Будівельна хімія

Кінцевою метою будь-яких лакофарбових робіт є одержання на пофарбованій поверхні тонкої плівки, типу як для упакування продуктів, у парниках і т.д. Однак, плівка лакофарбового матеріалу відрізняється від полімерних плівок.

Лакофарбовим матеріалом називають композицію, яка, будучи рівномірно нанесена на поверхню виробу, що фарбується, у результаті складних фізичних і хімічних перетворень формується в суцільне полімерне покриття з визначеними властивостями (захисними, декоративними, спеціальними). Загальною властивістю всіх лакофарбових покриттів є ізоляція поверхні від зовнішніх впливів, надати їй визначених виду, кольору і фактури. Це досягається за рахунок одержання твердої плівки на основі органічних (і неорганічних, наприклад рідкого скла) речовин. При цьому товщина плівки може складати кілька десятків або сотень мікрометрів.

Отже, головним компонентом будь-якого лакофарбового матеріалу, що визначає властивості одержуваного покриття, є плівкоутворювальна речовина. До природних плівкоутворювальних відносяться рослинні олії, піддані спеціальній обробці, смоли природного походження (янтар, каніфоль, копали й ін.), бітуми й асфальти, білкові речовини (казеїн, кістковий клей), спеціально оброблена целюлоза. Група синтетичних плівкоутворювальних речовин, які використовуться у виробництві лакофарбових матеріалів, набагато ширша і різноманітніша. Це алкідні, епоксидні, карбамідо- і меламіноформальдегідні, фенолоформальдегідні, перхлорвінілові й інші смоли. Основна частина плівкоутворювальних речовин використовується для одержання лакофарбових покриттів, крім того, їх застосовують для просочення пористих поверхонь (дерева, картону, паперу) та інших цілей. У композиції часто вводять пігменти (неорганічні й органічні) і наповнювачі для додавання визначених властивостей покриттю.

Неорганічні пігменти — природні або синтетичні тверді пофарбовані речовини, нерозчинні у воді, розчинниках, плівкоутворювачах. При введенні їх у тонкодисперсному виді в плівкоутворювальні речовини утворяться кольорові покриття.

Органічні пігменти — синтетичні фарбувальні речовини, при введенні яких у плівкоутворювальні одержують лакофарбові матеріали яскравих відтінків.

Наповнювачі — тверді дисперсні неорганічні речовини, нерозчинні в розчинниках і плівкоутворювачах і не володіють фарбувальними властивостями. Використовуються для додавання покриттю необхідного комплексу властивостей.

Одним з необхідних компонентів лакофарбових матеріалів, використовуваних у побуті, є розчинники і розріджувачі.

Розчинники — це органічні летучі рідини, які застосовуються для перетворення плівкоутворювачів у стан, придатний до нанесення на поверхню, що фарбується, і для регулювання в'язкості лакофарбового матеріалу. Розріджувачі — не мають розчинюючу здатність, однак у сполученні з розчинниками здатні регулювати в'язкісні властивості систем у значних межах. У деяких матеріалах в якості розчинника і розріджувача використовують воду.

Крім основних компонентів — плівкоутворювального, пігменту, розчинника (розріджувача) — у лакофарбових композиціях часто застосовуються різні цільові добавки: сикативи, отверджувачі, прискорювачі.

Сикативами називають з'єднання металів (в основному свинцю, марганцю, кобальту, кальцію, заліза) з органічними кислотами. Солі нафтенових органічних кислот називають нафтенатами, кислот лляної олії — лінолеатами, смоляних кислот каніфолі — резинатами і т.д. Ці солі розчинні в органічних розчинниках. Сикативи застосовують для прискорення висихання лакофарбових матеріалів, тобто для скорочення тривалості плівкоутворення. В залежності від типу сикативу процес плівкоутворення починається або з формування поверхневої плівки (кобальтові сикативи), або з підкладки, а потім поширюється по всій товщині плівки (марганцеві і свинцеві сикативи).

Швидкість висихання плівок масляних лакофарбових матеріалів пропорційна кількості сикативу, що вводиться, лише до визначеної межі. Якщо сикатив вводиться в кількості, що перевищує оптимальне, швидкість висихання знову знижується.

Варто враховувати, що дія сикативів не припиняється і після висихання плівки. Введення сикативу в надлишку може привести до передчасного старіння покрить.

Отверджувач — хімічна речовина, що додається до деяких полімерних матеріалів (а також лакофарбовим матеріалам на їхній основі) для одержання неплавкого нерозчинного продукту. Отверджувачі, як правило, вводять у матеріал безпосередньо перед його використанням.

Прискорювач — хімічна сполука, що вводиться для підвищення швидкості твердіння деяких матеріалів.

При використанні добавок варто звернути увагу на необхідність обов'язкового виконання вимог по їхньому застосуванню, зазначених на етикетці товарного продукту або в спеціально прикладеній інструкції.

Ігнорування рекомендацій, неправильне дозування отверджувача і прискорювачів за принципом "чим більше, тим краще", довільне застосування розчинників і розріджувачів може привести до псування матеріалу і непоправному браку в роботі.

Лаки

Плівкоутворювальні речовини (лаки, оліфи) використовуються в зручній для виробництва лакофарбових матеріалів і їхнього застосування формі — у виді розчинів.

Лаками називають велику групу матеріалів, що представляють собою розчини плівкоутворювальних речовин в органічних розчинниках або воді. Після висихання вони утворять тверду прозору (безбарвну або кольорову) плівку.

Слово "лак" індостанського походження і буквально означає "сто тисяч". Ймовірно, це пов'язано з одержанням за давніх часів одного з лаків — шелаку -шляхом очищення смолистих виділень комах, що паразитують у величезних кількостях на деяких видах тропічних дерев, переважно в Індії і Таїланду. Згодом термін "лак" поширили і на розчини інших смол.

Лаки використовують для одержання прозорих покриттів, коли потрібно захистити й одночасно зберегти (або особливо підкреслити) структуру поверхні, що офарбовується, головним чином коштовних порід деревини. У цьому випадку лаки наносять безпосередньо на підготовлену поверхню виробу. Часто лаки наносять як останній шар у системі багатошарового покриття для додання йому гарного зовнішнього вигляду або підвищення експлуатаційних властивостей.

Бітумні лаки

Для одержання бітумних лаків застосовують бітуми спеціальних марок з високою температурою розм'якшення. З метою поліпшення властивостей лаків при їхньому виготовленні до бітумів додають різні смоли, олії. Бітумні лаки при висиханні утворять чорні плівки, що володіють водостійкістю і стійкістю до деяких хімічних реагентів, однак їхні антикорозійні властивості в атмосферних умовах недостатньо високі. Найбільше широко бітумні матеріали застосовуються для тимчасового захисту металу, тому що вони значно дешевші інших матеріалів.

Маслянні лаки

Маслянні лаки — розчини в органічних розчинниках продуктів взаємодії рослинних олій із природними або синтетичними смолами, наприклад масляно-каніфольні лаки. Як правило, лаки дають тверді прозорі плівки жовтуватого кольору. Внаслідок низької атмосферостійкості покриттів масляні лаки застосовуються для лакування виробів, експлуатованих усередині приміщень, наприклад для додання блиску зношеним покриттям дерев'яних полів.

Спиртові лаки і політури

При розчиненні в спирті деяких природних смол — шелаку, сандараку одержують лаки концентрацією 30-45% або політури концентрацією 15-25%. Завдяки великій швидкості випару спирту і малої швидкості розчинення смол можна наносити велику кількість шарів без руйнування попередніх. Спиртові лаки і політури дають покриття з гарними механічною міцністю й адгезією до різних поверхонь, високим блиском; покриття добре поліруються, але характеризуються низькою водостійкістю.

Масляні і спиртові лаки в даний час випускаються в незначних кількостях, тому що для їхнього виготовлення потрібна дефіцитна і дорога природна сировина. В основному вони знаходять застосування для спеціальних цілей, зокрема при виготовленні музичних інструментів.

Алкідні лаки

Являють собою розчини в органічних розчинниках синтетичних алкідних (пентафталевих або гліфталевих) смол. Плівки алкідних лаків тверді, прозорі, слабко пофарбовані; мають гарну адгезію до всіляких поверхонь, водостійкі. Застосовуються як для внутрішніх, так і для зовнішніх фарбувальних робіт. У побуті алкідні лаки часто називають масляними. Це неправильно, тому що хоча при виготовленні алкідних смол застосовуються рослинні олії, що роблять значний вплив на властивості кінцевого продукту, але по хімічному складу і будівлі, а також по властивостях алкідні лаки істотно перевершують масляні.

Алкідно-карбамідні лаки

Лак являє собою розчин в органічних розчинниках композиції алкіднї смоли з аміноформальдегідною (карбамідо-меламіноформальдегідною) або узятих спільно у визначеному співвідношенні. Такі лаки висихають на повітрі при нормальній температурі тільки при введенні кислотних отверджувачів, що додаються безпосередньо перед використанням. Після введення отверджувача термін придатності матеріалу (життєздатність) обмежений і коливається від декількох годин до декількох діб. Такі матеріали можуть висихати і без отверджувача, але при проведенні гарячого сушіння (при 80-120°).

Алкідно-карбамідні лаки застосовуються з отверджувачами, утворюють досить швидко висихаючі на повітрі плівки, що відрізняються підвищеною твердістю, гарними водо- і зносостійкістю. Вони застосовуються для лакування паркетних полів, меблів і різних виробів з дерева експлуатованих усередині приміщень.

Нітратцелюлозні лаки

Нітролаки одержують шляхом розчинення нітрату целюлози у суміші активних органічних розчинників. Для спрямованого регулювання властивостей лаків у композицію вводяться різні смоли (алкідні, аміноформальдегідні й ін.).

Нітролаки утворять тверді прозорі практично безбарвні швидкосохнучі плівки. Інші властивості в залежності від застосування можуть варіюватися в досить широких межах. Найчастіше нітролаки застосовують для лакування виробів з дерева. У ряді випадків їх використовують для лакування виробів з металу, нанося як останній шар у багатошаровій лакофарбовій композиції. Вироби, пофарбовані нітролаками, переважно використовуються для роботи усередині приміщень, хоча можуть бути отримані і покриття, здатні протистояти атмосферним впливам.

Поліефірні лаки

Практично усі знайомі з покриттями, що виходять при використанні поліефірних лаків у виробництві меблів (у побуті її називають "полірованою"). Поліефірні лаки є багатокомпонентними матеріалами, і при їхньому нанесенні потрібна особлива точність. Покриття на основі цих лаків практично не дають усадки, тому що розчинник (як правило, стирол) не випаровується в процесі твердіння покриття, а полімеризується з розчиненою смолою. Поліефірні лаки при висиханні утворять тверді плівки великої товщини, стійкі до впливу різних реагентів і води. На їхній основі випускаються також високоякісні шпаклівки для автомобілів.

Поліуретанові й алкідноуретанові лаки

Особливістю плівок поліуретанових лаків є їхні винятково високі механічна міцність і зносостійкість. В даний час представлені велику художню цінність паркетні поли в залах музеїв і палаців покриті саме цими лаками. Виробляються поліуретанові меблеві лаки і лаки для музичних інструментів. Застосування цих лаків вимагає ретельного дотримання вимог, зазначених в інструкціях. Поліуретанові лаки — досить дорогі матеріали, але високі експлуатаційні властивості і тривалий термін служби виробів компенсують їхню високу вартість. В даний час ці лаки рідко зустрінеш у широкому продажі.

Епоксидніе лаки

У побуті вони часто використовуються для одержання шпаклівок, склеювання, виготовлення сувенірів і для інших цілей. Епоксидні лаки являють собою розчини епоксидних смол в органічних розчинниках. Звичайно перед використанням до них додають отверджувач, кількість якого залежить від типу смоли й отверджувача, умови отвердження і приводяться в інструкціях із застосування. Отримані плівки мають високими водо- і щілочестійкостю, механічною міцністю, адгезією до різних матеріалів, однак недостатньо атмосферостійкі.

Нефтеполімерні лаки

Група лаків, здатних замінити масляно-смоляні лаки, перевершуючи їх по стійкості до дії миючих засобів і різних реагентів. У той же час нефтеполімерні лаки істотно дешевше масляно-смоляних.

Ці лаки одержують у виді композицій розчинів нефтеполімерних смол в органічних розчинниках з різними добавками, що модифікують. Здійснювана в даний час комплексна переробка нефтей дає можливість одержувати нефтеполімерні смоли для виготовлення лакофарбових матеріалів у великих кількостях, тому асортимент матеріалів із застосуванням цих смол істотно розшириться.

Оліфи

Оліфи — плівкоутворювачі, одержувані на основі рослинних олій, що пройшли спеціальну обробку (окислювання або тривалий прогрів при високих температурах), з додаванням сикативів і розчинників.

Оліфи висихають на повітрі, утворюючи м'які еластичні плівки з невисокими механічними і захисними властивостями.

Протягом багатьох років ці плівкоутворювачі займали ведуче місце серед матеріалів побутового і будівельного призначення. Їх застосовують для ґрунтування й оліфовки деревних і інших пористих поверхонь перед їх фарбуванням. Велика кількість оліфи в даний час витрачається на виготовлення олійних фарб.

Промисловістю випускаються кілька типів оліф. Натуральні оліфи одержують обробкою висихаючих або суміші висихаючих і напіввисихають олій, вони практично не містять органічних розчинників.

Комбіновані оліфи й оліфи "Оксоль" — продукти, отримані шляхом окислювання висихаючих і напіввисихаючих олій; перші містять 30%, другі — 45% розчинника. Комбіновані оліфи головним чином застосовуються як напівфабрикат для виготовлення олійних фарб. У деяких літературних джерелах комбінованими оліфами помилково називають суміші препарованої рослинної олії з "синтетичними" оліфами або нефтеполімерними смолами. У дійсності ж "комбінування" полягає не в цьому. Для одержання оліф з визначеним комплексом властивостей у залежності від їхнього застосування (для зовнішніх або внутрішніх робіт, для виготовлення фарб і т.д.) використовують комбінації різних природних олій, наприклад лляної і соняшникової, або комбінації олій, що пройшли різну попередню обробку — окисленого до визначеного ступеня олії з прогрітим.

У багато оліфи "Оксоль" на основі соняшникової олії, що напіввисихає, а також композиційні оліфи, що містять, подібно оліфі "Оксоль", до 45% розчинника. Для одержання останніх використовують низькоякісні рослинні олії. Ці оліфи характеризуються темним кольором одержуваних покриттів, уповільненим висиханням.

Для поліпшення властивостей оліф в них вводять каніфоль, низькомолекулярні каучуки й інші добавки, цим і пояснюється їх назва — "композиційні".

Існує група матеріалів, що умовно називають синтетичними оліфами. Це різні побічні продукти нафтохімічних виробництв, здатні при висиханні утворювати плівки. Як правило, це низькоякісні матеріали, що, однак, можна використовувати для невідповідальних робіт, просочення пористих поверхонь, тимчасового захисту і т.д.. До числа таких матеріалів відносяться, наприклад, полідинові оліфи.

Через більш низьку якість синтетичних оліф у порівнянні з натуральними сформувалося негативне відношення до синтетичних матеріалів як до неповноцінних замінників, сурогатам. Насправді синтетичні оліфи менш універсальні й області їхнього застосування обмежені.

На закінчення необхідно відзначити, що в деяких випадках плівкоутворювачі можуть використовуватися не тільки у виді розчинів, але й у твердому стані. Це порошкові фарби, що застосовуються в промисловості, сухі фарби і шпаклівки, що надходять у роздрібну торгівлю. Правда, при використанні в побуті перед застосуванням їх розчиняють у воді або органічних розчинниках.

Пігменти і наповнювачі

При введенні в лаки пігментів і наповнювачів одержують пігментовані лакофарбові матеріали. Роль цих речовин у композиціях дуже важлива. З одного боку, пігменти дають можливість одержати безліч кольорів і відтінків емалей і фарб. З іншого боку, багато пігментів — це хімічно активні речовини, здатні брати участь в утворенні плівки, робити її пружнішою, довговічною. Надзвичайно важлива роль пігментів і в підвищенні антикорозійних властивостей лакофарбових матеріалів.

А наповнювачі? Невірна думка, що якщо з наповнювачем — значить гірше. Наповнювач — це цільова добавка. Так, при введенні в систему тальку, часточки якого мають плоску форму, матеріал не тільки міцніє, але і підвищується його атмосферостійкість. Мелена слюда поліпшує термостійкість, перешкоджає розтріскуванню плівки при високих температурах. У залежності від призначення матеріалу склад пігментної частини змінюється як якісно, так і кількісно. Існує кілька видів пігментованих матеріалів: це ґрунтовки, шпаклівки і покривні емалі, фарби.

Ґрунтовки

Цим терміном позначають групу матеріалів, що представляють собою суспензії пігментів або їхніх сумішей з наповнювачами в плівкоутворювальній речовині, що утворять після висихання непрозору однорідну плівку.

Суспензія — суміш речовин, з яких одне (тверде) розподілено у виді дрібних часточок в іншому (рідини) у зваженому стані.

Ґрунтовки призначаються для нанесення першого шару покриття, тому до них пред'являються високі вимоги. Вони повинні забезпечувати гарне зчеплення плівки (адгезію) з поверхнею, що фарбується, і з покривними матеріалами, що наносяться по ґрунтовці (міжслойна адгезія). Крім того, ґрунтовки повинні надійно захищати поверхню виробів і мати високу корозійну стійкість. Для цього до складу ґрунтовки вводять спеціальні пігменти. Існує кілька типів ґрунтовок.

Ізолюючі ґрунтовки забезпечують низьку проникність плівки, перешкоджаючи проникненню вологи, агресивних середовищ до пофарбованої поверхні. Звичайно в такі ґрунтовки додають залізний сурик, цинкові білил (оксид цинку) і ін.

Пасивуючі грунтовки, містять у складі пігменти, здатні пасивувати метал. Це в першу чергу різні хромати і фосфати, при введенні яких у ґрунтовку навіть у невеликих кількостях на поверхні металу утвориться захисна оксидна плівка, що запобігає корозії.

Протекторні ґрунтовки містять у своєму складі до 90% металевих пігментів (порошки цинку, сплав цинку з магнієм, свинець). Захист металу протекторними ґрунтовками обумовлена тим, що при контакті з електролітом лакофарбовий матеріал, що місить порошок цинку, цементується продуктами корозії цинку, утворює ущільнений шар плівки, що стає непроникним.

Фосфатируючі ґрунтовки застосовуються для фосфатирування поверхні виробів з чорних і кольорових металів. Ґрунтовки полегшують пассивацію металу, фосфатирують його і сприяють значному підвищенню адгезії плівки як до чорних, так і до кольорових металів.

Звичайно ці ґрунтовки складаються з двох компонентів — основи і кислотного розріджувача, що містить ортофосфорну кислоту.

Ґрунтовки-перетворювачі іржі наносять безпосередньо на поверхню, з якої не вилучені продукти корозії (іржа, окалина). До складу ґрунтовок входить ортофосфорна кислота, що перетворює ці продукти в нерозчинні фосфати заліза. Ці ґрунтовки одночасно з перетворенням іржі створюють на поверхні полімерну плівку, що додає корозійну стійкість усьому покриттю.

Ґрунтовки — надзвичайно важливі матеріали. На жаль, часто зневажають рекомендаціями і вимогами по фарбуванню, коли в якості першої фарбувальної операції пропонується ґрунтування, а це приводити до зниження терміну служби покриття, прискоренню корозії підкладки, необхідності більш частого перефарбування й у кінцевому рахунку до перевитрати більш дорогих покрівних матеріалів, збільшенню вартості фарбувальних робіт. Підраховано, що при правильному фарбуванні в загальній кількості лакофарбових матеріалів ґрунтовки повинні складати до 30%.

Слід зазначити, що ґрунтовки не володіють високими декоративними властивостями, тому практично не використовуються самостійно як оздоблювальні матеріали.

Шпаклівки

Шпаклівки — високонаповнені матеріали, що представляють собою в"язку пастоподібну масу, що складається із суміші пігментів з наповнювачами в плівкоутворювальній речовині. Шпаклівки призначені для заповнення нерівностей і заглибин, згладжування поверхні, що офарбовується. Як правило, шпаклівку наносять на попередньо заґрунтовану поверхню, рідше — на метал. Для того щоб шпаклівки добре просихали по всій товщині, не давали усадки і легко шліфувалися, вміст наповнювачів у шпаклівці повинна бути високим. У побуті застосовуються алкідні, нітратцелюлозні, епоксидніе й інші шпаклівки. Для великих ремонтних робіт найбільш зручні алкідні шпаклівки, що володіють гарним комплексом властивостей. Для ремонту невеликих ушкоджень, якщо потрібне швидке виконання роботи, застосовуються швидкосохнучі нітрошпаклівки. Але треба враховувати, що вони містять більшу кількість розчинника і тому дають усадку. До числа безусадочних шпаклівок відносяться епоксидні і поліефірні. Вони добре відомі автомобілістам. Це високоякісні шпаклівки, але дорогі. Крім того, до їхніх недоліків можна віднести двухкомпонентність, що створює незручності в роботі, і обмежену життєздатність після введення отверджувача.

Для будівельних робіт, вирівнювання великих поверхонь зараз випускаються шпаклівки на основі водних дисперсій полімерів, однак для підготовки металевих поверхонь їх можна використовувати тільки після ґрунтування.

Емалі і фарби

Емалі і фарби призначаються для одержання верхніх шарів покриття, до яких пред'являються високі і різноманітні вимоги по декоративності і стійкості до впливу зовнішніх факторів. Уживані терміни "фарба" і "емаль" досить близькі, але не тотожні.

Фарба — це суспензія пігментів або їхньої суміші з наповнювачами в олії, оліфі, емульсії, латексі або іншій плівкоутворювальній речовині, що утворить після висихання непрозору пофарбовану однорідну плівку. Раніше цей термін застосовувався переважно до композицій на основі олій, що висихають, і оліф. Він зберігся стосовно до лакофарбових матеріалів будівельного призначення (клейові, вододисперсні, силікатні й ін.), матеріалам для неметалічних підкладок (художні фарби, фарби для шкіри). Цей термін застосовується і для порошкових складів (сухі фарби, порошкові фарби для металу).

Властивості фарб, з огляду на розмаїтість застосовуваних плівкоутворювачів, досить різні. Вони застосовуються для захисту поверхонь і виробів, експлуатованих у самих різних умовах, однак на відміну від емалей утворять покриття з меншою декоративністю.

Емалями називають суспензії пігментів або їхніх сумішей з наповнювачами в лаках, що утворять після висихання непрозору тверду плівку з різною фактурою (глянсові, матові, "муарові" і ін.) і декоративністю.

По фізико-механічних характеристиках плівок (твердості, еластичності) і захисними властивостям емалі перевершують масляні і вододисперсні фарби. Емалі, що містять, як правило, велику кількість плівкоутворювача (синтетичного лаку) і мала кількість наповнювача, мають підвищену декоративність.

Дуже часте розходження між фарбами і емалями помилково зводять до блиску: емалі блищать, фарби ж - матові. Таке спрощене трактування термінів зустрічається, на жаль, і в літературі по лаках і фарбам для побуту.

Асортимент лаків — синтетичних плівкоутворювачів — надзвичайно різноманітний. Про деякі з них, застосовуваних у якості самостійних покрівних матеріалів, ми вже розповіли. Але число лаків, використовуваних для виробництва емалей, з огляду на їхні різноманітні сполучення для одержання заданих властивостей, у багато разів більше.

www.ganza.com.ua