Химия и технология пленкообразующих веществ

М. Ф. Сорокин, З.Л. Коннова, Л. Г Шодэ

Эта книга — второе переработанное и дополненное издание одноименной книги тех же авторов, вышедшей в 1981 г. Так же как и в первом издании, многочисленным и разнообразным тех­нологическим процессам получения полимеров и пленкообразую­щих композиций на их основе предпосланы обобщающие све­дения о механизме и кинетике соответствующих реакций. Химия высокомолекулярных соединений излагается с позиций органи­ческой и физической химии, что, как показал опыт, способствует углублению знаний студентов и развивает у них творческий под­ход к работе инженера-технолога, необходимый в условиях научно-технического прогресса.

Описанию химии и технологии отдельных видов пленкообра — зующих веществ в книге предшествует изложение основных сведений о химии высокомолекулярных соединений, их структу­ре, свойствах и методах получения. Наряду с теоретическими положениями химии высокомолекулярных соединений в гл. 1 приводятся также некоторые практические сведения о пленкооб­разующих веществах и пленкообразующих системах, путях их получения и использования. Эти сведения представлены лишь в объеме, необходимом для лучшего усвоения основного мате­риала книги, изложенного в последующих главах.

В предлагаемом учебнике широко использованы положения, развитые Г. Штаудингером, В. Карозерсом, Г. Марком, П. Фло­ри, В. А. Каргиным, которые сыграли важную роль в развитии современных представлений о высокомолекулярных соединениях, а также основоположниками отечественной науки о пленкообра­зующих веществах — А. Я. Дринбергом и В. С. Киселевым.

Для облегчения усвоения материала приводятся аппаратур­но-технологические схемы. Авторы намеренно несколько отошли от принятых в ГОСТ формализованных изображений отдельных аппаратов, руководствуясь принципом большей наглядности, столь необходимой при первом ознакомлении с технологически­ми процессами получения пленкообразующих веществ.

Авторы надеются; что их книга окажется полезной инжене­рам и научным работникам, занимающимся получением и при­менением лакокрасочных материалов. Она, возможно, не лишена недостатков, и авторы с благодарностью примут все критические замечания и пожелания.

Авторы считают своим приятным долгом выразить благодар­ность профессору М. М. Могилевичу за ценные критические за­мечания и полезные советы, высказанные при просмотре руко­писи, которые были учтены при подготовке ее к изданию.

ВВЕДЕНИЕ

После Великой Октябрьской социалистической революции в на­шей стране стали по существу заново создаваться такие важней­шие отрасли тяжелой промышленности, как машино — и станко­строение, химическая промышленность, энергетика и другие отрасли промышленности. Быстрыми темпами развивалась строительная индустрия. Все это обусловило, в свою очередь, необходимость создания лакокрасочной промышленности, без продукции которой не может обойтись ни одна отрасль народ­ного хозяйства.

В дореволюционной России лаки и краски производились лишь на нескольких небольших заводах и мастерских кустар­ного типа. В основном выпускались масляные краски и эмали, при получении которых использовались главным образом рас­тительные масла (в том числе пищевые) и природные смолы.

За годы советской власти лакокрасочная промышленность прошла большой путь развития. При этом для отечественной лакокрасочной промышленности характерно не только увеличе­ние валового выпуска, но и существенное изменение структуры ассортимента лакокрасочной продукции: значительное увеличе­ние доли синтетических пленкообразующих, а также появление новых типов лакокрасочных материалов (воднодисперсионные, порошковые краски и т. д.).

Использование синтетических пленкообразующих позволило значительно расширить сырьевую базу лакокрасочной промыш­ленности, а также создать новые, более совершенные лакокра­сочные материалы, которые принципиально невозможно полу­чить на основе только природных продуктов. Использование синтетических пленкообразующих позволило, в частности, ре­шить проблему получения долговечных атмосферо-, термо — и химически стойких покрытий с высокими декоративными свой­ствами, отвечающими возросшим требованиям современной тех­ники. К их числу в первую очередь следует отнести материалы на основе полиэфиров, эпоксидных олигомеров, олигоуретанов, олигоорганосилоксанов, политетрафторэтилена и некоторых дру­гих.

Многоассортиментная лакокрасочная продукция выпускается на крупных, оснащенных современным оборудованием предприя­тиях, которые построены заново либо реконструированы,

В настоящее время лакокрасочная отечественная промыш­ленность продолжает развиваться высокими темпами. Опреде­лена программа ее развития, согласно которой предполагается увеличение общего объема производства лакокрасочной продук­ции, совершенствование ее ассортимента, дальнейшее улучше­ние качества и повышение долговечности лакокрасочных мате­риалов, уменьшение доли некоторых видов сырья, и прежде всего растительных масел, сокращение применения дорогостоя — 4, щих и токсичных органических растворителей.

Предусматривается дальнейшее увеличение производства лакокрасочных материалов на основе синтетических пленкооб — *.-* разующих поликонденсационного типа (например, эпоксидных, 1* фенолоформальдегидных и др.), а также дешевых и многотон — С нажных полимеризационных пленкообразующих. Это позволит -■* свести к минимуму потребление растительных масел, в том чис — ‘]|’ ле пищевых, в лакокрасочной промышленности. ч

Сокращение использования дорогостоящих и токсичных орга — * нических растворителей, особенно актуальное с точки зрения охраны окружающей среды, происходит за счет увеличения доли выпуска водоразбавляемых, водоэмульсионных и порошковых материалов.

Общие сведения о лакокрасочных материалах и их классифи­кация

Основным назначением лаков и красок является защита материалов (металлов — от коррозии, древесины — от гниения) и придание изделиям декоративного вида.

Кроме того, они могут выполнять и ряд других специфиче­ских функций, определяемых областью применения материала, в частности придание изделиям электроизоляционных, свето­чувствительных характеристик, стойкости к воздействию микро­организмов, термостойкости и т. д. Ежегодно в мире на защиту металлов от коррозии расходуется свыше 80% лакокрасочных материалов.

Лакокрасочные материалы — многокомпонентные составы, из которых при нанесении тонким слоем на поверхность изделий формируются покрытия с заданным комплексом свойств.

Основой любого лакокрасочного материала является пленко­образующее вещество, которое после нанесения на поверхность в результате протекания химических или физических процессов ^ образует сплошную пленку с хорошей адгезией к поверхности, > способную выполнять защитные, декоративные и иные функции. Г» Обычно в качестве таких веществ в лакокрасочной промышлен — ности используют синтетические или природные высокомолеку — х лярные соединения. ‘

Для получения лакокрасочных материалов пленкообразую­щие вещества переводят в форму, удобную для нанесения на поверхность, т. е. в пленкообразующую систему. Такие системы чаще всего представляют собой растворы или дисперсии пленко­образующих веществ в органических жидкостях или воде. Из­вестны также пленкообразующие системы, состоящие только из пленкообразующих веществ (так называемые 100%-ные пленко­образующие системы), к которым относятся, например, пленко­образующие системы на основе мономеров или порошковые мате­риалы (аэродисперсии).

В состав лакокрасочных материалов могут также входить пигменты, наполнители, а также специальные добавки.

Пигменты представляют собой окрашенные в разные цвета высокодисперсные вещества, нерастворимые в воде, растворите­лях и пленкообразующих. Пигменты придают покрытию цвет, непрозрачность (укрывистость), повышают его прочностные и эксплуатационные характеристики. Для приготовления лако­красочных материалов используют главным образом неоргани­ческие пигменты, представляющие собой природные или искус­ственно получаемые оксиды (ТЮ2, 2пО, РегОз и др.) или соли металлов (хромат цинка, сульфид кадмия и др.), металлические порошки (алюминиевая пудра, цинковая пыль), технический углерод (сажа). Применяют также органические пигменты (на­пример, голубой и зеленый фталоцианиновый, пигмент алый и др.), придающие покрытию красивую яркую окраску.

Наполнители — высокодисперсные неорганические вещества, нерастворимые пленкообразующих, воде и растворителях. В от­личие от пигментов наполнители не придают покрытию непро­зрачности. В качестве наполнителей используют природные (на­пример, мел, слюда, тальк, каолин) и синтетические (оксид алю­миния, сульфат бария) продукты. Наполнители вводят главным образом для улучшения таких характеристик лакокрасочных материалов, как вязкость, розлив и т. д., а также для повыше­ния прочности, влаго-, свето-, термостойкости и других эксплуа­тационных свойств покрытий. Наполнители значительно дешевле большинства пигментов, поэтому их часто добавляют для эконо­мии последних и снижения стоимости лакокрасочного мате­риала.

Специальные добавки классифицируют по их целевому наз­начению. Так, различают добавки, повышающие эластичность покрытий (пластификаторы), их термо — и светостабильность (термо — и светостабилизаторы), стойкость к старению (антиок­сиданты), огнестойкость (антипирены). Добавки используют также для улучшения технологических свойств лакокрасочных материалов при их нанесении (добавки, улучшающие розлив, тиксотропные добавки и др.).

Лакокрасочные материалы в зависимости от состава и на­значения подразделяют на лаки, эмали, краски, грунтовки и шпатлевки.

Лаками называют растворы пленкообразующих веществ в органических растворителях, не содержащие пигментов и на­полнителей. Они служат для получения прозрачных покрытий.

Эмали, краски, грунтовки и шпатлевки представляют собой пигментированные (наполненные) лакокрасочные материалы.

Эмали представляют собой суспензии пигментов (или смеси пигментов с наполнителями) в лаках. Их применяют для полу­чения наружных слоев покрытий (по слою грунтовки или шпат-

Левки). Они должны придавать покрытию требуемый цвет, укрывистость и стойкость к внешним воздействиям. К этому типу лакокрасочных материалов обычно не относят материа­лы, где в качестве пленкообразующих веществ используют рас­тительные масла или продукты их переработки.

Краски. По мере развития лакокрасочной промышленности этот термин претерпел существенные изменения. Раньше краска­ми называли только суспензии пигментов в пленкообразующих веществах типа растительных масел и олиф (масляные краски). В настоящее время этот термин используется также примени­тельно к пигментированным лакокрасочным материалам на ос­нове водных дисперсий полимеров (воднодисперсионные краски) и аэродисперсий (порошковые краски).

Грунтовки (грунты) — пигментированные лакокрасочные ма­териалы, образующие нижние (первые по отношению к подлож­ке) слои лакокрасочного покрытия. В связи с этим грунтовки должны иметь хорошую адгезию (прилипаемость) как к окра­шиваемой поверхности, так и к верхнему слою покрытия. Кроме того, они должны обладать высокими антикоррозионными пока­зателями.

Шпатлевки представляют собой высоконаполненные лакокра­сочные материалы, предназначенные для выравнивания (шпат­левания) окрашиваемой поверхности. Шпатлевки отличаются высоким содержанием наполнителей и пигментов по отношению — к пленкообразующему (от 5 : 1 до 12 : 1). В качестве наполните­лей в шпатлевках используют мел, тальк, каолин, барит и др., в качестве пигментов — цинковые белила, литопон, а также дешевые природные цветные пигменты — охру, мумию и др.

Все лакокрасочные материалы принято делить на группы в зависимости от типа пленкообразующего вещества, входящего в их состав. Так, например, различают: глифталевые лакокра­сочные материалы (условное буквенное обозначение ГФ), пен- тафталевые (ПФ), эпоксидные (ЭП), полиуретановые (УР), полиакриловые (АК), нитратцеллюлозные (НЦ), кремнийорга — нические (КО) и др.

Внутри каждой группы лакокрасочные материалы в свою очередь подразделяются по признаку преимущественного назна­чения: атмосферостойкие, водостойкие, специальные, хемо — и термостойкие, электроизоляционные и др. Каждой подгруппе присваивается свое цифровое условное обозначение. Так, напри­мер, атмосферостойкие обозначаются цифрой 1, хемостой- кие—7; термостойкие — 8 и т. д.

Промышленное наименование (марка) лакокрасочного ма­териала образуется из буквенных обозначений группы и не­скольких цифр, первая из которых указывает на назначение ма­териала, а остальные составляют порядковый номер материала при регистрации.

Комментирование и размещение ссылок запрещено.

Комментарии закрыты.