Важным фактором, определяющим технологию получения покрытия, является качество лакокрасочного материала, из которого формируется покрытие, и в первую очередь его способность к образованию плёнки, комплексом требуемых технических свойств.
При определении эксплуатационных свойств покрытий и сроков их службы оценивают комплексные покрытия, состоящие из грунтовки, шпатлёвки, покрывных эмалей или красок. Число слоев в комплексном покрытии зависит от заданной толщины покрытия и условий эксплуатации изделия. Каждый слой комплексного покрытия имеет своё назначение: шпатлёвка выравнивает и устраняет дефекты изделия, грунтовка обеспечивает покрытию коррозионную стойкость, эмаль, наряду с защитными свойствами, придаёт изделию красивый внешний вид.
Полимерные покрытия должны обладать определенными физико-механическими, декоративными и защитными свойствами, обеспечивающими их длительную сохранность в различных условиях эксплуатации и имеют классификацию по девяти основным группам (видам) условий их эксплуатации.
Наиболее распространенным видом покрытий являются покрытия для защиты изделий, эксплуатируемых в атмосферных условиях различных климатических зон. Такие покрытия получили названия атмосферостойких (группа эксплуатации 1).
В особый класс выделены полимерные покрытия на изделиях, эксплуатируемых длительное время в пресной и морской воде. Такие покрытия получили название водостойких (группа эксплуатации 4).
Покрытия, стойкие к воздействию различных минеральных масел и бензина выделены в самостоятельный класс покрытий (группа эксплуатации 6), хотя, по существу, для окраски изделий, эксплуатируемых в этих условиях, используются химически стойкие лакокрасочные материалы (группа эксплуатации 7) и материалы, отнесенные к 5-ой группе эксплуатации покрытий, так называемые специальные покрытия.
Наиболее химически стойкими полимерами являются полимеры, не содержащие функциональные группы, так как покрытия на их основе стойки к гидролизу, окислению и другим процессам. Независимо от характера среды наиболее стойкие покрытия получают из кристаллических полимеров и аморфных полимеров, способных образовывать покрытия пространственно-сшитого строения.
Постоянное ужесточение законодательства по охране окружающей среды привело к постепенному вытеснению на мировом рынке традиционных органоразбавляемых лакокрасочных материалов (ЛКМ) водоразбавляемыми, порошковыми, материалами с высоким сухим остатком (ВСО) и радиационного отверждения.
Анализ ситуации на мировом рынке указывает на рост производства и потребления последних при явном сокращении спроса на органоразбавляемые системы. Главной причиной увеличения спроса на прогрессивные ЛКМ является ужесточение экологических законодательств в большинстве развитых стран, в соответствии с которыми резко ограничивается содержание легколетучих органических соединений (ЛОС) и других токсичных компонентов в рецептурах различного назначения.
Уменьшения выбросов вредных веществ в атмосферу при изготовлении и применении лакокрасочной продукции можно достичь двумя путями, один из которых предполагает использование инженерно-технических решений (оптимизации процесса окраски, автоматизации оборудования, модернизации систем рециркуляции и очистки отходов), а второй - внедрение новых экологически полноценных типов ЛКМ и современных технологий. И здесь лидируют водоразбавляемые ЛКМ.
Причиной такой популярности являются низкое содержание ЛОС (24,0-30,0 г/л, а в ряде случаев-12,0 г/л), малая токсичность, взрыво- и пожаробезопасность, простота и доступность методов нанесения, отсутствие расходов на вентиляцию цехов и т.д. Но эти ЛКМ из-за сложного состава рецептур и большого числа добавок, как правило, на 5-10% дороже органоразбавляемых аналогов. Однако с учётом экономии на использование очистного и рециркуляционного оборудования окраска водоразбавляемыми ЛКМ обходится не дороже, а иногда даже дешевле, чем обычными составами. Перечисленные достоинства водных ЛКМ способствовали тому, что в некоторых секторах потребления они опередили все другие виды лакокрасочной продукции, включая органоразбавляемые системы.
Это относится, прежде всего, к строительству, где потребление водоразбавляемых ЛКМ достигает 70-80% от общего объема лакокрасочной продукции, расходуемой на указанные цели. Значительно меньше доля водоразбавляемых ЛКМ в промышленном секторе (в развитых зарубежных странах она не превышает 20-23%). При промышленной окраске подавляющую часть водных ЛКМ (до 80%) составляют водорастворимые и коллоидные системы, тогда как в ассортименте строительных красок преобладают латексные краски.
В последние годы сфера применения латексных красок расширилась за счёт разработки высококачественных композиций, пригодных для получения антикоррозионных Пк промышленного назначения. Эти результаты достигнуты благодаря использованию специальных пигментов и усовершенствованию рецептур. Последний путь позволил создать нам, например, латексные краски на основе сополимера стирола, акрилатов, получаемых по новой технологии без применения ПАВ. Такие краски могут быть использованы и в автомобилестроении.
Путем изменения агрегативного строения композиции за счёт сорбционных взаимодействий растворитель-плёнкообразователь-наполнитель была разработана серия ЛКМ для защиты металла от коррозии "АКРОКОР" с высокими защитными свойствами и налажено их производство.
Материалы серии "Акрокор", "Эполат", "Акролак" предназначены для защиты чистых металлических поверхностей от коррозии, в том числе с остатками окалины и плотнодержащейся ржавчины. Серию "АКРОКОР" составляют материалы следующих марок:
- "Акрокор-2" - грунт с преобразователем ржавчины для окраски металла при толщине коррозионного слоя до 100 мкм; при нанесении в 2-3 слоя является самостоятельным покрытием;
- "Акрокор-1" - грунт-краска, применяется для окраски чистого металла, допускается небольшая ржавчина до 10 мкм; при нанесении в 2-3 слоя является самостоятельным покрытием; выпускается различных цветов;
- "Акрокор" - грунт-эмаль для окраски чистого металла;
- Шпатлевка "Акрокор" - безусадочная, для выравнивания чистых металлических и других поверхностей; допускается небольшая ржавчина до 10 мкм.
Сопоставление потребления энергии на вентиляцию закрытого цеха при окраске металлоконструкций показывает на существенные преимущества водоразбавляемых лакокрасочных материалов перед органоразбавляемыми и позволяет отнести их к энергосберегающими технологиям окраски. Применение покрытий на основе водоразбавляемых ЛКМ "АКРОКОР", снижает потребление энергии на вентиляцию закрытого цеха в 10 раз.
Воднодисперсионные шпатлевки, грунтовки, краски, эмали серии "АКРОКОР", лаки серии "АКРОЛАК-М", выпускаемые фирмой "ИНМА" используются в станах СНГ для:
- грунтования изделий электромашиностроения и приборостроения (взамен грунтовок ГФ-021, ФЛ-03К) и окрашивания (взамен МЛ-12, МС-17, НЦ-25, НЦ-11, НЦ-273);
- узлов деталей тракторов (взамен ФЛ-03К);
- межоперационной защиты сварных узлов крупных электрических машин;
- грунтования литья на период межоперационного хранения;покрытия конструкций, работающих в условиях гальванических цехов;грунтования изделий трубопрокатных заводов;
- грунтования и окраски крупных металлоконструкций (мостовых сооружений);
- противокоррозионной защиты воэдуховодов;
- окраски подвижной части железнодорожных составов;
- окраска изделий бытовой техники;
- противокоррозионной защиты полостей автотранспортных средств;
- окраски автомобильных двигателей и бензобаков.
Пк на основе "Акрокор-1" обладает масло- и бензостойкостью. Стойкость плёнки к статическому воздействию жидкости ГОСТ 9.403-80 метод А:
- минерального масла при температуре (100±2)°С не менее 48 часов;
- бензина при температуре (20±2)°С не менее 48 часов.
Благодаря полному отсутствию органических растворителей в рецептурах "АКРОКОР" их можно использовать при окраске внутренних поверхностей, емкостей, цистерн, труднопроветриваемых помещений. Широкое применение пластмасс в промышленности в последние десятилетия потребовало разработки специальных ЛКМ с учетом особенностей полимерных подложек. Трудности создания полноценных покрытий на поверхности пластмасс обусловлены прежде всего низкой адгезионной прочностью большинства ЛКМ к таким подложкам. Особенно плохо "удерживаются" лакокрасочные покрытия на пластмассах на основе кристаллических полимеров (полиофинов, поликарбонатов, полиакрилатов).
Формирование качественных покрытий на пластмассовых подложках осложняется возможным присутствием на их поверхности пластификаторов, стабилизаторов смазки и других низкомолярных продуктов, а также адсорбированной влаги, которые скапливаются в поверхностных слоях.
Кроме того, пластмассы не термостойки: при высоких температурах возможны разложение полимеров или деформация изделий; последняя значительно усиливается в присутствии растворителей.
Величина адгезии покрытия зависит также от вида покрываемого металла. Адгезионная активность разных металлов различная. Адгезионная прочность, как правило, уменьшается в ряду:
Медь -> Углеродистая сталь -> Свинец -> Легированная сталь -> Алюминий -> Цинк -> Олово
Наибольшую трудность представляет получение адгезионнопрочных покрытий на гладких непористых подложках (металлы, стекло), а также материалах с низкой поверхностной энергией (некоторые полимеры).
Результаты проведенных исследований показали, что для создания многослойных высококачественных полимерных систем необходимо учитывать природу, адсорбционную активность, смачиваемость подложки и т.д., будь это полимер, металл, стекло и др. В последние годы нами разработаны ЛКМ, обладающие универсальными свойствами и системы покрытий на их основе.
Грунт-эмаль "Акрокор" для пласмасс [акрилонитрилбутадиенстирол АБС 2020, полифениленоксил (норил GTX), полибутадиентерефталат (ксеной), полиамид, в том числе стекло и минералонаполненный, полиуретан, полипропилен и др.].
Полуматовое и полуглянцевое покрытие отличается высокими декоративными свойствами (ровное, без шагрени, можно использовать в качестве самостоятельного покрытия), исключительными адгезионными прочностными свойствами, эластичностью; устойчиво к перепаду температур, воздействию влажной атмосферы и ультрафиолетового облучения.
Грунт-краска "Акрокор-О" для различных металлов (стали, оцинкованного металла, алюминия, латуни) под акриловые, полиэфирные, алкидно-меламиновые, эпоксидные, а также под толстослойные (1-5мм) ПВХ- пластизоли.
Наши исследования показали, что такие полимерные тонкие пленки не только обеспечивают покрытию необходимый комплекс физико-механических и защитных свойств, но и значительно упрочняют окрашиваемые изделия и конструкции. Например, пластмассовые детали приобретают морозо- и влагостойкость, а металлические изделия - герметичность, ударопрочность и другие специальные свойства.
Создание латексно-эпоксидных композиций представляет несомненный интерес, поскольку в этом случае обеспечивается получение материалов, сочетающих высокие адгезионные и прочностные характеристики эпоксидных полимеров и эластические свойства каучукоподобных полимеров латексов.
В разрабатываемых латексно-эпоксидных композициях в качестве отвердителей использовались полиэтиленполиамин и отвердитель полиоксипропиленаминный, которые во всех случаях обладают в исследованных композициях поверхностно-активными свойствами, значительно снижая поверхностное натяжение на границе раздела композиция - воздух. Однако, при применении полиэтиленполиамина, жизнеспособность композиции при 20°С несколько ниже требуемой по техническому заданию (4-5 часов вместо 7), в связи с чем в дальнейшем исследовались композиции с отвердителем полиоксипропиленаминным.
Исследованные латексно-эпоксидные композиции включают в себя высокомолекулярный полимер латекса, жидкую эпоксидную смолу и полиаминный отвердитель. Процесс формирования покрытий из таких композиций достаточно сложен, поскольку он включает в себя ряд параллельно протекающих явлений, таких как процесс испарения воды из плёнки покрытия (его физическое высыхание), с последующей коалесценцией латексных частиц, распределение эпоксидной смолы в матрице латексного сополимера, её отверждение полиаминным отвердителем.
Возможны такие реакции карбоксильных групп латексного сополимера с аминными группами отвердителя и эпоксидными группами смолы. Очевидно, что структура полимерной плёнки в таких композициях будет сильно зависеть от соотношения латексного и эпоксидного связующего.При низком содержании эпоксидного связующего оно будет распределено в матрице латексного полимера, и наоборот, в случае его высокого содержания, жесткая эпоксидная матрица будет содержать каучуковый сополимер латекса в виде включений, распределённых в её объёме.
Латексно-эпоксидная краска "Эполат" предназначена для окраски стальных, алюминиевых и оцинкованных конструкций (кровли), а также стеклопластика (ТУ 2316-007-50003914-2001).
Воднодисперсионная краска "ЭПОЛАТ" представляет собой двухкомпонентную композицию, состоящую из основного компонента и отвердителя. Применяется для окраски поверхности стальных, оцинкованных или цветных металлов и создает долговечное покрытие, стойкое к статическому воздействию воды, минеральных масел, нефтепродуктов (с содержанием ароматики не более 10%), растворов солей, синтетических моющих средств.
Рекомендуется для окраски внутренних помещений судов и сооружений, а также для наружной и внутренней окраски изделий из оцинкованного железа и цветных металлов, а также пористых материалов (древесины, бетона, штукатурки и др.). Допускается нанесение краски на поверхности, окрашенные эмалью ПФ-218 и другими эмалями. Срок службы покрытия - не менее 5 лет. В разбавленном состоянии может использоваться в качестве грунтовки по металлическим поверхностям. Цвет основного компонента определяется по согласованию с заказчиком. Материалы хорошо наносятся кистью, валиком, пневмо- и безвоздушным распылением.
Нами разработаны и производятся химстойкие водоразбавляемые лакокрасочные материалы. "Эполат-785" предназначен для защиты в комплексном многослойном покрытии с лаком "Эполат-784" незагрунтованных или загрунтованных поверхностей оборудования, металлических, бетонных и железобетонных конструкций от воздействия агрессивных газов, кислот, кислотных растворов солей и щелочей при температуре не выше 60°С.
Создание водоразбавляемых эпоксидных материалов позволяет, используя традиционные методы нанесения ЛКМ (пневмо-, безвоздушное распыление), получать покрытия с высокими защитно-декоративными свойствами, характерными для БЭП, но при этом скорость формирования защитно-декоративных свойств покрытий значительно выше, такого же порядка, как у органоразбавляемых эпоксидных ЛКМ.
Краска водоразбавляемая ВЭП - 012 (ТУ 2316- 012-50003914-2002) предназначена для защиты и гидроизоляции бетонных, кирпичных, асбоцементных, а также металлических поверхностей, эксплуатирующихся в атмосферных условиях умеренного климата и при повышенной влажности, а также в условиях воздействия растворов кислот, щелочей, солей, масел, нефтепродуктов и моющих средств. Рекомендуется для окраски полов, стен в промышленных и общественных зданиях, в том числе на предприятиях пищевой промышленности, возможно применение в качестве герметика в бассейнах.
Краска ВЭП - 724 (ТУ 2316-012-50003914-2002) предназначена для защиты от коррозии оборудования, металлических конструкций, а также бетонных и железобетонных конструкций от воздействия растворов солей и щелочей, агрессивных газов (SO2, Cl2, CO2) и кислот (серной, фосфорной, соляной) при температуре не выше +60°С.
Краска ВЭП - 438 (ТУ 2316-012-50003914-2002) Предназначена для защиты от коррозии наружных надводных и подводных поверхностей металлоконструкций, эксплуатирующихся в неограниченных климатических условиях. Покрытие стойкое к влажной атмосфере, пресной, морской воде, обладает пониженной горючестью. Срок службы покрытия не менее 4 лет.
Условия работы с водоразбавляемыми ЛКМ
Перед нанесением водоразбавляемых лакокрасочных материалов поверхности очищают от грязи и пыли, обезжиривают водным раствором щелочного моющего средства и промывают водой. Лакокрасочный материал тщательно перемешивают, при необходимости, согласно инструкции на используемый ЛКМ, разбавляют водой. Наносят на сухую поверхность при температуре подложки не ниже 10-15°С. Способы нанесения водоразбавляемых ЛКМ аналогичны органоразбавляемым. Из-за более сложного рецептурного строения водоразбавляемых ЛКМ в отличие от органоразбавляемых, нельзя использовать одну и ту же партию ЛКМ, например, для окраски методом безвоздушного распыления и струйного облива, изменяя вязкость путем разбавления ЛКМ водой.
Рекомендуемый интервал условной вязкости ЛКМ по ВЗ-4 для окраски изделий методом окунания или струйного облива 12-20с., пневмораспылением 20-35с., безвоздушным распылением > 40с.
Формирование покрытий из водоразбавляемых ЛКМ происходит в результате коагуляции его на подложке. Изучение влияния относительной влажности воздуха при отверждении на свойства лакокрасочных покрытий на основе водоразбавляемых ЛКМ [4,5] позволило сделать выводы:
- несмотря на отсутствие органических растворителей в водоразбавляемых ЛКМ, при нанесении покрытий в замкнутом пространстве необходима хорошая вентиляция, позволяющая воде испаряться со скоростью, обеспечивающей достаточно быстрое формирование покрытий с наилучшими защитно-декоративными свойствами;
- относительная влажность воздуха при нанесении и формировании покрытия не должна превышать 85%, при более высоких значениях относительной влажности у Пк, могут ухудшаться как внешний вид, так и защитные свойства.
