныйслой краски, эмали или лака.
Основные требования кзащитным покрытиям — высокая адгезия к подложке, газо- и водопроницаемость,механическая прочность, износостойкость и стойкость к условиям эксплуатации(атмосферо-химостойкость и др.).
Покрытия могут бытьпрозрачными и непрозрачными (укрывистыми); прозрачные получают при нанесениилаков, укрывистые — при нанесении грунтовок, шпатлевок, красок и эмалей.
Общая толщина покрытия вслучае использования традиционных лакокрасочных материалов составляет обычно60-100 мкм, иногда — до 300 -350 мкм. В случае применения шпатлевок, герметиковили композиционных материалов толщина слоя лежит в пределах 500 — 2000 мкм иболее.
Необходимость нанесениялакокрасочных материалов несколькими слоями обусловлена во многих случаяхневозможностью получить покрытия с хорошими защитными свойствами, т.к. принанесении одного утолщенного слоя затрудняется испарение растворителя и другиепроцессы пленкообразования и может получиться покрытие с подтеками и наплывами.Слоем толщиной более 350 мкм могут быть нанесены густые шпатлевки, тиксотропныелаки и эмали, а также материалы, содержащие реакционноспособные растворители,например полиэфирные лаки и эмали.
Верхние слои покрытиясообщают поверхности нужные декоративные свойства, укрывистость и стойкость кдействиям внешней среды. Для нанесения покрывных слоев используют главнымобразом эмали и краски. На верхний покрывной слой иногда наносят слой лака,придающего покрытию блеск или матовость.
Между грунтовочными ипокрывными при необходимости наносят промежуточные слои различного назначения,например, шпатлевочные для выравнивания поверхности и заделки сварных изаклепочных швов, для предотвращения набухания грунтовочного или другого ранеенанесенного слоя в растворителе, содержащемся в покрывной краске. В зависимостиот типа материала операции нанесения отдельных слоев называются соответственногрунтованием, шпатлеванием, окрашиванием или лакированием.
Основные стадии иметоды нанесения
Подготовка поверхности
Подготовка поверхностиперед окрашиванием имеет большое значение для получения высококачественногопокрытия и обеспечения длительности его службы. Подготовка поверхностизаключается в очистке от продуктов коррозии, старой краски, жировых и другихзагрязнений. Способы подготовки поверхности подразделяются на две основныегруппы: механические и химические.
К механическим способамочистки относятся: очистка с помощью инструмента (щетки, шлифовальные машинки),очистка при помощи песка, дроби, смеси песка и воды. Применяя эти способы можнополучить хорошо очищенную поверхность с равномерной шероховатостью, котораяспособствует наилучшей адгезии лакокрасочной пленки.
К химическим способамочистки поверхности прежде всего относится обезжиривание поверхности, котороепроизводится с помощью щелочных моющих составов или с помощью активныхрастворителей (смывок) в зависимости от типа загрязнения.
При обновлениилакокрасочного покрытия необходимо его тщательно осмотреть. Если староелакокрасочное покрытие прочно держится на поверхности в виде сплошного слоя,его следует вымыть теплой водой с моющими средствами и высушить. Если жепокрытие держится непрочно, его необходимо полностью удалить.
Грунтование
Первой операцией послеподготовки поверхности является грунтование. Это одна из наиболее важных иответственных операций, так как первый грунтовочный слой служит основой длявсего покрытия. Основное назначение грунта — создание прочной связи междуокрашиваемой поверхностью и последующими лакокрасочными слоями, а такжеобеспечение высокой защитной способности покрытия. Грунтование следуетпроизводить сразу же после окончания работ по подготовке поверхности. Грунтовкуможно наносить кистью, краскораспылителем или другим способом. Слой грунтадолжен быть тонким по сравнению с внешними слоями краски. Сушку грунта следуетпроводить в соответствии с режимом, предусмотренным технологией.
Шпатлевание
Эта операция нужна длявыравнивания поверхностей. Толстые и недостаточно эластичные слои шпатлевки приэксплуатации могут растрескаться, в результате будут понижены защитные свойствапокрытия. Поэтому шпатлевку следует наносить тонким слоем. Каждый слойшпатлевки необходимо хорошо высушить. Число слоев не должно быть больше трех.Рекомендуемая толщина шпатлевочного слоя не более 3 мм.
Шлифование
Зашпатлеваннаяповерхность после высыхания имеет неровности и шероховатости. Для удалениянеровностей, соринок и сглаживания шероховатостей применяется шлифование. Впроцессе шлифования обрабатываемая поверхность подвергается воздействиюмножества мельчайших абразивных зерен, вследствие чего образуются риски и онастановится матовой. При этом значительно улучшается адгезия между слоямипокрытия. Для шлифовки применяется абразивная шкурка на бумажной и тканевойоснове. Зернистость (номер) шкурки для шлифования выбирается в зависимости отвида обрабатываемого покрытия.
Окрашивание
Эмали, краски, лакинаносят на загрунтованную поверхность при помощи краскораспылителя, валика,кисти или другими способами.
Если рассмотреть влияниепредыдущего покрытия на качество последующего, то здесь действует правило:«подобное к подобному».
Однако возможно наноситьдруг на друга материалы различной химической природы.
Методы нанесениялакокрасочных покрытий
Первым и простейшимметодом нанесения краски является кисть. К сожалению, кисть, кроме бесспорныхдостоинств, имеет много недостатков, прежде всего небольшую скорость окраски(около 10м2/час).
Использование валикавместо кисти позволяет в значительной степени повысить скорость окраски, вчастности больших и плоских поверхностей, но с его помощью трудно или даженевозможно производить окраску быстросохнущими лаками или материалами, имеющимивысокую условную вязкость.
Первый шаг на путизаметного увеличения скорости окраски и улучшения декоративных свойствлакокрасочных покрытий сделан при создании пневматического распылителяжидкостей.
Практически во всехпистолетах для пневматического распыления воздух, передвигаясь со скоростьюоколо 30 м/сек, вызывает разрыв потока жидкости на капли диаметром 40-120 мкм,что позволяет красить со скоростью 30 м2/час. Однако в процессе примененияпневматического распыления довольно быстро обнаружились негативные стороны:большие потери ЛКМ, увеличивающиеся с ростом скорости воздуха в пистолете,трудности при нанесении высоковязких материалов, высокая испаряемостьорганических растворителей.
Необходимость ограниченияиспарения органических растворителей в атмосферу, диктуемая современнымзаконодательством по охране окружающей среды, способствовала интенсификациипоисков новых путей окраски. Для нанесения высоковязких красок большое развитиеполучила гидродинамическая технология окраски — безвоздушное распыление.Окраска методом безвоздушного распыления — сложный процесс, требующий высокойквалификации оператора. Эта технология отличается от пневматическогораспыления, где краска наносится полосами, которые только в небольшой степениперекрывают друг друга. При безвоздушном распылении необходимо крестообразноеведение пистолета. Высокая производительность гидродинамической окраски(200-400 м2\час) эффективна при окрашивании больших поверхностей (например,бортов или палуб судов), но неудобна для окраски небольших элементов или принеобходимости частой смены окрашиваемых поверхностей.
Основные свойствалакокрасочных материалов и покрытий на их основе
Степень перетира
Частички наполнителей илипигментов, входящие в краски, эмали, грунтовки и шпатлевки отличаются своимиразмерами. Наименьший размер частички имеют в составе эмали (5-10 мкм) инаибольший размер в шпатлевках (40-60 мкм и более). Уменьшение размера частичекпроисходит в процессе перетира наполнителей в мельницах различного устройства(краскотерки, шаровые, бисерные).
Время и степень высыханияпокрытия
За время высыханияпринимают время, за которое покрытие определенной толщины с нанесенное напластинку, достигает необходимой степени высыхания при заданных условиях сушки.
Степень высыханияхарактеризует состояние поверхности покрытия при определенной температуре ипродолжительности сушки в стандартных условиях испытания:
> высыхание от пыли — момент, когда наповерхности покрытия образуется тончайшая поверхностная пленка;
> практическое высыхание — пленкаутрачивает липкость и изделие с лакокрасочным покрытием может подвергатьсядальнейшим операциям;
> полное высыхание — окончаниеформирования покрытия на окрашенной поверхности.
Условная вязкость
При выборе способананесения покрытия определяющее значение имеет условная вязкость лакокрасочногоматериала. Условной вязкостью называют время непрерывного истечения в секундахопределенного объема материала через сопло определенного размера.
Укрывистость — важнейшийтехнологический показатель, характеризующий расход лакокрасочного материала на1 м2 окрашиваемой поверхности. Значение этого показателя определяетравномерность нанесения слоя лакокрасочного материала, что обуславливает егоэкономическую эффективность. Укрывистость зависит от оптических свойствпигмента, его дисперсности и объемной концентрации в связующем. Существенноевлияние на укрывистость оказывают также химический состав, цвет и физико-химическиесвойства связующего, тип растворителя и др.
Однако, главным образом,укрывистость обусловлена оптическими явлениями, протекающими в пленке.
Твердость — сопротивление, оказываемое покрытием при проникновении в него другого тела.Твердость пленки — одно из важнейших механических свойств лакокрасочногопокрытия характеризующее прочность поверхности.
Прочность покрытия наизгиб косвенно характеризует его эластичность, т.е. свойство, обратноехрупкости.
Адгезия — способностьлакокрасочных покрытий к прилипанию или прочному сцеплению с окрашиваемойповерхностью. От величины адгезии зависят механические и защитные свойствапокрытий.
Водостойкость — способность лакокрасочного покрытия выдерживать длительное воздействие преснойили морской воды.
Атмосферостойкость — способность лакокрасочного покрытия сохранять в течение продолжительноговремени свои защитные и декоративные свойства в атмосферных условиях. Срокслужбы зависит от климатических и специфических условий местности. К видамразрушений, связанным с потерей декоративных свойств лакокрасочных покрытийотносятся: потеря блеска, изменение цвета, белесоватость, грязеудержание и др.