Лакокрасочные материалы

Лакокрасочные материалы (ЛКМ) — это композиционные составы, наносимые на отделываемые поверхности в жидком или порошкообразном виде равномерными тонкими слоями, и образующие после высыхания и отвердения плёнку, имеющую прочное сцепление с основанием. Сформировавшуюся плёнку называют лакокрасочным покрытием, свойством которого является защита поверхности от внешних воздействий (воды, коррозии, температур, вредных веществ), придание ей определённого вида, цвета и фактуры.

ЛКМ подразделяются на следующие группы:

• краски
• эмаль
• лак
• грунтовка
• шпаклёвка
• антисептик

Для обозначения основных лакокрасочных материалов используется буквенно-цифровая система. На таре с ЛКМ, например: краской, лаком, грунтовкой или шпатлёвкой стоит некий «шифр». Эти знаки могут многое рассказать и призваны упростить потребителю выбор товара. Прежде всего, на упаковке указывается вид материала — краска, эмаль, лак и т.д. (первая группа знаков). Далее идёт вторая группа знаков, определяющая пленкообразующее вещество (род смолы, сополимера, олифы и т.д.) и обозначается двумя буквами. Третья группа знаков при обозначении лаков, красок и эмалей определяет преимущественное назначение лакокрасочного материала и обозначается цифрой.

Например, алкидная эмаль ПФ-115. Буквенное обозначение «ПФ» говорит о том, что эмаль изготовлена на основе пентафталевого связующего, первая цифра 1 — для наружного применения, 15 — каталожный номер.

По типу основного связующего лакокрасочные материалы подразделяются на:

Лакокрасочные материалы (ЛКМ) на основе поликонденсационных смол:

• АУ — Алкидноуретановые
• УР — Полиуретановые
• ГФ — Глифталевые
• ФА — Фенолоалкидные
• КО — Кремнийорганические
• ФЛ — Фенольные
• МЛ — Меламиновые
• ЦГ — Циклогексаноновые
• МЧ — Мочевинные (карбамидные)
• ЭП — Эпоксидные
• ПЛ — Полиэфирные насыщенные
• ЭТ — Этрифталевые
• ПФ — Пентафталевые
• ЭФ — Эпоксиэфирные
• ПЭ — Полиэфирные ненасыщенные

Лакокрасочные материалы (ЛКМ) на основе полимеризационных смол:

• АК — Полиакрилатные
• АС — алкидно-акриловые краски
• МС — Масляно- и алкидностирольные
• ВА — Поливинилацетатные
• НП — Нефтеполимерные
• ВЛ — Поливинилацетальные
• ФП — Фторопластовые
• ВС — На основе сополимеров винилацетата
• ХВ — Перхлорвиниловые
• КЧ — Каучуковые
• ХС — На основе сополимеров винилхлорида

Лакокрасочные материалы (ЛКМ) на основе природных смол:

• БТ — Битумные
• ШЛ — Шеллачные
• КФ — Канифольные
• ЯН — Янтарные
• МА — Масляные

Лакокрасочные материалы (ЛКМ) на основе эфиров целлюлозы:

• АБ — Ацетобутиратоцеллюлозные
• НЦ — Нитроцеллюлозные
• АЦ — Ацетилцеллюлозные
• ЭЦ — Этилцеллюлозные

На упаковке после букв через дефис стоят цифры, указывающие, для каких работ этот материал предназначен:

• 0 — грунтовка
• 00 — шпатлёвка
• 1 — атмосферостойкая (для наружного применения)
• 2 — ограниченно атмосферостойкая (для внутреннего применения)
• 3 — консервационные краски
• 4 — водостойкие
• 5 — специальные эмали и краски
• 6 — маслобензостойкие
• 7 — химически стойкие
• 8 — термостойкие
• 9 — электроизоляционные и электропроводные.

Вторая и последующая цифры обозначают номер разработки и на бытовом уровне никакой информации не несут. И лишь у масляной краски (МА) вторая цифра обозначает вид олифы.

Между второй и третьей группами знаков ставится дефис (эмаль МЛ-12, лак ПФ-2).

После номера, присвоенного материалу, допускается также добавлять буквенный индекс, характеризующий некоторые особенности материала. Например, ГС — горячей сушки, ХС — холодной сушки, ПМ — полуматовый и т. п.

Цвет материала, который ставится в конце шифра, обозначается полным словом — голубой, жёлтый и др. Например, «Эмаль ХВ—113 голубая» — эмаль перхлорвиниловая, для наружных работ, голубая.

Четвёртая группа — это порядковый номер, присвоенный лакокрасочному материалу при его разработке, обозначаемый одной, двумя или тремя цифрами (эмаль МЛ-111, лак ПФ-283).

Пятая группа — (для пигментированных материалов) указывает цвет лакокрасочного материала — эмали, краски, грунтовки, шпатлёвки — полным словом (эмаль МЛ-1110 серо-белая).

При обозначении первой группы знаков для масляных красок, содержащих в своём составе только один пигмент, вместо слова «краска» указывают наименование пигмента, например «сурик», «мумия», «охра» и т. д. (сурик МА-15).

Для ряда материалов между первой и второй группой знаков ставятся индексы:

• Б — без летучего растворителя
• В — для водоразбавляемых
• ВД — для вододисперсионных
• ОД — для органо-дисперсионных
• П — для порошковых

Третью группу знаков для грунтовок и полуфабрикатных лаков обозначают одним нулём (грунтовка ГФ-021), а для шпатлёвок — двумя нолями (шпатлёвка ПФ-002). После дефиса перед третьей группой знаков для густотёртых масляных красок ставится один ноль (сурик МА-015).

В четвёртой группе знаков для масляных красок вместо порядкового номера ставят цифру, указывающую, на какой олифе изготовлена краска:

• 1 — натуральная олифа
• 2 — олифа «Оксоль»
• 3 — глифталевая олифа
• 4 — пентафталевая олифа
• 5 — комбинированная олифа

В некоторых случаях для уточнения специфических свойств лакокрасочного покрытия после порядкового номера ставят буквенный индекс в виде одной или двух прописных букв:

• В — высоковязкий;
• М — матовый;
• Н — с наполнителем;
• ПМ — полуматовое;
• ПГ — пониженной горючести и т. д.^[1]

К основным свойствам лакокрасочных материалов относятся: вязкость, плотность, массовая доля нелетучих веществ (МДНВ), степень перетира, время и степень высыхания, укрывистость.

Для лакокрасочных материалов, представляющих собой ньютоновские и приближающиеся к ним жидкости, определяется условная вязкость: Условная вязкость это время непрерывного истечения, измеряемое в секундах, определенного количества лакокрасочного материала из вискозиметра с калиброванным соплом. Для определения условной вязкости применяют вискозиметр типа ВЗ-246 с диаметром сопла 2, 4 и 6 мм, либо вискозиметр ВЗ-4 с диаметром сопла 4 мм. Вместимость резервуара вискозиметра должна быть (100 ± 1) см³, температура измерения 20 ± 0,5°С^[2].

Для ЛКМ, являющихся неньютоновскими жидкостями, то есть, если их вязкость зависит от скорости сдвига, применяется метод определения кажущейся вязкости по Брукфильду с использованием одного из типов ротационного вискозиметра. В этом методе шпиндель цилиндрической или соответствующей формы (диск) приводится во вращение синхронным двигателем с постоянной скоростью в испытуемом продукте. Сопротивление жидкости вращению шпинделя, зависящее от вязкости продукта, обусловливает крутящий момент, который фиксируется соответствующим измерителем ^[3].

Метод определения плотности ЛКМ заключается в определении массы испытуемого материала, помещенного в пикнометр с известным объемом при определенной температуре. Металлический пикнометр представляет собой сосуд, объемом 50 или 100 см³ круглого поперечного сечения и цилиндрической формы, изготовленный из гладко отполированного, устойчивого к коррозии материала и снабженный плотно прилегающей крышкой с отверстием посередине^[4].

Массовую долю нелетучих веществ (МДНВ) в ЛКМ определяют как остаток, получаемый после испарения летучих компонентов ЛКМ в определенных условиях испытания. Определение проводят в лабораторном сушильном шкафу, высушивая пробу материала, равномерно распределённую по дну металлической чашки, оговорённого размера. При работе с высоковязкими ЛКМ для лучшего просушивания допускается добавление 2 см³ подходящего летучего растворителя^[5].

Определение степени перетира пигментированных лакокрасочных материалов, диспергированных пигментов и наполнителей производится с использованием специального прибора - гриндометра, отградуированного в микрометрах. Степень перетира характеризует размер самых крупных твердых частиц в испытуемом материале. Гриндометр представляет собой плиту из нержавеющей стали, на верхней ровной и гладкой поверхности которой имеется паз, параллельный длинной стороне плиты, Глубина паза равномерно уменьшается от наибольшего значения в 25, 50, 100 или 150 мкм с одного конца до нуля на другом конце. В ходе испытания помещенную в начало паза пробу материала распределяют по длине паза специальным скребком и отмечают точку, где при визуальном осмотре впервые появились частицы, либо штрихи^[6].

Время высыхания обозначают как промежуток времени, в течение которого достигается определенная степень высыхания лакокрасочного покрытия при заданной толщине слоя ЛКМ и определенных условиях сушки. Степень высыхания это определенное состояние поверхности лакокрасочного материала, нанесенного на пластинку, при заданных времени и температуре сушки. Испытание заключается в определении времени высыхания лакокрасочного материала, необходимого для достижения им требуемой степени высыхания. Различают 7 степеней высыхания. Для достижения степени высыхания 1 с испытуемого покрытия должны легко удаляться мелкие стеклянные шарики, не вызывая повреждения его поверхностного слоя. Для определения степеней высыхания от второй до седьмой на пластинку с покрытием помещается квадратный листок бумаги и, через резиновый диск на 60 секунд устанавливается гиря массой от 20 г до 20 кг. Если после снятия гири листок бумаги не прилипает к покрытию, соответствующая степень высыхания, с учётом оставления или не оставления следа на покрытии, достигнута^[7].

Для лакокрасочных материалов, состоящих из нескольких компонентов, которые хранят отдельно и смешивают перед применением, например, основа-полуфабрикат и отвердитель, устанавливает метод определения срока их жизнеспособности после смешения компонентов путем определения конкретных показателей в лабораторных условиях. К таким показателям могут быть отнесены вязкость, адгезия, блеск покрытия и другие.

Определение жизнеспособности проводят двумя способами: по схеме проходит/не проходит, когда определяют конкретные показатели через установленный период времени; путем повторного определения конкретных показателей через установленные промежутки (интервалы) времени. Стандарт не распространяется на быстро отверждающиеся (менее 15 мин) ЛКМ.^[8]

Определение толщины лакокрасочного покрытия, как мокрого свеженанесённого, так и высушенного, важно, например для понимания таких свойств ЛКМ, как время высыхания и укрывистость. Укрывистость, в свою очередь связана с расходом материала. Толщина покрытия имеет значение также при проведении различных физико-химических испытаний (адгезия, изгиб, твёрдость и пр.), что указывается в нормативно-технической документации. Методы определения толщины покрытия подразделяются на разрушающие и неразрушающие. К разрушающим методам относится механический метод, при котором измерение толщины мокрого слоя проводится с помощью малярной гребёнки различной конструкции при погружении её в слой покрытия, а определение величины сухого слоя - путём измерения микрометром сначала толщины окрашиваемой поверхности с покрытием, а потом толщины чистой окрашиваемой поверхности, после удаления покрытия в месте измерения. К неразрушающим методам относится гравиметрический метод, при котором измеряют площадь и массу окрашиваемой поверхности и плотность либо свеженанесённого ЛКМ, либо высохшего покрытия. К другим неразрушающим методам относятся магнитные методы, радиологический, фототермический, акустический.

В фототермическом методе толщину покрытия определяют по промежутку времени между излучением тепловой волны (периодическим или импульсным) в направлении покрытия и обнаружением детектором отраженного излучения волны (локального увеличения температуры). Измеренную величину времени сравнивают со значениями для покрытий известной толщины в фиксированных условиях.

Радиологический метод позволяет определить толщину покрытия по воздействию ионизирующего излучения .В основе метода явление поглощения и рассеяния (отражения) бета-излучения, падающего на окрашиваемую поверхность. В качестве источника излучения используют радиоактивные изотопы.

В акустическом методе толщина покрытия определяется по времени распространения частично отраженного ультразвукового импульса на границах раздела системы покрытия.

Магнитные методы определения толщины покрытия основаны на взаимодействии магнитного поля с металлической окрашиваемой поверхностью. Толщиномеры, используемые в этом методе, измеряют силу магнитного притяжения между постоянным магнитом и окрашиваемой поверхностью, при этом толщина покрытия зависит от величины силы магнитного притяжения по усилию, необходимому на отрыв магнита от покрытия. Другие методы основаны на изменении магнитного поля. Определение толщины покрытия по изменению магнитного потока выявляется по изменению напряженности магнитного поля, вызванному близостью окрашенной поверхности. В методе магнитной индукции толщиномер, определяет толщину покрытия по изменению, происходящему в магнитном поле при приближении к ферромагнитной окрашенной поверхности. В методе вихревых токов происходит взаимодействия собственного электромагнитного поля, создаваемого толщиномером, с магнитным полем, вызванным вихревыми токами в окрашиваемой поверхности ^[9].

В технологической карте на конкретный лакокрасочный материал содержатся сведения, необходимые для нанесения краски, в том числе рекомендуемые величины толщин мокрого и сухого слоёв покрытия, предельные величины разбавления и другие. Когда имеется такая информация, маляру легко обеспечить требуемую толщину сухого слоя^{[10] [11]}.

Полученные после нанесения и просушивания лакокрасочных материалов готовые лакокрасочные покрытия (ЛКП), для проверки их качества необходимо подвергать различным физико-химическим испытаниям и воздействиям неблагоприятных факторов. К таким испытаниям относятся: адгезия, удар, изгиб, твёрдость, растяжение, светостойкость, царапанье, устойчивость к действию воды и других жидкостей, и т. л.^[12]

Одним из основных свойств лакокрасочного покрытия, определяющего его прочностные свойства является адгезия. то есть прочность его сцепления с подложкой - субстратом. Адгезия определяется. в основном двумя методами: методом решётчатых или другого характера надрезов^{[13] [14]},либо методом отрыва^[15]. По первому методу, на ЛКП специальным ножом до подложки производят несколько надрезов на определенном небольшом расстоянии друг от друга, сопоставимом с толщиной покрытия. По результату определяют степень разрушения ЛКП в местах надрезов в баллах. По второму методу, подлежащий испытанию лакокрасочный материал или лакокрасочную систему наносят на плоские пластинки. После сушки/отверждения и выдержки покрытия к его поверхности приклеивают цилиндрические заготовки. Склеенные образцы после отверждения клея испытывают на отрыв, с помощью специального прибора, измеряя усилие, необходимое для отрыва покрытия от окрашенной поверхности.

Сущность метода испытания к удару состоит в определении высоты, при падении с которой груз, определенной массы, посредством бойка деформирует окрашенную поверхность, не вызывая механических повреждений (растрескивания и/или отслаивания) лакокрасочного покрытия. Постепенно увеличивая высоту, с которой падает груз, можно определить высоту, при которой происходит разрушение лакокрасочного покрытия.^[16]

Прочность лакокрасочного покрытия при изгибе вокруг цилиндрического стержня определяют как способность покрытия противостоять разрушению под действием механической нагрузки, характеризующейся диаметром (от 1 мм и более) первого стержня, на котором происходит растрескивание и/или отслаивание покрытия от окрашиваемой поверхности^[17].

В основе метода испытания лакокрасочного покрытия на твердость с помощью маятникового прибора типа ТМЛ с маятниками Кенига и Персоза, заложен принцип, заключающийся в том, что амплитуда колебаний маятника, касающегося поверхности лакокрасочного покрытия, уменьшается тем быстрее, чем меньше твердость покрытия. Маятники отличаются размерами, периодом и амплитудой колебаний. Определение твердости по уменьшению числа колебаний маятника на однослойных или многослойных покрытиях, полученных на основе различных лакокрасочных систем, производят в сравнении с числом колебаний маятника на эталонной стеклянной пластине, твёрдость которой принимается максимальной ^[18].

Метод определения твердости лакокрасочных покрытий с использованием карандашей различной твердости применим только к гладким лакокрасочным покрытиям. За твердость покрытия по карандашу принимают твердость самого твердого карандаша с грифелем определенных размера и формы, который не оставил повреждений на поверхности испытуемого лакокрасочного покрытия^[19].

Метод определения прочности при растяжении, основан на измерении глубины выдавливания металлической пластинки с покрытием в момент его разрушения при вдавливании сферического пуансона. Для испытаний на растяжение используют так называемый прибор-пресс Эриксена^[20].

Стойкость однослойных или многослойных комплексных лакокрасочных покрытий к статическому воздействию воды, водных растворов солей, кислот, щелочей, минеральных масел, бензина и др. определяют тремя методами: А — метод погружения, при котором образцы выдерживают в жидкости в течение заданного времени; Б — контактный метод, при котором на заданное время на отдельные участки образцов помещают тампон, смоченный жидкостью; В — капельный метод, при котором на заданное время на образцы наносят капли жидкости. После окончания испытаний фиксируют изменения, которые произошли с покрытием: изменение блеска, цвета (оттенка), побеление, образование пузырей, отслаивание, сморщивание, образование коррозии, а также время, через которое восстанавливается блеск или оттенок и т. д. ^[21].

Визуальным восприятием лакокрасочного покрытия является блеск. Принцип определения блеска основан на измерении направленно отраженного пучка света. С помощью устройства для определения коэффициента зеркального отражения (блескомера) получают отношение блеска покрытия к блеску плоской полированной стеклянной пластинки с установленным показателем преломления. Интенсивность отраженного пучка света зависит от материала поверхности и угла падения пучка света. Падающий пучок света отражается от высокоглянцевых поверхностей только в главном зеркальном направлении. От матовых поверхностей свет отражается не только в главном зеркальном направлении, но и диффузно рассеивается во всех телесных углах. Чем более равномерно рассеивается свет в пространстве, тем меньше интенсивность направленной составляющей и тем более матовой выглядит поверхность^[22].

• Толщиномер мокрого слоя
• Масляные лаки
• Выкраска
• Эмалевые краски
• Нефтеполимерные смолы