2. Связующие, растворители и разбавители

Пленкообразующие (связующие) вещества. В качестве пленкообра­зующих веществ применяют самые разнообразные материалы. Это могут быть как неорганические вяжущие (известь, цемент, жидкое стекло), так и органические вещества (природные смолы, битум, пек, животные клеи, эфиры целлюлозы, олифы, синтетические смолы в виде олигомеров и полимеров). Ниже рассмотрены основные виды связующих.

Минеральные вяжущие — известь, жидкое стекло, цемент; их опи­сание дано в гл. 8.

Растительные клеи — среди них раньше других стали применять крахмал. Перед использованием крахмал обрабатывают 1 %-ным раствором NaOH и вводят в полученную смесь 5...7 % (от массы крах­мала) канифольного масла и 0,5... 1 % антисептика. Так как крахмаль­ные пленки не устойчивы к трению и легко размываются водой, они не получили широкого распространения. Чаще используют близкие по составу водорастворимые эфиры целлюлозы.

Животные клеи — растворимые в воде высокомолекулярные ве­щества белковой природы, образующие из водных растворов пленки с хорошей адгезией к подложке. К этим видам клеев относятся:

глютиновые клеи (костный, желатиновый и т. п.), получаемые вы­вариванием отходов от переработки животных и рыб; эти клеи не во­достойки и склонны к загниванию;

казеиновый клей получают из снятого молока, обработанного кис­лотами; его обычно используют в сочетании с гашеной известью или другими щелочными реагентами, так как растворяется он только в щелочных средах. Краски на казеиновом клее имеют довольно вы­сокую атмосферостойкость (срок службы окраски фасадов 4...5 лет) и хорошую адгезию к силикатным материалам (бетону, штукатурке и т. п.).

Смолы природные — твердые слабоокрашенные прозрачные про­дукты растительного происхождения (за исключением шеллака), плавящиеся при нагревании до 110...200 °С и растворяющиеся в соот­ветствующих растворителях. Их использовали для получения лаков, а также для модификации других пленкообразующих веществ. Глав­нейшие смолы, применяемые в лакокрасочных материалах: кани­фоль, копалы, шеллак.

Канифоль — остаток от отгонки скипидара из смолистого сока хвойных деревьев (живицы); растворяется почти во всех органиче­ских растворителях, хорошо совмещается с растительными маслами.

Канифоль в основном применяют для модификации других пленко­образующих веществ с целью повышения адгезионных свойств.

Копалы, янтарь — ископаемые смолы, использовавшиеся для по­лучения высококачественных лаков; в настоящее время их применя­ют ограниченно.

Шеллак — продукт в виде тонких чешуек, получаемых очисткой смолистых выделений мелких тропических насекомых. Шеллак хо­рошо растворим в спирте; такие растворы используют как мебельный лак и политура.

Битумы и пеки описаны в п. 9.2.

Водорастворимые эфиры целлюлозы (метилцеллюлоза — МЦ; кар-боксиметилцеллюлоза — КМЦ и др.) используют в красках для внут­ренних работ, так как атмосферостойкость их невысока. Они образу­ют вязкие растворы, а после высыхания — пленку, обладающую не очень высокой адгезией.

Нитроцеллюлоза — сложный эфир целлюлозы (см. 3.2), получае­мый при обработке ее азотной кислотой. В лакокрасочной про­мышленности используют продукт неполной этерификации цел­люлозы — коллоксилин с молекулярной массой 40... 150 тыс. Нитроцел­люлоза хорошо растворяется в ацетоне и других полярных раствори­телях и не растворима в углеводородных растворителях. Стойкость нитроцеллюлозы в кислых и щелочных средах невысокая. Тепло­стойкость 50...60 °С; при более высоких температурах возгорается. Для улучшения свойств нитроцеллюлозу совмещают с алкидными смолами.

Олифы (от греч. aleipha — масло) — традиционные пленкообразу­ющие вещества на основе жидких растительных масел или алкидных (глифталевых или пентафталевых) полимеров (часто неправильно называемых смолами), модифицированных растительными маслами. Все олифы — олигомерные продукты. Для олиф используют ненасы­щенные масла, т. е. имеющие двойные связи в углеводородной цепи. Благодаря двойным связям олифы могут отвердевать (а не высыхать!) за счет окислительной полимеризации, т. е. сшивки кислородом воз­духа. Образующиеся эластичные пленки со временем, особенно под действием УФ-излучения, становятся хрупкими и растрескиваются вследствие усадки. Процесс отвердевания необратимый, т. е. «высох­шая» масляная краска не растворяется повторно.

По составу и технологии приготовления олифы могут быть: нату­ральные, олифы-оксоль и алкидные (табл. 18.1).

Таблица 18.1. Составы и области применения олиф

Тип олифы	Содержание масла, %	Область применения
Натуральная Полунатуральная (оли-фа-оксоль) Алкидная	100 50...55 30	Приготовление грунтовок, шпатлевок, густотертых и готовых к употреблению красок, пропитка пористых поверхно­стей Разбавление масляных красок Приготовление густотертых и готовых к употреблению масляных красок и грун­товок

Примечание. Под названием «олифа» выпускаются и другие пленкообразу­ющие жидкие продукты, отличающиеся, однако, худшими свойствами.

Олифу натуральную получают из ненасыщенных растительных масел (льняного и конопляного) двумя способами: «окислени­ем» — продувкой воздуха через подогретое до 150... 160 °С масло или «полимеризацией» — нагревом масла до температуры 270...280 °С. При этом происходит частичная полимеризация молекул масел бла­годаря наличию в них двойных связей, т. е. натуральная оли­фа — олигомерный продукт. Как уже говорилось, олифы или краски на ее основе, нанесенные тонким слоем, способны под действием ки­слорода воздуха отвердевать. Для ускорения отвердевания олифы в нее вводят сиккативы (лат. siccativus — высушивающий) — соли жир­ных кислот РЬ, Мп, Со, катализирующие окислительную полимери­зацию ненасыщенных масел. Количество вводимого сиккатива 0,01...0,1 % (по сухому веществу) от массы масел, При отсутствии ки­слорода процесс полимеризации практически не идет. Например, краска, залитая водой, не отвердевает. На этом основано хранение кистей при перерывах в работе в воде.

В настоящее время натуральную олифу применяют редко, в ос­новном, для красок, используемых в живописи.

Олифу-оксоль (полунатуральную олифу) получают более глубокой окислительной полимеризацией растительных масел до получения вязкой жидкости. Ее растворяют уайт-спиритом в соотношении 1:1. Олифу-оксоль получают как из льняного или конопляного масла (марка В), так и из подсолнечного, соевого (марки ПВ и СМ) и др.

Краски на олифе марки «В» используют как для наружных, так и для внутренних работ; краски на олифе марки «ПВ» годятся только для внутренних работ. Краски на олифе-оксоль менее долговечны и дают более хрупкую пленку, чем краски на натуральной олифе.

Алкидные олифы представляют собой растворы низковязких жир­ных алкидных смол (60...65 % масла) в уайт-спирите. Их выпускают двух типов: глифталевая (ГФ) и пентафталевая (ПФ). Получают их путем олигомеризации глицерина (или пентаэритрита), фталевого ангидрида и ненасыщенных растительных масел. Последние являют­ся внутренними пластификаторами, придающими пленке, получае­мой из этих олиф, эластичность.

По атмосферостойкости алкидная олифа почти не уступает нату­ральной, а по физико-механическим показателям пленки во многом превосходит ее. При этом расход пищевых масел в таких олифах ми­нимальный.

Из рассмотренных олиф в строительстве в основном используют алкидные, на базе которых выпускают широкий ассортимент красок.

Синтетические полимерные связующие. Эпоксидные, полиэфир­ные и полиуретановые связующие описаны в п. 9.4. Лучшие краски и лаки с самыми разнообразными свойствами получают на полиуретановых связующих путем регулирования их состава при синтезе.

Перхлорвиниловые полимеры (их часто называют смолами) — при­нятое в России название продукта ограниченного хлорирования поливинилхлорида — ПВХ (см. п. 9.3). Перхлорвинил содержит 62,5...64,5 % связанного хлора. В отличие от ПВХ перхлорвинил хо­рошо растворяется во многих органических растворителях (хлорсодержащих, ароматических, ацетоне). Пленки, получаемые из раство­ра перхлорвинила, атмосферостойкие, теплостойкие (до 100 ° С) и морозостойкие (до — 45 °С). Перхлорвинил широко используют для получения фасадных красок.

Полиакрилаты — группа полимеров сложных эфиров акриловой кислоты. В зависимости от состава полиакрилаты могут иметь вид от клейких каучукоподобных продуктов до твердых стеклообразных по­лимеров. В последние годы полиакрилаты все чаще начинают ис­пользовать в производстве лакокрасочных материалов высокого ка­чества.

Водные дисперсии полимеров — одна из возможных форм синтеза самых различных полимеров, позволяющая получать вододисперсионные краски. Водные дисперсии полимеров представляют собой мельчайшие частицы полимера (1...100 мкм), взвешенные в воде. Концентрация полимера 40...50 %. От агломерации (слипания) час­тицы полимера защищены тонкой пленкой эмульгатора (стабилизи­рующего поверхностно-активного вещества) ПАВ. Схему действия ПАВ см. на рис. 18.2.

Первыми в строительстве стали использовать дисперсию поливинилацетата — ПВА (см, п. 9.3) и латексы каучуков. В принципе любой полимер может быть получен в виде водной дисперсии. Основ­ную долю современных вододисперсионных красок получают на основе полиакрилатных дисперсий.

Высушенные с помощью распылительной сушки водные диспер­сии превращаются в сухие порошки, которые могут быть редиспергироввны в воде, т. е. из них вновь может быть получена дисперсия.

Растворители и разбавители. Растворители — летучие жидкости, образующие со связующими (полимерными, масляными) истинные растворы, стабильные во времени. Разбавители — хорошо совмеща­ющиеся с красочным составом жидкости, образующие с ним устой­чивые смеси (суспензии или эмульсии).

Способность растворителя растворять связующее (растворяющая способность) зависит от его молекулярного строения и определяется в основном соотношением полярностей растворителя и связующего. Здесь действует закономерность «подобное растворяется в подоб­ном». Так, алкидные связующие, имеющие в своих молекулах бензо­льные кольца, хорошо растворимы в ароматических растворителях (бензоле, толуоле) и не растворяются в кислородсодержащих раство­рителях (спирте, ацетоне); краски на олифе, молекулы которой име­ют длинные углеводородные цепи, хорошо растворяются в алифати­ческих углеводородах.

При выборе растворителей помимо их растворяющей способно­сти необходимо руководствоваться и другими свойствами. Главней­шее из них — скорость испарения. Ее можно характеризовать относи­тельной летучестью, показывающей, во сколько раз медленнее испаряется наш растворитель по сравнению с эталоном.

этилацетат — 1,4 бензол — 1,4 бензин «галоша» — 1,7

дихлорэтан — 2,0 толуол — 2,9 этиловый спирт — 4,0

ксилол —6,5 уайт-спирит — 20... 30 скипидар — 30...40

Если скорость испарения велика и выше скорости миграции рас­творителя в объеме красочного слоя, то возможно формирование твердой пленки на поверхности незатвердевшего покрытия с образо­ванием поверхностных дефектов, в частности, типа «шагрень» (усы­хающая кожа).

Если скорость испарения мала, то замедляется формирование твердого лакокрасочного покрытия, возрастает вероятность дефек­тов; особенно нежелательно это в случае «твердеющих» (термореак­тивных) связующих, так как в этом случае растворитель частично ос­тается в покрытии, ухудшая его свойства.

Как правило, от растворителей и разбавителей требуется химиче­ская инертность к связующему и другим компонентам лакокрасочно­го материала. Однако в некоторых случаях, наоборот, растворителем выбирают вещество, входящее при твердении в состав лаковой плен­ки (например, стирол в лаках на основе ненасыщенных полиэфиров).

Органические растворители токсичны, поэтому при работе с ни­ми необходимо соблюдать меры безопасности: проветривать поме­щение, где ведутся работы, и применять защитные приспособления: перчатки, респираторы и даже противогазы. По степени повышения токсичности растворители располагаются в такой последовательно­сти: скипидар, уайт-спирит, этилацетат, ацетон, бензол, толуол, кси­лол, дихлорэтан.

\ Очень серьезный недостаток органических растворителей — го­рючесть. Их пары при определенных концентрациях с воздухом обра­зуют взрывоопасные смеси. В помещениях, где хранятся материалы с растворителями или работают с ними, необходимо строго соблюдать противопожарные правила: нельзя разводить открытый огонь; под­соединения электроприборов должны исключать искрообразование; при открывании металлических емкостей с растворителями следует использовать инструмент, не вызывающий искрообразование.

В зависимости от химического состава органические растворите­ли делятся на углеводородные (алифатические, ароматические, неф­тяные и терпеновые), кислородсодержащие (кетоны, спирты, эфиры) и галогеносодержащие углеводороды.

Алифатические углеводороды С_пН_2л+2 (пентан, гексан и др.) — лег­колетучие бесцветные жидкости со слабым запахом. Они обладают низкой растворяющей способностью и относительно дороги. В чис­том виде применяют редко.

Ароматические углеводороды (бензол, ксилол, толуол и др.) — бес­цветные жидкости с характерным запахом. Они обладают значитель­но большей, чем алифатические углеводороды, растворяющей спо­собностью, однако их применение ограничивает высокая токсичность. Ароматические углеводороды хорошо смешиваются с другими углеводородными растворителями. Их обычно применяют в смесях. Например, часто используемый сольвент нефтяной или ка­менноугольный представляет собой смесь ксилола с другими аромати­ческими и алифатическими углеводородами.

Нефтяные растворители — один из самых дешевых и доступных видов растворителей, получаемый при фракционировании нефти. Состоят они из смеси алифатических углеводородов с некоторой примесью ароматических. В зависимости от температуры кипения различают следующие виды нефтяных растворителей:

Вид растворителя Температура кипения, °С

Петролейный эфир 36...70

Бензин-растворитель «галоша» 80... 120

Бензин-растворитель — уайт-спирит . . . 165...200

Терпеновые растворители содержат ненасыщенные углеводороды состава (С₅Н₈)„. Из них в основном применяют скипидар (терпеновое масло); он хорошо растворяет масляные и глифталевые краски.

Кетоны — кислородсодержащие растворители, из которых наи­более широко используют ацетон — легкокипящая жидкость с тем­пературой кипения 56 "С. Он хорошо растворяет многие полимеры и олигомерные смолы (эпоксидные, полиэфирные). Обычно его при­меняют в смеси с другими растворителями. Недостаток ацето­на — гигроскопичность, так как при поглощении воды его растворя­ющая способность падает.

Спирты — кислородсодержащие растворители. Используются низшие одноатомные спирты: бутиловый, этиловый и метиловый (метанол). Из-за высокой токсичности применение последнего огра­ничено.

Сложные и простые эфиры — кислородсодержащие растворите­ли. Чаще всего используют эфиры низших спиртов и уксусной ки­слоты (ацетаты): этилацетат (T^j, = 75 °С) и бутилацетат (Т^п = 125 °С) — прозрачные жидкости с фруктовым запахом. Они хорошо растворяют большинство синтетических эмалей.

Правильный выбор вида и количества растворителя — серьезная задача, во многом определяющая качество лакокрасочного покры­тия. Как правило, для конкретных лакокрасочных материалов при­меняют не один растворитель, а специально подобранную смесь раство­рителей.

Пожароопасность и токсичность органических растворителей, присутствие которых в лакокрасочном материале необходимо только на стадии нанесения, делает использование материалов с такими рас­творителями крайне нерациональным. Лучший растворитель с точки зрения минимальной токсичности и пожаробезопасности — вода. Но и у нее есть недостатки: с ней нельзя работать при температуре ниже О °С и она не способна растворять большинство масляных красок и эмалей. Последний недостаток преодолим путем замены растворов полимеров на их водные дисперсии, в которых вода является не раство­рителем, а разбавителем.

Современные тенденции развития лакокрасочной промышлен­ности связаны именно с разработкой материалов, не содержащих ор­ганических растворителей, например, водоразбавляемых или порош­ковых.