3. Лакофарбові матеріали

Лакофарбові матеріали призначені для створення на поверхні тіл лакофарбового покриття для захисту продукції від руйнівного впливу оточуючого середовища та надання гарного зовнішнього вигляду. Вони являють собою композиції (розчин, суспензія), що при нанесенні на поверхню виробу, у результаті складних фізико-хімічних перетворень формують суцільне полімерне покриття з визначеним комплексом властивостей.

До лакофарбових матеріалів відносять оліфи, лаки, фарби, емалі, ґрунтовки, шпаклювання, а також допоміжні матеріали (розріджувачі, розчинники, сикативи, порозаповнювачі, морилки). До складу композиції лакофарбових матеріалів входять плівкоутворювачі, фарбові речовини, розчинники і розріджувачі, сикативи.

Плівкоутворювачі – нелеткі синтетичні, штучні і природні продукти, які здатні створювати на поверхні тіл суцільну тонку, відносно міцну і стійку до атмосферного впливу плівку. Вони є основним компонентом лакофарбових матеріалів. Плівкоутворювачі водночас є зв’язувальними речовинами: вони змочують, зв’язують і скріплюють у плівці інші компоненти.

Природними плівкоутворювачами виступають природні смоли (каніфоль, шеллак, дашмара тощо), які тепер замінені сучасними синтетичними матеріалами, винятком є каніфоль.

Штучні плівкоутворювачі – ефіри целюлози: нітрат, ацетобутират і етилцелюлоза мають невисоку термостійкість.

Синтетичні плівкоутворювачі – полімерні смоли (найчастіше поліконденсаційні) – поліефірні, алкідні, епоксидні, поліуретанові, кремнійорганічні, а також полімеризаційні смоли – поліакрилати, вінілові полімери.

Плівкоутворювачі можуть бути оборотними і перетвореними. Оборотні плівкоутворювачі створюють плівку завдяки випаровуванню розчинника або охолодженню розплаву, при цьому плівкоутворювач не зазнає змін і створена плівка може бути знову розчинена або розплавлена. Як оборотні плівкоутворювачі використовують природні смоли (каніфоль, шелак, янтар та ін.), ефіри целюлози та термопластичні синтетичні полімери.

У перетворених плівкоутворювачів при твердінні відбуваються хімічні зміни, які супроводжуються збільшенням молекулярної маси, зшиванням ланцюгових молекул поперечними хімічними зв’язками і створенням тривимірних полімерів, внаслідок чого плівкоутворювач переходить у неплавкий і нерозчинний стани. Перетворені плівкоутворювачі – це рослинні олії, олігомерні термореактивні синтетичні полімери і каучуки. Твердіння відбувається під дією затверджувачів, тепла і кисню повітря та інших чинників.

Плівкоутворювачі повинні: змочувати поверхню і рівномірно по ній розподілятися; розчинятися в доступних органічних розчинниках і давати безбарвні, прозорі плівки; не мають містити водорозчинних речовин.

Пластифікатори в ЛФМ вводять переважно для того, щоб підвищити еластичність і морозостійкість покриттів. Пластифікаторами є дібутилфталат, діоктилфталат, алкідні смоли і низка інших речовин.

Фарбові речовини. Фарбові речовини вводять у лакофарбові композиції у вигляді пігментів і барвників.

Пігменти – високодисперсні мінеральні чи органічні речовини, нерозчинні в усіх середовищах: плівкоутворювачах, органічних розчинниках і у воді. Пігменти надають плівці непрозорості, підвищують механічну міцність, твердість, зносостійкість, теплостійкість, антикорозійні властивості, затримують «старіння» плівок, відбивають або поглинають світлове випромінювання, підвищуючи цим довготривалість лакофарбового покриття.

У виробництві фарб, емалей, шпаклівок, ґрунтовок використовують переважно мінеральні пігменти (природно або штучно одержані солі й окиси заліза, свинцю, кадмію та інших металів).

Органічні пігменти мають більш інтенсивний колір, але помітно поступаються мінеральним за атмосферо- і світлостійкостю, тому використовують їх для декоративного призначення і для внутрішніх робіт.

Барвники розчиняються у плівкоутворювачах, тому використовують їх для прозорого оздоблення.

Для часткової заміни пігментів і барвників та поліпшення деяких властивостей до складу лакофарбових матеріалів вводять наповнювачі: дешеві мінеральні речовини білого кольору (крейда, тальк, каолін, вапняки). Внаслідок низького показника заломлення наповнювачі мають незначне укриття. Наповнювачі забезпечують укриття без пігментів тільки у водорозчинних зв’язуючих (казеїнових, клеєвих, вапняних).

Розчинники і розріджувачі. Допоміжними речовинами при фарбуванні є розчинники, розріджувачі, змивки і сикативи. Вони використовуються для підготовки поверхні до фарбування, розведення ЛФМ, прискорення процесу сушіння; надходять у продаж як самостійні товари.

Розчинники вводять у лакофарбові матеріали для переводу плівкоутворювачів у рідкий стан. Як розчинники використовують бензин, скипидар, ароматичні вуглеводні (бензол, толуол, ксилол), спирти (етиловий, бутиловий, метиловий), ефіри, кетони (ацетон, циклогексанон), хлоровані вуглеводні (дихлоретан, хлорбензол) та їхні суміші.

Розріджувачі не розчиняють плівкоутворювачів, але добре змішуються з концентрованими розчинами лакофарбових матеріалів і розріджують їх до потрібної в’язкості. Розріджувачами є дешеві легколеткі органічні розчинники, які мають відносно високу швидкість випаровування.

Сикативи – це кобальтові або марганцеві солі жирних кислот, що добре розчиняються в оліях і оліфах і прискорюють процес висихання плівки до 6–10 год.

Залежно від вмісту і призначення ЛФМ поділяють на: фарби (зокрема, емалеві фарби – емалі), лаки, оліфи, ґрунтовки, шпаклівки.

Оліфа – це оліїста рідина, яка здатна після висихання створювати еластичні міцні плівки. Вихідними матеріалами для готування оліф, масляних лаків і фарб є рослинні олії: лляна, конопельна, соняшникова, соєва, бавовняна й інші. Ці олії висихають дуже довго (від 6 до 40 діб), утворюючи плівку. Тому в якості плівкоутворювачів їх використовують тільки попередньо переробивши в оліфу, піддаючи олію тривалій термообробці з додаванням сикативів. Залежно від вихідної сировини оліфи ділять на натуральні і штучні. Залежно від складу розрізняють оліфи натуральні чисті і з розчинниками.

Натуральні чисті оліфи мають 95% олій і 5% сикативу. Називають їх за видом використаної олії: лляну, конопляну, соняшникову. Вони мають високі споживчі властивості: висихають від пороху за 12 год., повністю – за 24 год., створюють тверді, блискучі, еластичні, прозорі, з високою адгезією, атмосферостійкі плівки, які мають високі захисні властивості. Використовують їх для виготовлення і розчинення фарб, одержання ґрунтовок, шпаклівок, олійних лаків, які застосовують також для найбільш відповідальних малярних робіт – фарбування підлоги, дахів, вікон, транспортних засобів та ін.

Натуральні оліфи з розчинниками (ущільнені). Вони містять 50 – 75% плівкоутворювача і 25 – 50% розчинників. Олії для одержання цих оліф піддають довготривалій термічній обробці. Ущільнені таким чином оліфи розріджують до робочої в’язкості розчинниками. Випускають ці оліфи під назвами «Оксоль» (лляна, конопляна, соняшникова, змішана), гліфталеві, пентафталеві, комбіновані. У процесі виготовлення цих оліф економляться рослинні олії. Оксолі створюють плівки тверді, блискучі, водостійкі, але менш довговічні, ніж натуральні оліфи. Використовують їх в основному для внутрішніх робіт. Алкідні і комбіновані оліфи використовують як для внутрішніх, так і для зовнішніх робіт.

Штучні оліфи – це розчини продуктів переробки нафти, сланців, каніфолі в органічних розчинниках. Як правило, це низькоякісні матеріали, що, однак, можна використовувати для невідповідальних робіт, просочення, тимчасового захисту і т. д. Вони створюють плівки тверді, темного кольору, недостатньо водо- й атмосферостійкі, повільно висихаючі (за 72 год.). Використовують їх для покриття поверхонь, які не піддаються дії води й атмосфери. Використовують оліфи для просочення деревини й інших пористих поверхонь перед їх фарбуванням, виготовлення і розведення олійних фарб, виготовлення лаків, ґрунтовок, шпаклівок і замазок.

Лаки – це розчини плівкоутворюючих речовин в органічних розчинниках, які створюють після висихання тверду, прозору (рідко непрозору) плівку. За природою плівкоутворюючих речовин лаки ділять на масляно-смоляні (масляні, алкіні), смоляні, ефіроцелюлозні, олійні і асфальтобітумні.

Масляні лаки являють собою, як правило, суміші рослинних олій із природними смолами, розчиненими в органічних розчинниках. Звичайно, до складу масляних лаків уводять каніфоль, її ефіри, бітуми і деякі викопні смоли. Масляні лаки поділяють за вмістом олії на жирні (55%), середні (35%), пісні (15%). Їх застосовують для лакування дерев’яних поверхонь і в якості просочувальних електроізоляційних сумішей.

Алкідні лаки – це розчини алкідних смол (продуктів взаємодії багатоатомних спиртів: поліолів, багатоосновних карбонових кислот і одноосновних вищих жирних кислот) у нафтових розчинниках – уайт-спіриті, сольвент-нафті чи інших розчинниках. Вони призначені для покриття металевих і дерев’яних виробів і конструкцій. Залежно від виду алкідної смоли алкідні лаки бувають гліфталеві – ГФ (смола на основі фталевого ангідриду і трьохосновного спирту – гліцерину); пентафталеві – ПФ (смола на основі пятиосновного спирту – пентаеритриту і фталевого ангідриду); алкідно-акрилові (АС); алкідно-уретанові (АУ) та інші.

Лаки смоляні – це розчини синтетичних рослинних і бітумних смол у розчинниках. На основі рослинних смол виготовляють шелачні і каніфольні лаки, які створюють тверді, блискучі, але недостатньо водостійкі плівки. Використовують смоляні лаки для лакування меблів, іграшок, музичних інструментів.

Лаки на основі синтетичних смол ділять: на основі термопластичних і на основі термореактивних полімерів.

До лаків на основі термопластичних полімерів відносяться:

Лаки на основі термореактивних полімерів створюють лакову плівку внаслідок зшивки макромолекул, тому лакова плівка після твердіння не розчиняється і не плавиться. Покриття на основі цих лаків мають підвищені твердість, блиск, атмосферостійкість і стійкість до стирання, але вони не ремонтоздатні. Найбільш розповсюдженні алкідні, поліефірні і поліуретанові лаки. Використовують їх для оздоблення меблів, паркетної підлоги, для внутрішніх і зовнішніх робіт на олійній фарбі, деревині.

Лаки на основі бітумних смол – це розчини природних і штучних бітумів у скипидарі, бензині та інших розчинниках. Вони створюють тверді, блискучі плівки чорного кольору, водо- і хімічно стійкі, з високими діелектричними й антикорозійними властивостями, але недостатньо теплостійкі, зносостійкі і атмосферостійкі. Якщо до складу цих лаків входять олії, то такі лаки більш атмосферостійкі.

Бітумні лаки використовують для покриття металічних виробів, трубопроводів, садового інвентаря; олієвмісні – для антикорозійного захисту деталей машин, засобів транспорту, інструментів, для електроізоляції поверхонь та ін.

До складу алкідно-карбамідних лаків входять гліфталева, пентафталева смоли, карбамід. Перед використанням у ці лаки вводять затверджувачі (органічні кислоти). Вони використовуються для обробки деревини як паркетний і меблевий лаки. Покриття високоміцні, тверді, мають блиск, водо- і термостійкі. Лаки на основі поліефірних смол (поліефірні лаки) не містять летючих розчинників, компонентами цих лаків є ініціюючі добавки – перекиси чи гідроперекиси, при додаванні яких до лакової основи відбувається затвердження лаку. Застосовують лаки для обробки меблів, вони утворюють тверді, прозорі, термостійкі, хімічно стійкі до води, спиртів і мийних засобів покриття.

Ефіроцелюлозні лаки – це розчини нітроцелюлози або її суміші з синтетичними смолами в органічних розчинниках (ацетоні, етилацетаті та ін.). Вони створюють плівки, які швидко висихають (за 10 – 60 хв.), блискучі, тверді, міцні, водо- й атмосферостійкі, але недостатньо теплостійкі і вогненебезпечні. Використовують нітролаки для оздоблення меблів, олівців, шкір, деталей машин і приладів, виробів із кольорових та чорних металів, паперу та інших матеріалів.

Олійні лаки – це розчини олієвмісних смол, або суміші рослинних олій, або синтетичних смол в органічних розчинниках. Ці лаки створюють плівки, які повільно сохнуть (8 – 24 год.), еластичні, блискучі, водо- і атмосферостійкі, з високими антикорозійними властивостями. Використовують їх для внутрішніх і зовнішніх робіт по деревині, металу і олійних фарбах.

Пігментовані лакофарбові матеріали містять пігменти. До них відносять ґрунтовки, шпаклівки, фарби, емалі.

Ґрунтовки застосовуються для нанесення першого шару лакофарбового покриття. Вони повинні забезпечувати хорошу адгезію – з’єднання з поверхнею, що фарбується, з іншими шарами покриття. Ґрунтовки – це підгрупа матеріалів, що представлені суспензіями пігментів чи їх сумішей з наповнювачами в плівкоутворювальній речовині. Після висихання утворюється непрозора однорідна плівка. Існують різновиди ґрунтовок: ізолюючі ґрунтовки – забезпечують низьку проникність плівки, перешкоджаючи проникненню вологи; ґрунтовки-перетворювачі іржі наносять безпосередньо на поверхні, з яких не вилучені продукти корозії металу та інші.

Шпаклівки являють собою в’язку пастоподібну масу, що складається із суміші плівкоутворюючої речовини, пігментів і наповнювачів. Шпаклівки призначені для заповнення нерівностей і поглиблень, згладжування поверхні, що офарблюється.

Фарби – це суспензії пігментів або їхні суміші з наповнювачами в плівкоутворювачах, які після висихання створюють непрозорі покриття. За видом плівкоутворюючої речовини розрізняють фарби олійні, водоемульсійні, клейові та силікатні. Фарби групують за призначенням, консистенцією, кольором та іншими ознаками. За природою плівкоутворювача вони поділяються на олійні, водоемульсійні, клейові і силікатні, емалі.

Фарби олійні – це суспензії пігментів у оліфах. За ступенем готовності до використання розрізняють олійні фарби густо терті і готові до вживання. Вони повністю висихають за 24 год., створюють плівки високої адгезії, еластичні, міцні, водо- і атмосферостійкі, помірного блиску. Випускають їх марок МА-ІІ, МА-22 та ін. Використовують олійні фарби для внутрішніх і зовнішніх робіт по деревині, металу, штукатурці.

Фарби водоемульсійні – це суспензія пігментів у водній емульсії плівкоутворювачів. За видом плівкоутворювача розрізняють фарби вінілацетатні (ВА), стиролбутадієнові (КЧ), поліакрилові (АК) та ін. Водоемульсійні фарби мають ряд переваг перед іншими: економічність (можливість розріджувати фарбу водою); безпечність і нешкідливість через відсутність органічних розчинників, висока швидкість висихання (1 – 2 год.), довговічність. Недоліками емульсійних фарб є: відносно невелика міцність (особливо до стирання), низька водо- і морозостійкість, недостатня стабільність при зберіганні, здатність до пожовтіння під впливом світла.

Використовують емульсійні фарби для оздоблення фасадів будівель, внутрішніх робіт на штукатурці, для фарбування шкір, меблів та ін.

Фарби клеєві і силікатні – це суспензії пігментів у водних розчинах клеїв та силікатів натрію і калію. У продаж вони надходять у вигляді пасти або порошкової суміші пігментів, наповнювачів, зв’язувальних, антисептиків та інших добавок. Робочу суспензію фарб готують безпосередньо перед використанням, ретельно перемішують пасти або суміші з розчином клею або силікатів. Ці фарби відносно дешеві, мають достатню міцність. Використовують їх для оздоблення стін, стелі, будівель. Недоліком їхнім є недостатня водо- та атмосферостійкість. Силікатні фарби та фарби на основі казеїнового клею мають більшу атмосферостійкість та довговічність покрить (казеїнові – 4 – 5 років, силікатні – більше 10 років), тому їх використовують для фарбування фасадів будівель і вогнезахисного фарбування деревини.

Емалі – це суспензії пігментів або їхні суміші з наповнювачами у лаках. Емалі мають більш високі споживні властивості, добре перемішані, легко лягають на поверхню, швидко висихають, створюють блискучі, непрозорі, тверді водо- і атмосферостійкі плівки. За видом лаку емалеві фарби підрозділяють на алкідні (ГФ, ПФ, МЛ, АС), нітроемалі (НЦ-25, НЦ-132К), кремнійорганічні (КО); олійні, перхлорвінілові. Використовують емалі для внутрішніх (ГФ-230, НЦ-25) і зовнішніх робіт (ПФ-115, КО-174, НЦ-132), для фарбування деревини, металу, шкір, транспортних засобів, приладів, побутових машин, будівельних конструкцій. Вогнестійкі КО-емалі придатні для фарбування опалювальних печей, радіаторів, підвищення вогнетривкості виробів із паперу, деревини і тканин.

За різними оцінками, лакофарбова промисловість України до 2008 р. налічувала майже 150 підприємств, близько 50 з яких Були здатні виробляти понад 1000 т лакофарбової продукції на рік. Лише 15 підприємств виготовляли майже 60 % вітчизняних лакофарбових матеріалів, серед яких найбільшими були ВАТ «Днiпропетровський ЛФЗ», ВАТ «Сумихiмпром», ЗАТ «Лакма», ТОВ ПП «ЗIП», ЗАТ «Хим-резерв» та ін. До провідних вітчизняних виробників ЛФМ належить низка крупних фiрм iз іноземними iнвестицiями, організованих протягом останніх років, зокрема «Снежка-Україна», «ЙОБИ-Україна», «Мефферт Ганза Фарбен» i «Полiфарб Україна».

Серед основних виробників матеріалів на основі органічних розчинників експерти сьогодні називають «Композит сервіс», «Омега», ПП «Олейников» та ін.

Виготовлення екологічно безпечних ЛФМ в Україні здійснюють ПП «Олейников», «Капарол Днепр», «Шенкель Баутекник», «Мефферт Ганза», «ЗИП», «Снежка-Україна».

Станом на жовтень 2010 р. до найбільших виробників лакофарбової продукції віднесено 10 підприємств, які випускають майже 70 % всієї лакофарбової продукції в Україні: ВАТ ПП «ЗІП», ЗАТ «Поліфарб Україна», компанія «Хенкель Баутехник», ПП «Олейников» та ін. Найвідоміші компанії-імпортери – AkzoNobel (Швеція), Belinka Belles (Словенія), Meffert (Німеччина), Tikkurila (Фінляндія) та ін.

Якість лакофарбових матеріалів. Доброякісні лакофарбові матеріали повинні бути вироблені із відповідних матеріалів, які забезпечують задані в’язкість, щільність, укриття, час висихання та інші показники споживчих властивостей. Колір лакофарбових матеріалів повинен відповідати еталону.

Покриття після затвердіння повинні бути рівними, без тріщин, відшарувань, бульбашок, мазків від пензлів, мати задану твердість, міцніть на згин і удар, на стирання.

Лакофарбові матеріали пакують у скляні і пластмасові, металічні банки, пляшки, фляги, бочки, фанерні барабани, пакети, коробки та ін. У всіх випадках повинні бути забезпечені герметичність пакування, а також збереження у процесі транспортування і зберігання.

Банки, пляшки і флакони складають у дерев’яні ящики з гніздами, а бутелі – в плетені кошики, аерозольні балончики – у картонні коробки, а потім – у ящики. Вільні місця у ящиках і кошиках заповнюють пакувальними матеріалами.

Вимоги до маркування. Транспортна тара повинна мати бирки, етикетки або трафаретне маркування з зазначенням: найменування або товарного знака підприємства, найменування і марки матеріалу, маси брутто і нетто, номера партії, дати виготовлення, номера ДСТУ. Легкозаймисті вироби додатково маркуються вказівкою «Вогненебезпечно», шкідливі – вказівкою «Отрута». Споживча тара маркується такими ж позначками, крім вказівки – брутто. Вказують також кодове позначення лакофарбового матеріалу, його призначення та особливості використання.

Кодове позначення фарб, емалей, ґрунтовок і шпаклівок складається з п’яти, а для лаків – з чотирьох груп знаків. Перша група знаків визначає групу лакофарбового матеріалу і визначається словами «фарба», «емаль». Для фарб алкідних і олійних замість слова «фарба» вказують найменування пігменту, наприклад «сурик залізний».

Друга група знаків визначає вид основного плівкоутворювача, який кодується двома буквами: МА – олії або оліфи, ГФ – гліфталеві та ін.

Третя група знаків відокремлюється від другої – тире вказує на призначення матеріалу, позначається цифрами від 1 до 9 (1 – атмосферостійкі, 2 – які експлуатуються під навісом або всередині приміщень, 4 – водостійкі та ін.).

Четверта група знаків визначає різновид лакофарбових матеріалів і позначається однією, двома або трьома цифрами, наприклад 32, 18.

П’ята група знаків вказує на колір лакофарбових матеріалів і позначається словами «блакитна», «жовта».

Допускається додаткове позначення особливостей лакофарбових матеріалів. Після першої групи знаків можуть буквами позначати різновид лакофарбових матеріалів, які не містять органічних розчинників (П – порошкова фарба, В – водорозчинна, Е – емульсійна). Після порядкового номера буквами можуть позначати метод затвердіння (ГС – гарячого, ХС – холодного сушіння), гладкість і блиск (М – матовий, ПМ – напівматовий).

Код «Емаль НЦ-218 червона» розшифровується: емаль нітроцелюлозна гранично атмосферостійка, з порядковим номером 18, червоного кольору.

Контроль якості лакофарбових матеріалів у торгівлі проводиться за відібраною пробою від кожної партії (3 – 10% кількості пакувальних місць) і має за мету вибірково оцінити відповідність продукції вимогам ДСТУ. Перевіряють цілісність і щільність закриття тари, повноту і чіткість маркування, однорідність кольору і консистенції, в’язкість продукту, ступінь перетирання, прозорість (оліф і лаків), відсутність відстою або розшарування.

Визначення складу і показників якості покрить проводять за заявками торговельних підприємств спеціальні лабораторії, які обладнані необхідними приладами для перевірки.