Лакокрасочные материалы: их состав, основы производства и ассортимент

Лакокрасочные материалы: их состав, основы производства и ассортимент

Содержание

• Введение
• 1. Общая характеристика лакокрасочных материалов
• 2. Технологический процесс производства лакокрасочных материалов

• 2.1 Исходное сырье для получения лакокрасочных материалов
• 2.2 Технологический процесс получения лакокрасочных материалов
• 2.3 Свойства лакокрасочных материалов

• 3. Технологический процесс нанесения лакокрасочных материаллов
• 4. Свойства лакокрасочных покрытий
• 5. Ассортимент лакокрасочных материалов

• 5.1 Полимерные красочные составы
• 5.2 Лаки и эмалевые краски
• 5.3 Олифы и масляные краски

• Выводы
• Список литературы

Введение

В настоящее время на прилавках магазинов можно увидеть изобилие лакокрасочных изделий во всевозможных упаковках и самого разнообразного назначения. Уже практически не осталось таких поверхностей, для которых нельзя было бы подобрать определенный тип и марку лака и краски. Сейчас можно не только приобрести краску подходящего цвета, но и нужный оттенок с помощью автоматических колеровочных установок или готовых колеровочных паст. Давайте попытаемся разобраться, что же представляют собой лакокрасочные материалы.

Лакокрасочные материалы (ЛКМ) имеют две основные функции: декоративную и защитную. Они оберегают дерево от гниения, металл - от коррозии, образуют твердые защитные пленки, предохраняющие изделия от разрушающего влияния атмосферы и других воздействий и удлиняющие срок их службы, а также придают им красивый внешний вид. Лакокрасочные покрытия долговечны. Для их нанесения не требуется дополнительное, сложное оборудование, и они легче обновляются. Поэтому такие покрытия широко применяются как в быту, так и во всех отраслях промышленности, на транспорте и в строительстве.

Свойства лакокрасочных покрытий зависят не только от качества применяемых ЛКМ, но и от таких факторов, как способ подготовки поверхности к окраске, правильный выбор и соблюдение технологического режима окраски и сушки.

С каждым годом к ЛКМ и покрытиям на их основе предъявляются все более жесткие требования в связи с появлением новых технологий в промышленности, строительстве и формированием современных эстетических вкусов у потребителя. Это касается в равной степени как защитных, так и декоративных свойств покрытий, которые определяются физико-химическими показателями всех компонентов лакокрасочной рецептуры и, в первую очередь, пленкообразователя и пигмента. В значительной степени изменить свойства покрытий можно химической модификацией или введением другого (как правило, более высокого по стоимости) пленкообразователя, но это дорогой и трудоемкий путь.

Защитная и декоративная функции лакокрасочных материалов (ЛКМ) известны очень давно. С момента появления ЛКМ как они сами так и способы их нанесения постоянно совершенствуются. За последнее время ассортимент ЛКМ резко изменился: от натуральных красок постепенно перешли к материалам на синтетической основе, органоразбавляемым, с высоким сухим остатком, порошковым и т. д.

Цель работы заключалась в том, чтобы рассмотреть лакокрасочные материалы, их состав, основы производства и ассортимент.

Задания курсовой работы:

1) дать общую характеристику лакокрасочных материалов;

2) рассмотреть технологический процесс производства лакокрасочных материалов;

3) охарактеризовать технологический процесс нанесения лакокрасочных материалов;

4) рассмотреть свойства лакокрасочных покрытий;

5) проанализировать ассортимент лакокрасочных материалов.

1. Общая характеристика лакокрасочных материалов

Лакокрасочными материалами называют вязкожидкие составы, наносимые на поверхность конструкции тонким слоем, который через несколько часов отвердевает и образует пленку, прочно сцепляющуюся с основанием. К лакокрасочным материалам относятся: 1) грунтовки и шпаклевки для подготовки поверхности к окраске; нанося их, получают однородные и ровные поверхности; 2) красочные составы (краски), применяемые в вязко-жидком или пастообразном виде, образующие покрытия нужного цвета; 3) связующие вещества и пигменты, из которых изготовляют красочные составы; 4) лаки, создающие пленку, отличающуюся блеском; 5) растворители и разжижители лаков и красок; 6) пластификаторы, отвердители полимерных красок и другие специальные добавки.

Лакокрасочные материалы применяют для архитектурной отделки фасадов зданий, они придают помещениям красивый вид, создают в них необходимые санитарно-гигиенические условия. Нередко лакокрасочные материалы помогают предохранить материал конструкции от разрушительных воздействий среды.

Отделочный слой фасада здания первый встречает действие дождя, ветра, агрессивных газов, содержащихся в воздухе, изменения температуры среды. Придавая лакокрасочному покрытию водоотталкивающие свойства и эластичность, можно значительно увеличить срок безремонтной службы самой отделки, повысить долговечность конструкции и улучшить эксплуатационные качества зданий.

Все шире применяют лакокрасочные материалы специального назначения. Одни из них являются химически стойкими, ими покрывают металлические и железобетонные конструкции для предохранения от коррозии, другие необходимы для защиты древесины (антисептические и огнезащитные краски для дерева).

Имеются жароупорные лаки, которыми окрашивают промышленное оборудование. Санитарно-техническое оборудование, металлические трубопроводы также нуждаются в защитной окраске.

Лакокрасочная промышленность выпускает в основном готовые материалы, перед их употреблением добавляют лишь растворители или разбавители. Сборные конструкции и детали должны поступать с заводов на строительство с полной готовностью, т. е. в окончательно отделанном виде. Для этого на заводах сборных строительных конструкций предусматривается конвейерная линия отделки элементов.

2. Технологический процесс производства лакокрасочных материалов

2.1 Исходное сырье для получения лакокрасочных материалов

1. Связующие (пленкообразующие) вещества

Связующими веществами в красочных составах являются следующие материалы: полимеры - в полимерных красках, лаках, эмалях; каучуки - в каучуковых красках; производные целлюлозы - в нитролаках; олифы - в масляных красках; клеи (животный и казеиновый) - в клеевых красках; неорганические вяжущие вещества - в цементных, известковых, силикатных красках.

Полимеры применяют в красках и лаках вместе с растворителем, а также в сочетании с олифой или цементом (полимерцементные красочные составы). Применение синтетических полимеров значительно сократило расход растительных масел на приготовление строительных красок и дало возможность выпускать но вые виды долговечных и экономичных красочных составов. Хотя некоторые полимерные краски и лаки еще дороги, все же стоимость окраски 1 м2 поверхности полимерными составами, отнесенная к одному году эксплуатации, часто бывает ниже стоимости отделки другими строительными красками (известковыми и др.).

Широкое применение полимерных лаков и эмалей привело к почти полному отказу от импорта дорогих природных смол (шеллака, копалла, даммара), ввозимых из Индии и других стран. Прежде основным сырьем лакокрасочной промышленности являлись природные смолы и растительные масла.

Связующее вещество - главный компонент красочного состава, который определяет консистенцию краски, прочность, твердость и долговечность образующейся пленки. Связующее выбирают, учитывая и прочность его сцепления (адгезию) с основанием после затвердевания. Защитные свойства лакокрасочного покрытия по отношению к металлу, бетону или другому материалу зависят как от связующего, так и от примененного пигмента. Например, алюминиевый пигмент замедляет коррозию стали, в то время как малярная сажа ее ускоряет.

2. Пигменты

Пигменты представляют собой тонкие цветные порошки, нерастворимые в связующем веществе и растворителе. От них зависит не только цвет, но и долговечность лакокрасочного покрытия. Подобно заполнителю в строительных растворах и бетонах, пигмент уменьшает усадочные деформации пленки при ее твердении («высыхании») и при колебаниях влажности окружающей среды. Искусственные пигменты с большой красящей способностью разбавляют белым тонкодисперсным наполнителем, что удешевляет красочный состав.

Наполнители: мел, молотый известняк или гипс, порошки сернокислого бария или талька, не снижающие атмосферостойкости покрытия. Неорганические пигменты состоят из оксидов и солей металлов различного цвета.

Красочные составы, выпускаемые заводами, а также приготовляемые на месте строительных работ, содержат чаще всего неорганические пигменты. Органические пигменты - это малярная сажа, графит и синтетические красящие вещества, обладающие высокой красящей способностью. К ним относятся пигменты: желтый и оранжевый светопрочные, алый, голубой. Пигменты бывают природные (мел, охра, мумия, железный сурик, киноварь) и искусственные.

К искусственным пигментам, получаемым путем химической переработки сырья, относят белила, кроны, ультрамарин, малярную лазурь и др. Белые пигменты. К ним относятся белила, мел, известь, алюминиевая пудра. Титановые белила представляют собой тонкий порошок диоксида титана TiO2. Их считают лучшими из современных белил: они светостойки, обладают хорошей кроющей способностью, неядовиты. Применяют для изготовления масляных, эмалевых и других наружных и внутренних красок по металлу, дереву, штукатурке. Цинковые белила (в основном оксид цинка ZnO) светостойки, неядовиты. Однако, как и свинцовые белила, недостаточно стойки к действию щелочей.

Свинцовые белила - белый порошок основного карбоната свинца 2РbСО3*Pb(ОН)2. Вследствие токсичности их применяют редко. Темнеют при действии сероводорода, сернистого газа и других сернистых соединений. Поэтому свинцовые белила нельзя, например, смешивать с ультрамарином. Литопоновые белила, состоящие из осажденных ZnS и BaSO4, на свету желтеют. В связи с чем их применяют в смеси с голубым пигментом лишь для внутренних покрасок. Мел широко используется как пигмент и наполнитель для разбеливания цветных пигментов. Чаще всего входит в состав клеевых окрасок помещений, силикатных красок, побелок потолков.

Воздушную известь применяют, главным образом, для побелки фасадов зданий. Алюминиевый пигмент имеет пластинчатую форму частиц, благодаря которой получают красочное покрытие, имеющее «панцирное» строение. Алюминиевая масляная окраска металлических конструкций предохраняет их от коррозии, поскольку образующаяся пленка водостойка, практически непроницаема для ультрафиолетовых лучей и долговечна.

Желтые пигменты - кроны и охры. Цинковый крон (хромат цинка) применяют и основном для антикоррозионных окрасок металлических покрытий. Свинцовые кроны (на основе хромата и сульфата свинца) - это пигменты, имеющие цвет от лимонного до оранжевого. Желтые кроны изменяют свой цвет под действием раствора щелочей (краснеют).

Свинцовые кроны токсичны, работа с ними требует соблюдения требований охраны труда. Охры, называемые иногда; земляными красками, состоят из гидроксида железа с примесью глины. Цвет охры может быть от светло-желтого и золотистого до темно-желтого в зависимости от содержания оксида железа и примесей. Прокаленная охра приобретает коричневый или красный цвет.

Коричневые пигменты. Эта группа пигментов включает умбру и ряд смешанных пигментов, получаемых из железного сурика и мумии. Умбра, как и охра, относится к числу земляных красок. Это тонкий порошок глины, окрашенный в природных условиях Fе2О3, МnО2 и другими примесями в различные оттенки коричневого цвета.

Зеленые пигменты - оксид хрома, цинковая зелень и другие смешанные пигменты. Оксид хрома Сr2О3 обладает многими достоинствами: устойчив к действию щелочей, кислот и повышенных температур; для получения зеленовато-синих оттенков добавляют ультрамарин. Цинковую зелень получают смешением кронов с малярной лазурью и наполнителем (BaSO4); она устойчива к действию щелочей.

Синие пигменты: ультрамарин и лазурь малярная. Ультрамарин получают сплавлением каолина с содой и серой (или Na2SO4 и углем). Наибольшее распространение нашел синий ультрамарин, служащий пигментом в строительных красках, применяемый также для окраски бумаги и в быту («синька» используется для подсинивания белья, льна). Состав ультрамарина приближенно выражается формулой Na4Al3Si3S2O12. Хотя он стоек к воде, мылу и слабым щелочам, кислоты обесцвечивают ультрамарин, разлагая его с выделением сероводорода и кремневой кислоты. Малярная лазурь представляет собой интенсивно-синюю соль трехвалентного железа состава Fе4[Fе(СN)6]3. В воде и кислотах лазурь практически нерастворима, но щелочи ее разлагают с выделением Fe(OH)3. Поэтому при нанесении на бетон или свежую штукатурку эта краска теряет свой синий цвет.

Красные пигменты. Из этой группы пигментов наиболее известны: железный сурик - тонкий порошок оксида железа кирпично-красного цвета, искусственная мумия - пигмент, имеющий различные оттенки в зависимости от соотношения составных частей Fe2O3 и CaSO4, природная мумия - тонкий минеральный порошок, окрашенный в естественных условиях оксидами железа в красный цвет, свинцовый сурик - порошок красно-оранжевого цвета, содержащий в основном PbO*Pb2O3. Редоксайд - красный железооксидный пигмент, стойкий к щелочной среде.

Черные и серые пигменты - малярная сажа, диоксид марганца, тонкомолотый графит. Малярная сажа - порошок почти чистого углерода.

Пигменты, содержащие углерод в свободном состоянии (к ним относится сажа), образуют с железом гальваническую пару, ускоряющую коррозию стали. Диоксид марганца МnО2 (пиролюзит), получаемый из марганцевой руды, свето- и щелочестойкий, сравнительно дешевый пигмент. Графит содержит 70-95 % углерода, в измельченном виде применяется как серый пигмент. Основные свойства пигментов. Дисперсность пигмента влияет на все его основные свойства. Чем мельче частицы пигмента, тем выше его укрывистость и красящая способность (до достижения оптимальной степени дисперсности).

Полифракционный состав пигмента позволяет получить плотное красочное покрытие при минимальном расходе связующего вещества. Укрывистость характеризует расход красочного состава (по массе) на единицу окрашиваемой поверхности.

Красящая способность - это свойство пигмента передавать свой цвет белому пигменту. Маслоемкость характеризуется количеством (в г) олифы, необходимым для превращения 100 г пигмента в пастообразное состояние. Светостойкость - свойство сохранять свой цвет при действии ультрафиолетовых лучей. Большинство природных пигментов (охра, железный сурик и др.) светостойки.

Литопоновые белила желтеют на свету, некоторые органические пигменты обесцвечиваются. Атмосферостойкость - свойство длительное время противостоять воздействию атмосферных факторов: воды, кислорода воздуха, сернистых и других газов, попе ременному увлажнению и высыханию, нагреванию и охлаждению.

Антикоррозионные свойства характеризуют способность пигмента (в сочетании с соответствующим связующим) образовать покрытие, защищающее сталь от коррозии (анодная защита). При окраске стальных конструкций следует использовать антикоррозионные пигменты. К числу таких пигментов относятся, например, алюминиевая пудра, цинковые белила, цинковые и свинцовые кроны, свинцовый и железный сурик. Алюминии в ряду напряжений металлов занимает место выше железа. При образовании гальванической пары алюминии становится анодом, стремится перейти в состояние ионов, а железо является катодом и не подвергается изменению; образующаяся пленка гидроксида алюминия защищает поверхность стальной конструкции. Другие из перечисленных пигментов, например, свинцовый сурик, дают в смеси с маслом олифы нерастворимые соли жирных кислот, тоже предохраняющие металл от коррозии.

2.2 Технологический процесс получения лакокрасочных материалов

Общий метод получения смол заключается во взаимодействии многоосновных органических кислот с многоатомными спиртами при высокой температуре.

Синтез лаков производится азеотропным методом, обеспечивающим высокое качество продукции при минимальных потерях сырья и минимальном количестве отходов и загрязнений, образующихся в процессе синтеза.

Объём производства установок регламентируется объемом базового аппарата синтеза от 3,2 до 32 м3.

Наиболее часто применяемая установка с объёмом реактора 6,3м3 позволяет получать около 3000 тонн 50% лака в год при 300 рабочих днях.

Состав установки:

* Реактор синтеза 3,2 м3; 5,0 м3; 6,3 м3; 9,4 м3; 12 м3; 16 м3; 25 м3; 32м3.

Рабочая температура t°С - до 350. Приводная система обеспечивает эффективный съём тепла со стенок сосуда, что даёт возможность избегать пригорания продукта. Рубашка специальной конструкции для интенсивного теплообмена.

* Азеотропная система позволяет эффективно отводить реакционную воду из процесса (в состав входят каплеотбойники, теплообменники).

* Очистка выбросов производится методом низкотемпературной конденсации в «экологическом теплообменнике».

* Система нагрева - применяется жидкостной высокотемпературный органический теплоноситель (ВОТ) Термолан, Терминол 66, Паратерм, масло Shell, и пр. для нагрева аппарата в процессе проведения синтеза до t°С - 350. Обеспечивает мягкий нагрев (рис. 1).

Рис. 1 - Принципиальная технологическая схема

Комплектуется электронагревателями, запорной арматурой, высокотемпературными насосами, буферными ёмкостями, аварийными ёмкостями, смотровыми фонарями и т.п.

* Система деаэрации теплоносителя - производит отвод абгазов из системы нагрева аппарата синтеза и нагревателя, и позволяет значительно увеличить срок службы теплоносителя, предотвращает опасность образования эмульсии, защищает насос от кавитации.

* Аппарат усреднитель (смеситель) - адаптирует смолу к необходимому уровню концентрации. Имеет двойной объём реактора синтеза.

Цветность получаемого пентафталевого лака до 10 единиц по йодометрической шкале.

Ориентировочные энергетические затраты на получение 1 тонны лака ПФ-060:

1. вода оборот, м3 - 90

2. вода хозпитьевая, м3 - 0,7

3. азот, нм3 - 12

4. вода обессоленная, м3 - 0,02

5. воздух технологический, нм3 - 12

2.3 Свойства лакокрасочных материалов

Укрывистость - одна из важнейших характеристик материала, позволяющая объективно сравнивать потребительские свойства разных красок. Продукция большинства западноевропейских фирм соответствует международному стандарту ISO 6504/1, согласно которому под укрывистостью подразумевается площадь, которую можно покрыть одним литром краски (м2/л). При этом краска должна на 98% укрывать подложку, окрашенную черными и белыми полосами или квадратами. Чем руководствуются производители из третьих стран, определяя укрывистость своей продукции, в точности неизвестно.

Нередко на упаковке с краской указывается не укрывистость, а расход (м2/п, м2/кг или даже г/м;). Этот параметр является существенно менее определенным, поскольку сильно варьируется в зависимости от свойств поверхности, на которую наносится краска. По этой причине относиться к цифрам, приведенным на упаковке, следует с известной осторожностью. Например, одна и та же краска, имеющая укрывистость 10-13 м2/л (ISO 6504/1) может обеспечивать расход по ранее окрашенной поверхности 10-12 м2/п, по зашпаклеванной поверхности 7-9 м2/л, а по оштукатуренной поверхности 3-5 м2/л. Технология нанесения, применяемый малярный инструмент и квалификация исполнителя также влияют на расход краски.

Стойкость. Сразу оговоримся, что никакие лакокрасочные материалы не способны успешно противостоять "ковырянию" гвоздиком или хулиганским выходкам любимого кота. Под этим термином подразумевается стойкость к мытью, водостойкость (что не одно и то же), стойкость к истиранию, устойчивость к воздействию химических реагентов и способность противостоять образованию плесени.

Этот показатель является определяющим при выборе краски для конкретных условий эксплуатации. Материал, предназначенный для окрашивания потолков в спальнях и гостиных, допускает, как правило, только легкое мытье и может быть использован для отделки стен лишь в малопосещаемых, сухих помещениях. Стены в гостиных и спальнях должны окрашиваться красками с повышенной стойкостью к мытью, выдерживающими не менее 2 тыс. проходов щеткой, а в помещениях, внутренние поверхности которых подвергаются достаточно интенсивному воздействию (кухни, туалеты, лестничные клетки и т.п.) желательно применять материалы, допускающие не мене 5 тыс. проходов.

Некоторые водоразбавляемые краски выпускаются как в матовом, так и в полуматовом (а иногда и в полуглянцевом) исполнении. Как правило, стойкость матовой краски несколько ниже, чем полуматовой, а тем более полуглянцевой краски той же марки.

Водно-дисперсионные краски, предназначенные для использования во влажных и сырых помещениях, должны обладать повышенной водостойкостью и фунгицидными свойствами. Испытание на водостойкость проводят тем же методом, что и испытания на стойкость к мытью, с той лишь разницей, что окрашенная поверхность предварительно подвергается воздействию влаги от мокрой ткани, соприкасающейся с тестируемой поверхностью в течение определенного времени. Способность материалов этой группы препятствовать возникновению плесени обеспечивается присутствием в составе красок фунгицидных добавок. Среди всех водоразбавляемых красок водостойкие составы отличаются наибольшей стойкостью к мытью и истиранию (более 10 тыс. проходов щеткой).

Водно-дисперсионные материалы теряют свои свойства при замерзании, поэтому в холодное время года их необходимо хранить в отапливаемых помещениях и транспортировать в термостатированных фургонах. По этой причине не рекомендуется приобретать материалы этого типа на открытых строительных рынках в зимний период. Нет правил без исключений: некоторые фирмы производят водоразбавляемые краски (так называемая "зимняя формула"), способные выдерживать ограниченное(обычно до пяти) количество циклов замораживания-оттаивания без ухудшения свойств, что обязательно должно быть указано на упаковке.

Страницы: 1, 2