Лакокрасочные материалы

ЛАКОКРАСОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ, жидкие или порошкообразные полимерные композиции, которые при нанесении тонким слоем на твёрдую поверхность отверждаются с образованием плёнки (лакокрасочного покрытия), удерживаемой на подложке силами адгезии. К лакокрасочным материалам относятся лаки, краски, эмали, грунтовки, шпатлёвки, а также некоторые пропиточные составы.

Различные виды лакокрасочных материалов применялись с древнейших времён - сначала в живописи и быту, а затем в промышленности и строительстве. Так, сохранились красочные наскальные изображения эпохи верхнего палеолита, выполненные с использованием массы, получаемой перетиранием сажи или природных минеральных пигментов с животными жирами; во 2-м тысячелетии до нашей эры в Китае начали готовить лаки на основе сока лакового дерева; лаки и краски на основе природных смол (канифоль, янтарь, мастикс и др.) применялись в Египте за несколько веков до нашей эры; лаки и краски, содержащие растительные масла, известны с 8 века; в 9 веке в России умели готовить лаки и краски на основе льняного, конопляного и других масел. В 1798 году в Санкт-Петербурге издана книга Н. П. Осипова «Лакировщик или ясное и подробное наставление о заготовлении, составлении и употреблении разного рода спиртовых и масляных лаков и фирнисов для живописцев, иконописцев, гравировальщиков, маляров, каретников, слесарей, бронзовщиков, табакерошников и прочих всякого рода ремесленников». Развитие отечественной лакокрасочной промышленности началось во 2-й половине 19 - начале 20 века, когда в крупных промышленных городах России были построены первые красильни; в дальнейшем эти предприятия реконструировались и расширялись, на них устанавливалось более совершенное оборудование и внедрялась передовая технология. Так, на основе свинцово-белильного завода, основанного купцом А. Ф. Вахрамеевым в Ярославле, в СССР был построен один из крупнейших заводов «Победа рабочих» (ныне ОАО «Русские краски»). В Москве на базе красильной фабрики Мамонтовых в 1918 году создан Пресненский завод лаков и красок, полностью сохранивший основной профиль предприятия Мамонтовых - крупнейшего производителя лаков, красок и эмалей; в 1927 году на базе лаборатории этого завода была создана центральная научная лаборатория Всесоюзного треста лакокрасочной промышленности «Лакокраска» ВСНХ СССР, в 1931 преобразованная в Научно-исследовательский институт лаков и красок (Научно-исследовательский и проектный институт лакокрасочной промышленности); в этом отраслевом институте были разработаны основные технологические процессы и материалы, используемые до настоящего времени. До 1930 года в качестве плёнкообразующих веществ при изготовлении лакокрасочных материалов использовались растительные масла и природные смолы. В 1920-1930-х годах осуществляется переход к более эффективным синтетическим смолам и эфирам целлюлозы. К 1940-м годам производство лакокрасочных материалов стало крупной отраслью, обеспечивающей потребности промышленности широким и разнообразным ассортиментом автомобильных, сельскохозяйственных, авиационных, кабельных и других специализированных лаков и красок.

Лакокрасочные  материалы всех типов подразделяют по химической природе плёнкообразующего вещества, входящего в их состав. Различают алкидные, полиакриловые, кремнийорганические, нитроцеллюлозные, перхлорвиниловые, полиэфирные, полиуретановые, феноло-формальдегидные, эпоксидные и другие лакокрасочные материалы Кроме того, лакокрасочные материалы делятся по природе растворителя, входящего в их состав, на органорастворимые, воднодисперсионные и водоразбавляемые. По областям применения лакокрасочные материалы подразделяют на строительно-бытовые и промышленные.

Основные характеристики всех типов лакокрасочных материалов: вязкость, содержание нелетучих веществ, время и температура сушки, цвет, степень перетира (размер частиц пигмента), укрывистость (способность перекрывать цвет подложки), степень наполнения (содержание пигментов и наполнителей).

Способ получения и выбор оборудования для производства лакокрасочных материалов зависят от их степени наполнения, вязкости и требуемых потребительских характеристик. Лакокрасочные  материалы, не содержащие наполнителя (лаки, пропиточные составы), получают в смесителях с лопастными или якорными мешалками путём растворения плёнкообразующих веществ в смеси растворителей. Грунтовки, краски, эмали - путём диспергирования (измельчения) пигментов и наполнителей в плёнкообразующих веществах, которое проводят в бисерной или шаровой мельнице, на валковых краскотёрочных машинах. Высоконаполненные вязкие материалы (шпатлёвки) изготавливают в горизонтальных смесителях с Z-о6разными лопастями.

Важными стадиями в применении лакокрасочных материалов являются их нанесение и отверждение (сушка). К ручным способам нанесения относятся окраска кистью и валиком. Среди механизированных способов нанесения выделяют группу методов, предполагающих превращение лакокрасочных материалов в аэрозоль: пневматическое, безвоздушное, аэрозольное и электростатическое распыление. В промышленности и строительстве наиболее распространён метод пневматического распыления, который обеспечивает в 4-5 раз более высокую производительность, чем ручное нанесение, даёт возможность получать лакокрасочные покрытия высокого качества на изделиях различной формы. Для нанесения этим методом требуется значительное разбавление лакокрасочных материалов растворителями, при окраске также происходят большие потери, что ухудшает экологию. Более прогрессивен метод безвоздушного распыления, позволяющий наносить лакокрасочные материалы с их исходной вязкостью, в том числе очень высоковязкие составы (при подогреве). В промышленности также распространён метод распыления в электрическом поле высокого напряжения (около 100 кВ), при котором заряженные частицы лакокрасочных материалов осаждаются на поверхности изделия, имеющей противоположный заряд. Для нанесения этим методом пригодны лакокрасочные материалы с удельным объёмным электрического сопротивления 5·10⁶-5·10⁷ Ом·см и диэлектрической проницаемостью 6-11. Эти параметры лакокрасочных материалов достигаются за счёт применения соответствующих растворителей или поверхностно-активных добавок. Другие методы нанесения предполагают непосредственный контакт лакокрасочных материалов с окрашиваемым изделием. Для окраски на конвейерных поточных линиях часто применяют методы окунания или облива. Эти методы целесообразно использовать для нанесения водоразбавляемых лакокрасочных материалов, так как для заполнения ванны требуется большой объём лакокрасочных материалов, что создаёт повышенную пожароопасность производства. Для нанесения водоразбавляемых лакокрасочных материалов, в частности в автомобильной промышленности, широко применяется метод электроосаждения, при котором окрашиваемое изделие является анодом, а корпус ванны - катодом.

Столь же разнообразны методы сушки лакокрасочных материалов. В зависимости от химической природы плёнкообразующих веществ и технологических особенностей производства применяют холодную сушку (15-25 °С), конвективную при повышенной температуре, терморадиационную, под действием УФ или электронного излучения и др.

Современными направлениями разработки лакокрасочных материалов являются создание материалов с пониженным содержанием растворителей, воднодисперсионных, порошковых, УФ-отверждаемых и других экологически безопасных и ресурсосберегающих типов, использование достижения нанотехнологий.

Лакокрасочные  материалы применяют во всех отраслях промышленности, в строительстве и быту для придания изделиям и конструкциям из бетона, металла, древесины, стекла, пластмасс декоративного вида, а также для их защиты от коррозионного и биологического разрушения. Объём мирового производства лакокрасочных материалов составляет несколько десятков миллионов т/год.

Лит.: Сорокин М. Ф., Кочнова З. А., Шодэ Л. Г. Химия и технология пленкообразующих веществ. М., 1989; Верхоланцев В. В. Функциональные добавки в технологии лакокрасочных материалов и покрытий. М., 2008; Яковлев А. Д. Химия и технология лакокрасочных покрытий. 3-е изд. СПб., 2008.