Лако-красочные материалы — производство

Орлова О. В., Фомичева Т. Н.

В «Основных направлениях экономического и социального раз­вития СССР на 1986—1990 годы и на период до 2000 года», принятых XXVII съездом КПСС, предусматривается дальней­шее развитие химической индустрии, одной из старейших отрас­лей которой является лакокрасочная промышленность. В на­стоящее время по объему выпускаемой лакокрасочной продук­ции наша страна занимает второе место в мире после США. На долю лакокрасочной промышленности приходится около 6% продукции химической промышленности. Практически все от­расли народного хозяйства, особенно машиностроение, приборо­строение, радиоэлектроника, авиация и судостроение, строитель­ство, космическая техника и др., являются потребителями лако­красочных материалов. Марочный ассортимент последних дости­гает 2000 наименований.

Лакокрасочное производство включает: производство полу­фабрикатов— компонентов лакокрасочных материалов (пленко­образующих веществ, пигментов, пластификаторов, модификато­ров и т. д.) и производство на их основе лакокрасочных мате­риалов (лаков, красок, эмалей, грунтовок, шпатлевок).

До 1930 г. при производстве лакокрасочных материалов преимущественно использовались продукты переработки расти­тельных масел и природные смолы, а также минеральные пиг­менты природного происхождения. С тех пор лакокрасочная промышленность прошла большой путь развития. Использова­ние синтетических пленкообразующих веществ и пигментов дало возможность значительно расширить сырьевую базу, а так­же создать новые, более совершенные лакокрасочные материа­лы для получения долговечных атмосферо-, термо — и химически стойких покрытий с высокими декоративными характеристи­ками.

Комплексной программой химизации народного хозяйства СССР на период до 2000 г. предусматривается ускоренное раз­витие производства полимерных материалов, в частности про­грессивных синтетических пленкообразующих веществ (напри­мер, эпоксидных, фенолоформальдегидных, полиуретановых и др.). Это позволит значительно снизить потребление расти­тельных масел, в том числе пищевых, в лакокрасочной промыш­ленности.

Сокращение применения дорогостоящих и токсичных органи­ческих растворителей было достигнуто за счет увеличения вы­пуска материалов с повышенным содержанием нелетучих ве­ществ, а также водоразбавляемых, водоэмульсионных и порош­ковых красок, являющихся экологически полноценными мате­риалами.

Современная многоассортиментная лакокрасочная продук­ция выпускается на крупных, оснащенных современным обору­дованием, предприятиях, которые построены заново или рекон­струированы.

В настоящее время лакокрасочной промышленностью взят курс на упрочнение сырьевой базы, совершенствование техноло­гии производства на основе механизации, автоматизации и при­менения прогрессивных процессов, а также на совершенствова­ние ассортимента выпускаемой продукции с целью повышения в нем доли высококачественных эмалей и грунтовок и экологи­чески полноценных материалов различного назначения.

Книга состоит из трех разделов. В разделе I излагаются тео­ретические основы получения синтетических олигомеров (поли­меров), свойства отдельных представителей синтетических и природных пленкообразующих веществ, технология их изготов­ления. В разделе II рассмотрены теоретические основы и тех­нология получения пигментов и наполнителей и их свойства. Раздел III посвящен получению пигментированных лакокрасоч­ных материалов и их свойствам.

Раздел I написан О. В. Орловой, разделы II и III—Т. Н. Фо­мичевой.

Книга, по-видимому, не лишена недостатков, и авторы с бла­годарностью примут все критические замечания и пожелания.

Изготовление красок в России известно с давних времен. В ос­новном они использовались в иконописи, и поэтому их обычно производили при монастырях. Каждый мастер имел свои рецеп­ты красок и хранил их в секрете. Сырьем для приготовления красок в те времена служили различные природные продукты.

С развитием ремесел, а затем и промышленного производст­ва краски стали вырабатывать химическим путем. Уже при Пет­ре I значительно возросло число русских предпринимателей, за­нятых производством красок. Это было вызвано резким повы­шением спроса на краски вследствие важных экономических и военных реформ.

С развитием химической науки, в частности химии полиме­ров, была значительно расширена сырьевая база лакокрасочной промышленности, что обеспечило возможность получения высо­кокачественных лаков и красок с большим разнообразием свойств.

В настоящее время лакокрасочная промышленность выпус­кает около 3 млн. т в год различных лакокрасочных материа­лов. Большинство из них создано на основе синтетических поли­меров. За послевоенные годы было построено несколько круп­ных лакокрасочных заводов, а в последнее время производится реконструкция и переоснащение современным оборудованием многих предприятий отрасли.

Интенсивное развитие промышленного производства поста­вило перед человечеством серьезнейшую проблему — защиту окружающей среды. Во многих промышленно развитых стра­нах действуют законодательные акты, обязывающие промыш­ленные предприятия предусматривать все необходимые меро­приятия, исключающие сброс вредных веществ в водоем, за­грязнение почвы и воздушного бассейна.

В Конституции СССР записано: «В интересах настоящего и будущих поколений в СССР принимаются необходимые меры для охраны и научно обоснованного рационального использо­вания земли и ее недр, водных ресурсов, растительного и жи­вотного мира, для сохранения в чистоте воздуха и воды, обеспе­чения воспроизводства природных богатств и улучшения окру­жающей человека среды».

Для лакокрасочной промышленности, которая использует разнообразное сырье и вырабатывает огромную номенклатуру лакокрасочных материалов, а также является крупным потреби­телем воды, вопросы охраны окружающей среды особенно ак­туальны. Мероприятия по охране окружающей среды должны быть направлены не только на разработку эффективных и эко­номичных методов очистки загрязненных сточных вод и газо­вых выбросов, но и на совершенствование технологических про­цессов и рецептур с целью сокращения количества вредных от­ходов.

Современная промышленность потребляет большое количест­во воды, что нарушает природный водный баланс. Поэтому создание водооборотных систем на предприятиях является важ­нейшей народнохозяйственной задачей. Одним из способов уменьшения потребления воды для охлаждения аппаратов мо­жет стать замена ее различными охлаждающими смесями.

Основными направлениями современного развития техноло­гии лаков и красок следует считать следующие.

1. Увеличение выпуска прогрессивных экологически полно­ценных лакокрасочных материалов с уменьшенным содержани­ем органических растворителей либо без применения раствори­телей (водные, порошковые краски и др.).

2. Сокращение расхода растительных масел за счет исполь­зования эквивалентных заменителей, не снижающих качества лакокрасочного материала.

3. Расширение ассортимента лакокрасочных материалов за счет более широкого использования полимеров полимеризацион — ного типа.

Современные лакокрасочные материалы представляют собой многокомпонентные смеси, содержащие помимо пленкообразую­щего вещества и пигмента также наполнители, поверхностно- активные вещества, диспергаторы, загустители, многокомпонент­ные растворители и другие добавки. Каждый из этих компонен­тов оказывает влияние не только на свойства и технологический процесс производства лакокрасочных материалов, но и на свой­ства получаемых на их основе покрытий. Поэтому для правиль­ного составления рецептур лакокрасочных материалов необхо­димо знать свойства, способы и особенности получения природ­ных и синтетических пленкообразующих веществ, пигментов и наполнителей; природу проходящих при их диспергировании фи­зико-химических процессов и влияние на эти процессы различ­ных технологических добавок.

Лакокрасочные материалы широко применяют во всех отрас­лях народного хозяйства. Получаемые на их основе покрытия защищают различные изделия из металла и древесины от кор­розии и гниения, от воздействия высоких и низких температур и т. п. Обязательным требованием для многих покрытий являют­ся также декоративные свойства.

Классификация лакокрасочных материалов. Лакокрасочные материалы представляют собой композиции, способные обеспе­чить формирование на подложке (поверхности изделий) покры­тий с заданным комплексом свойств. Возможность формирова-

Ния слоя покрытия определяется пленкообразующим веществом (пленкообразователем).

Пленкообразующие вещества — высокомолекулярные синте­тические или природные вещества, а также их смеси, способные вместе с другими компонентами лакокрасочных материалов при нанесении тонким слоем из раствора, дисперсий или расплава формировать покрытие в результате физико-механических или химических превращений на подложке.

На рис. 1 представлена классификация лакокрасочных мате­риалов.

Лаки—растворы пленкообразующих веществ в органиче­ских растворителях или воде. При высыхании или отверждении они образуют прозрачное однородное покрытие.

Олифы — продукты термической или химической перера­ботки растительных масел.

Пигменты — твердые порошкообразные тонкодисперсные неорганические и органические вещества (синтетические и при­родные), придающие покрытию непрозрачность, цвет и влияю­щие на другие свойства покрытия.

Краски — лакокрасочные материалы, представляющие со­бой однородные суспензии пигментов в пленкообразующих ве­ществах. Можно выделить три основные группы красок: Масляные — на основе высыхающих масел и олиф; Водные — клеевые на основе растительных и животных клеев; силикатные на основе жидкого стекла;

Эмульсионные — на основе водных эмульсий высыхающих масел или синтетических полимеров.

В отдельную группу выделены порошковые краски — измельченные твердые смеси пленкообразующих веществ, пиг­ментов, наполнителей и других компонентов лакокрасочных материалов. Такие краски образуют покрытия в процессе тер­мообработки; в результате сплавления частиц краски образует­ся сплошное покрытие при одновременном протекании различ­ных физико-химических и химических процессов.

Эмали (эмалевые краски)—суспензии пигментов в лаках. Их наносят последним слоем на многослойное покры­тие. Эмали придают покрытиям декоративность и обеспечива­ют стойкость к внешним воздействиям.

Грунтовки — суспензии пигментов в лаке, олифе или эмульсии пленкообразователя. Они предназначены для нанесе­ния первым слоем на окрашиваемую поверхность и обеспечи­вают надежное сцепление покрытия с поверхностью.

Водоразбавляемые грунтовки и эмали — лако­красочные материалы на основе синтетических полимеров, обра­зующих достаточно стабильные растворы в| воде.

Шпатлевки — дисперсии в связующем пигментов и напол­нителей. Их берут в количествах, обеспечивающих получение вязкой массы с возможно большим содержанием нелетучих веществ и, следовательно, возможно меньшей усадкой при суш­ке или отверждении. Шпатлевки служат для заделывания раз­личных дефектов (пор, раковин, углублений и т. п.) на окраши­ваемой поверхности.

Основные свойства лакокрасочных покрытий. В зависимости От назначения и условий эксплуатации лакокрасочных покры­тий к ним предъявляются различные требования. Тем не менее существуют обязательные свойства, которыми должно обла­дать покрытие.

Ниже приводятся основные характеристики лакокрасочных покрытий.

Адгезия — связь между поверхностями двух соприкасаю­щихся разнородных тел, обусловливающая их «прилипание» друг к другу. Этот показатель определяется интенсивностью межмо­лекулярного, молекулярного и химического взаимодействия на поверхности раздела.

Адгезия лакокрасочного покрытия зависит от химического строения пленкообразователя (наличие или отсутствие полярных групп в молекуле, молекулярная масса и т. д.), химических свойств пигментов и вязкости материала. Лакокрасочные мате­риалы с более низкой вязкостью образуют покрытия с большей адгезией.

Когезия — сцепление молекул одного и того же твердого тела или жидкости, приводящее к объединению этих частиц в единое целое. Когезия обусловлена межмолекулярным взаи­модействием в самом теле. От величины когезии зависит такое важное свойство лакокрасочных покрытий, как абразивостой — кость (стойкость к истиранию).

Пластичность — способность покрытия сохранять де­формацию после снятия усилия, вызвавшего эту деформацию.

Эластичность — способность покрытия принимать свою* прежнюю форму после снятия деформирующего усилия. Как и пластичность, определяется в основном химическим строением пленкообразователя и для некоторых покрытий имеет первосте­пенное значение (например, для покрытий по коже, тканям).

Химическая стойкость — стойкость к действию агрес­сивных реагентов (как жидких, так и газообразных), раствори­телей и смазочных масел.

Атмосферостойкость — способность покрытия проти­востоять воздействию атмосферных факторов (влаги, темпера­туры, кислорода воздуха, солнечной радиации).

Термостойкость и морозостойкость — способ­ность покрытий сохранять свой внешний вид и не разрушаться под действием высоких и низких температур. Эти свойства во многом зависят от наличия и количества в отвержденном по­крытии реакционноспособных групп.