Применение красителей в лакокрасочной

Промышленности

Лакокрасочные покрытия широко применяются практически во всех отраслях народного хозяйства, а также в быту для защиты металлов и неметаллических материалов (дерева, бетона, пластмасс) от разрушения под действием внешней среды и для придания поверхности изделий, сооружений, зданий необходимого декоративного эффекта.

Лакокрасочные материалы, с помощью которых получают покрытия, представляют собой жидкие или пастообразные составы, которые при нанесении тонким слоем на твердую поверхность высыхают с образованием пленки, удерживаемой на поверхности силами адгезии. К лакокрасочным материалам относятся лаки, краски, грунтовки, шпатлевки. Лаки — растворы природных или синтетических пленкообразующих веществ в органических растворителях — применяют для получения прозрачных покрытий.

Непрозрачные (укрывистые) покрытия получают при нанесении грунтовок, шпатлевок, красок, в том числе и эмалевых красок (эмалей).

Краски — лакокрасочные материалы, представляющие собой однородные суспензии пигментов в пленкообразующих веществах. В зависимости от вида пленкообразующего вещества краски подразделяют на следующие виды: 1) масляные (на основе высыхающих масел или олиф); 2) эмалевые (на основе лаков, т. е. растворов синтетических олигомеров или полимеров, эфиров целлюлозы, природных смол в органических растворителях); 3) водные: клеевые и силикатные (на основе, соответственно, водных растворов растительных и животных клеев и жидкого стекла); 4) эмульсионные (основа — водные эмульсии высыхающих масел или алкидных смол, водные дисперсии синтетических полимеров). Кроме пленкообразующих веществ, пигментов и растворителей в состав красок входят наполнители, пластификаторы, сиккативы, стабилизаторы и некоторые другие добавки.

Пленкообразующие вещества — основные компоненты любых лакокрасочных материалов. Они придают этим материалам способность к образованию пленки при нанесении на твердую поверхность и обеспечивают покрытиям необходимые физико–механические свойства. В зависимости от характера процессов, протекающих при пленкообразовании, различают пленкообразующие двух типов. К первому типу относятся вещества, которые при высыхании не претерпевают химических превращений и образуют пленку в результате физических процессов: испарения органического растворителя, воды (“непревращаемые” пленкообразующие). Ко второму типу относятся вещества, содержащие в макромолекуле функциональные группы (гидрокси–, карбокси–, аминогруппы и т. д.) и образующие пленку в результате химических процессов полимеризации или поликонденсации (“превращаемые” пленкообразующие). К непревращаемым пленкообразующим относятся, например, эфиры целлюлозы, битумы, перхлорвиниловые смолы, к превращаемым — высыхающие масла, алкидные смолы, ненасыщенные полиэфиры, полиуретаны.

В пигментированных лакокрасочных материалах (красках, грунтовках, шпатлевках) пленкообразующие вещества должны смачивать поверхность частиц пигментов и наполнителей, адсорбироваться на этих частицах и служить дисперсионной средой. После нанесения на поверхность пленкообразующие должны прочно удерживать диспергированные частицы в формирующейся пленке силами адгезии, действующими на границе раздела пигмент — пленкообразующее.

В качестве растворителей для пленкообразующих веществ в зависимости от их химической природы используют углеводороды (уайт–спирит, ксилол, толуол, скипидар), спирты (н–бутиловый, изобутиловый, этиловый), кетоны (ацетон, метилэтилкетон), эфиры (пентил–, н–бутил– и этилацетаты, этилцеллозольв). Часто для растворения пленкообразующих применяют смеси растворителей. Растворителем природных пленкообразующих веществ (казеина, декстрина) служит вода.

Пигменты придают покрытию цвет, непрозрачность (укрыви-стость), а также повышают его защитные свойства. Тип применяемого пигмента, а также количественное соотношение между пленкообразующим и пигментом оказывают существенное влияние на важнейшие свойства лакокрасочных покрытий — свето–, атмосферо– и влагостойкость, антикоррозийные свойства. Пигменты могут придавать лакокрасочным покрытиям бактерицидные свойства, способность светиться, повышать его огнестойкость. Важной характеристикой пигмента является критическая объемная концентрация, превышение которой сопровождается скачкообразным изменением некоторых свойств лакокрасочного покрытия.

При изготовлении лакокрасочных материалов используют неорганические и органические пигменты. В лаки иногда вводят растворимые органические красители, которые позволяют сохранить прозрачность окрашенной пленки.

Неорганические пигменты благодаря высокой устойчивости к действию света, тепла, влаги, химических реагентов, а также относительной дешевизне находят наибольшее применение в лакокрасочной промышленности. К ним относятся оксиды, средние или основные соли или комплексные соединения металлов, высокодисперсные порошки металлов (алюминия, меди, цинка, железа, никеля) и их сплавов (бронзы, латуни), технический углерод. Размеры и форма частиц пигментов, степень их агрегации и устойчивость агрегатов в значительной мере определяют их укрывистость, красящую способность, оттенок, способность диспергироваться в пленкообразующем и образовывать блестящие покрытия. Для каждого пигмента существует оптимальный размер частиц. Например, для диоксида титана 0, 2–1, 0 мкм, для оксида цинка 0, 15–2, 00 мкм, для технического углерода 0, 015–0, 030 мкм, для охры 1–10 мкм. Для перевода пигментов в требуемую выпускную форму их размалывают, после чего добавляют неионогенные поверхностно–активные вещества, препятствующие агрегации частиц красящего вещества после измельчения и обеспечивающие лучшее смачивание пигмента пленкообразующим веществом.

В последние годы наблюдается тенденция к применению специальных выпускных форм пигментов в виде паст, представляющих из себя устойчивые однородные концентрированные дисперсии красящих веществ с оптимальными размерами и формами частиц, распределенных в пленкообразователе с добавками наполнителей, смачивателей, растворителей и других вспомогательных веществ. Точные составы этих продуктов фирмы–производители не раскрывают, но их применение существенно облегчает процесс приготовления пигментированных лакокрасочных материалов, позволяет легко комбинировать цвета, используя хорошо подобранные триады (пурпурную, голубую, желтую) и черную пасты ― получать практически любые оттенки. На отечественных заводах лакокрасок широко используется, например паста для алкидных эмалей фирмы “БАSF” (Германия), универсальные колеровочные пасты и пасты для водоразбавленных систем фирмы “Eurocolori” (Италия), металлические пасты фирмы Schlenk (Германия) и т.д.

При производстве лакокрасочных материалов широкого назначения запрещено применение токсичных пигментов — свинцовых белил, медно–мышьяковистой зелени, ограничено применение свинцовых кронов.

Для улучшения свойств лакокрасочных материалов и эксплуатационных характеристик лакокрасочных покрытий (прочности, влаго–, свето– и термостойкости), а также для экономии пигментов в состав красок вводят наполнители (25–50 % от массы пигмента). Наполнителями служат неорганические природные (мел, слюда, тальк, каолин) и синтетические (оксид алюминия, гидроксид алюминия, карбонат бария) вещества. Наиболее часто используют белые наполнители; серые и цветные наполнители находят ограниченное применение. Укрывистость пигментов при введении наполнителей практически не ухудшается.

Введение пластификатора также улучшает свойства лакокрасочного материала. Количество вводимого пластификатора зависит от природы пленкообразующего, содержания пигмента и наполнителя и составляет 5–40 % от массы пленкообразующего вещества. Пластификаторами служат сложные эфиры (фталаты, фосфаты), невысыхающее касторовое масло, невысыхающие алкидные смолы и др.

Для ускорения высыхания красок на основе растительных масел в них вводят сиккативы (до 5 %) —линолеаты, резинаты, нафтенаты, октоаты кобальта, марганца, свинца, реже цинка, кальция. Количество добавляемого сиккатива строго лимитируется, так как с повышением его концентрации ускоряется старение покрытий. В состав красок вводят также стабилизаторы, которые замедляют процессы деструкции пленкообразующих под действием света, окислителей и других факторов и тем самым удлиняют срок службы покрытий.

Толщина лакокрасочных покрытий составляет обычно 60–100 мкм, иногда — ~300 мкм. Лакокрасочные материалы наносят, как правило, несколькими слоями (толщина каждого слоя 10–25 мкм) и высушивают после нанесения каждого слоя. Это ускоряет испарение растворителей и облегчает другие процессы пленкообразования, предотвращая образование подтеков и наплывов на покрытиях.

Отдельные слои покрытия выполняют различные функции и для них выбирают соответствующие материалы. Нижние слои (грунтовые) обеспечивают прочное сцепление с поверхностью объекта и антикоррозийную стойкость покрытия. Для их получения применяют грунтовки, которые наносят одним или двумя слоями. Верхние слои (покровные) сообщают поверхности необходимый декоративный эф-фект, укрывистость, устойчивость к действию внешней среды. Число покровных слоев обычно бывает не менее двух, а иногда достигает пяти — восьми. Для покровных слоев используют главным образом краски, причем верхний слой иногда покрывают лаком, придающим покрытию блеск. Между грунтовочными и покровными слоями при необходимости наносят промежуточные слои различного назначения, например для выравнивания поверхности, заделки сварных и заклепочных швов (шпатлевочные слои).

Для обеспечения прочной адгезии лакокрасочного покрытия необходима очистка окрашиваемой поверхности, а также придание ей шероховатости. Лакокрасочные материалы наносят на поверхности различными способами. В машиностроении широко распространен метод пневматического распыления с помощью пистолетообразных краскораспылителей, снабженных распыляющими форсунками, а также распыление под высоким давлением, создаваемым насосом (безвоздушное распыление). Применяются также методы распыления в электрическом поле высокого напряжения (~100 кВ) и аэрозольного распыления, которое производится под давлением сжиженных газов, помещенных вместе с лакокрасочным материалом в баллон из жести, алюминия или стекла. Методом погружения в ванну с лакокрасочным материалом или обливанием наносят покрытия на изделия, движущиеся на конвейерных поточных линиях. Наиболее старые и малопроизводительные методы нанесения покрытий — кистью или шпателем — применяют обычно при работе с медленно высыхающими материалами. После сушки лакокрасочные покрытия при необходимости шлифуют и полируют.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Что из себя представляют лакокрасочные материалы? Для чего они применяются?

2. Каков основной состав прозрачных и укрывистых лакокрасочных материалов?

3. Какие пленкообразующие вещества используются при изготовлении лакокрасочных материалов? Какую роль выполняют пленкообразующие вещества в лакокрасочных материалах?

4. Какие красящие вещества используются при изготовлении пигментированных лакокрасочных материалов? На какие свойства покрытий влияют пигменты?

5. Какие требования предъявляются к органическим и неорганическим пигментам, применяемым в лакокрасочной промышленности?

6. Для чего в состав лакокрасочных материалов вводят пластификаторы, наполнители, сиккативы?

Крашение резины

Основным сырьем для получения резины является каучук. При переработке его в резину — в процессе вулканизации — к нему добавляют ряд компонентов: агенты вулканизации (сера, полисульфиды, органические пероксиды, например пероксид бензоила и пероксид кумила, алкилфенолоформальдегидные и эпоксидные смолы и др.), ускорители вулканизации (сульфенамиды, дитиокарбаматы, дифенилгуанидин и др.), активные наполнители (технический углерод, коллоидный диоксид кремния, силикаты металлов и др.), инертные наполнители (мел, каолин, тяжелый шпат), мягчители и пластификаторы (углеводороды, органические кислоты и смолы), противостарители, противоутомители, красящие вещества.

Все ингредиенты, в том числе и красящие вещества, вводят в каучук большей частью на вальцах или в смесителях, а в ряде случаев добавляют в водную дисперсию (латекс) или растворы каучука. Вулканизацию проводят в формах или автоклавах под давлением при 140–180 °С. Продолжительность вулканизации при 143 °С обычно составляет 15–50 мин. С повышением температуры скорость вулканизации увеличивается.

Красящие вещества, вводимые в резиновую смесь перед вулканизацией, должны быть нерастворимы в воде, термостойки при 150–180 °С, химически инертны по отношению к ингредиентам резиновой смеси в условиях вулканизации и при последующей эксплуатации готового продукта, светостойки и устойчивы к миграции.

Для крашения резины в процессе ее изготовления применяют органические пигменты (полициклические, фталоцианиновые, азопигменты, Пигмент зеленый), органические лаки — оранжевый, ярко–розовый, рубиновый СК, бордо СК, а также неорганические пигменты, которые используют и для крашения пластмасс.

Для определенного ассортимента резиновых изделий (обувь, детские игрушки) применяют покрывное крашение, которое чаще всего совмещают с лакированием этих изделий. Лаки для резиновой обуви должны прочно закрепляться на поверхности изделий, давать эластичную пленку с хорошим блеском и высокой сопротивляемостью износу. Исходным сырьем для их изготовления служат высыхающие масла и животные жиры. В частности, применяют лаки, получаемые из льняного масла, обработанного серой, или из смеси льняного масла и животных жиров, также обработанных серой (взаимодействие серы с маслом способствует ускорению процесса его полимеризации). В качестве красящего вещества применяют Индулин жирорастворимый, относящийся к кислотным диазиновым красителям.

Для приготовления лака рафинированное льняное масло или его смесь с животными жирами нагревают до 145–155 °С и продувают воздухом с целью окисления (пленка из окисленного масла обладает большим блеском, хорошей твердостью и высокой адгезионной способностью). Затем готовят эфир канифоли с глицерином, сплавляют его при 250–300 °С с индулином, добавляют к сплаву серу и продолжают варку. Полученный сплав вносят в окисленное льняное масло. Лак разбавляют растворителем, обычно уайт–спиритом.

На резиновые изделия лак наносят вручную кистью или окункой на рамках, затем сушат. Готовый лак имеет на изделиях глубокий черный цвет без оттенков в отраженном свете.

Резиновые изделия, в частности игрушки, можно окрашивать путем применения лаков и красок на основе каучуков. Пленки из них обладают хорошей адгезией к резиновой поверхности, достаточным блеском и высокой устойчивостью к механическим воздействиям и старению.

Приготовление каучуковых красок состоит из двух операций: приготовление резиновой смеси и приготовление краски. В состав резиновой смеси помимо синтетического каучука входят оксид цинка, литопон, пигменты и лаки, а также крезолоформальдегидная смола, модифицированная канифолью и затем этерифицированная глицерином (копал крезоловый). Все компоненты смешивают на вальцах.

Для получения краски эту смесь сразу после снятия с валков в горячем состоянии разрезают на мелкие части и заливают бензином в соотношении 1: 16. По окончании растворения раствору дают отстояться, после чего сливают его через фильтровальное полотно в отстойники. Готовая краска должна содержать около 30–32 % сухого остатка. Краску на изделия наносят кистью или путем погружения их в ванну с краской. После крашения изделия высушивают и для увеличения блеска покрывают бесцветным лаком.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Что из себя представляет резина? Каков ее основной состав?

2. Какие красящие вещества используют для крашения резины в процессе ее производства? Какие требования к ним предъявляются?

3. Что служит сырьем при изготовлении лаков для резиновых изделий? Как готовят такой лак?

4. Что из себя представляют каучуковые краски? Как их готовят?

⇐ Предыдущая 22 23 24 25 26 272829 30 31 Следующая ⇒