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.