Пигменты в лакокрасочной промышленности

Состав лакокрасочных материалов

Основными компонентами лакокрасочных материалов (ЛКМ) являются пленкообразующие, пигменты, наполнители, пластификаторы, растворители, сиккативы, добавки.
Пленкообразующие лакокрасочных материалов – многокомпонентная система, после нанесения которой на поверхность в результате физико-химических процессов образуется сплошная, прочно сцепленная с основой пленка. Пленкообразующие должны связывать наполнители с пигментами в ЛКМ, быть растворимыми органическими растворителями, обеспечивать хорошую адгезию лакокрасочного покрытия с подложкой, а после высыхания образовывать твердую защитную пленку.
К пленкообразующим веществам относятся: полимеризационные смолы (на основе акрилатов, метакрилатов, хлористого винила и др.), поликонденсационные смолы (алкидные, полиуретановые, эпоксидные, кремнийорганические, формальдегидные), природные смолы (канифоль, битумы, асфальты, копалы), растительные масла, таловое масло, жирные кислоты и эфиры целлюлозы.
Рассмотрим некоторые виды пленкообразователей.

Алкидные смолы

Алкидные смолы среди пленкообразующих веществ занимают почетное первое место не только в отечественной, но и зарубежной лакокрасочной промышленности. Это полиэфиры, которые имеют разветвленное строение. Они являются продуктами неполной переработки одноосновных жирных кислот и многоосновных кислот и спиртов.
Классифицируются алкидные смолы в зависимости от спирта, который используется для их изготовления. Различают алкидные смолы на основе глицерина (глифталевые), этриола (этрифталевые), пентаэритрита (пентафталевые) и ксилита (ксифталевые).

Для того, чтобы алкидная смола имела хорошую растворимость, а готовое лакокрасочное покрытие отличалось водостойкостью и эластичностью, ее модифицируют жирными кислотами либо маслами растительного происхождения. Поэтому алкидные смолы делят еще на невысыхающие и высыхающие. Содержание масла может быть самое разное, вплоть до 70%. Есть сверхтощие (до 34% масел), тощие (от 35 до 45%), средней жирности (46 – 55% масел) и жирные (от 56 до 70%). Пентафталевые алкидные смолы обладают наилучшими защитными характеристиками, при содержании масла около 60 – 65%, а глифталевые – при 50%. Необходимо также знать, что при данной жирности водопроницаемость и скорость высыхания пленки очень сильно зависит от вида используемого растительного масла. Зависимость можно описать следующим рядом (по убыванию): тунговое > ойтисиковое > льняное > дегидратированное касторовое > соевое > подсолнечное.

В обратном порядке масла располагаются по светостойкости. Эти данные используют для изготовления любых алкидных лакокрасочных материалов. Исключение составляют грунтовки, для изготовления которых используют тунговое и льняное масла. Это связано с тем, что грунтовочные смеси используются в качестве промежуточного слоя, который не подвергается воздействию солнечного света.

Алкидные соединения применяются в комплексе с некоторыми другими поликонденсационными, полимеризационными смолами и нитратами целлюлозы. Такие смолы, в зависимости от используемого модифицирующего вещества, подразделяются на: алкидно-меламиновые, алкидно-карбамидные, алкидно-эпоксидные, алкидно-стирольные, уралкидные, алкидно-полиорганосилоксановые и алкидно-акриловые. Они сочетают в себе свойства модифицирующего компонента и алкидной смолы.

Алкидные смолы подразделяются на: разбавляемые водой (водоразбавляемые) и нерастворимые в воде. А также на: разбавляемые органическими растворителями и растворимые в них.

В наше время самое широкое применение нашли водоразбавляемые (водоэмульсионные) лакокрасочные материалы. Они обладают бесспорными преимуществами, по сравнению с красками и лаками на основе органических растворителей, т.к. не вредят человеческому организму, безопасны в пожарном отношении. Водоразбавляемые смолы при взаимодействии с аминоформальдегидными или фенолоформальдегидными водорастворимыми смолами, которые выступают в качестве отверждающих агентов, образуют пленку.

Разбавляемые водой алкидные смолы применяют для изготовления водоэмульсионных эмалей и грунтовок. Глифталевые смолы, разбавленные органическими растворителями, используют в производстве шпатлевок, грунтовок и эмалей для внутренних работ. Пентафталевые – для эмалей и лаков, предназначенных для работы в умеренном климате, под открытым воздухом. Также из высыхающих алкидных смол делают олифы, лаки, эмали, грунтовки, шпатлевки горячей и холодной сушки.

Следующие марки немодифицированных лаков и смол на алкидной основе можно найти на рынках лакокрасочных материалов:
- смолы – ВПФЛ-50, ФК-135, ФК-42, ПГФ-СИН-34;
- лаки – ПФ-060Н, ПФ-060В, ПФ-053Н, ПФ-053В, ГФ-01, ГФ-019, ГФ-046, ГФ-072, В-Эп-0179 и др.

Пигменты – это окрашенные порошки высокой дисперсии. Вода, пленкообразующие вещества их не растворяют. Пигменты в основном применяют в декоративных целях, для придания краскам, грунтовкам, а также эмалям цвета и блеска. Но кроме того пигменты отличаются некоторыми полезными свойствами, которые влияют на конечный продукт: светостойкость, химическая и атмосферостойкость, смачиваемость, дисперсность, маслостойкость, укрывистость, кристаллическая структура, способность взаимодействовать с пленкообразующими.

По своему происхождению пигменты лакокрасочных материалов (ЛКМ) можно разделить на синтетические и природные, а по химическому составу – на органические и неорганические.

К неорганическим пигментам относятся двуокись титана, окись цинка, литопон (дают белый цвет), охра (дает желтый цвет), железная лазурь, ультрамарин (синий), железный сурик, оранжевый крон, мумня (красный), медянка, окись хрома (зеленый цвет). Как видно – большинство неорганических пигментов это соли металлов, оксиды, гидроксиды, которые имеют кристаллическое строение.

Среди органических пигментов можно выделить фталоцианиновые, антрахиноновые, азопигменты, диазопигменты.
Некоторые пигменты могут обеспечивать лакокрасочным материалам дополнительные полезные свойства. Вот, например, при достаточно большом наполнение ЛКМ металлическими пигментами покрытие становится электропроводящим и теплопроводящим. При наполнении лакокрасочного материала цинковой пылью, его можно использовать как протекторную грунтовку.

Наполнитель – это нерастворимое в дисперсионных средах сухое неорганическое вещество. Применяют как добавоки к пигментам для их экономии и снижения стоимости лакокрасочных материалов (ЛКМ). Наполнители вводят только в непрозрачные лакокрасочные материалы (грунтовки, эмали). При правильном подборе системы пигмент – наполнитель можно улучшить свойства ЛКМ. Придать лакокрасочным материалам определенную вязкость, улучшить разливаемость, предотвратить оседание пигментов на дно резервуара, повысить прочность, атмосферостойкость готового покрытия.
В качестве наполнителей применяют тальк, слюду, доломит, мел, барит, кальцит, каолин. Наиболее широко применяются наполнители с высокой степенью белизны, дисперсностью, с низким содержанием водорастворимых примесей, небольшой твердости, плотности, низкой маслоемкости.

В основном наполнители ЛКМ – это природные материалы, лишь малая доля – синтетические (осажденный мел, бланфикс).

Пластификаторы - практически нелетучие органические вещества, которые вводятся в пленкообразующее для придания высохшим ЛКМ эластичности. В качестве пластификаторов используют фталаты, фосфаты, касторовое масло, совол, себацинаты и т.д.

Растворители – летучая органическая жидкость или смесь жидкостей, которая применяется для растворения пленкообразующих, придания ЛКМ нужной консистенции. К ним относятся спирты, эфиры, кетоны, углеводороды.
Сиккативы – мыльное соединение некоторых металлов в растворителях или (используется реже) соединения в виде оксидов. Сиккативы применяют для ускорения процесса высыхания лакокрасочного материала. К сиккативам относятся кобальтовые, марганцевые, свинцовые, линолеаты, нафтенаты, резинаты и др.

Добавки – вещества для придания определенных свойств лакокрасочным материалам. Добавками принято считать различные отвердители, эмульгаторы, стабилизаторы, ускорители, инициаторы и многое другое.