К статье КРАСКИ И ПОКРЫТИЯ
Покрытие состоит из связующего (пленкообразователя), сшивающего агента, пигмента, растворителя и добавок. После нанесения покрытия на поверхность растворитель испаряется, а пигмент остается в прочной пленке, удерживаемой связующим (например, смолой).
Связующее. Полимерное связующее (слово "полимер" образовано от греч. poly - много и mros - часть) состоит из гигантских молекул, образованных многими мономерными звеньями. При использовании в покрытии полимер образует прочную пленку, которая остается на поверхности, когда растворитель испаряется. (Слово "связующее" используется и потому, что полимер связывает в одно целое компоненты покрытия.) Химическая природа полимера определяет свойства покрытия, в том числе атмосферостойкость и силу сцепления с поверхностью. Разработка основных свойств покрытия - задача для химика-полимерщика, который синтезирует полимер, используя такие мономеры, которые позволяют получить, скажем, твердое и хрупкое или мягкое и эластичное покрытие. Полимеры бывают натуральными или синтетическими. До Второй мировой войны большинство покрытий получали с использованием натуральных полимеров, извлекаемых из растительных масел, например льняного или соевого. Успех в разработке синтетических полимеров, достигнутый благодаря работам Г.Штаудингера в Германии (1920), а также У.Карозерса (1929) и П.Флори (1939) в США, позволил превзойти характеристики и свойства натуральных полимеров. В настоящее время большинство покрытий изготавливают на основе разнообразных синтетических полимеров, получаемых из мономеров, которые являются нефтепродуктами.
Латексные полимеры. Эти полимеры используются в качестве связующих в латексных красках для помещений и составляют наибольший объем среди полимеров, применяемых в покрытиях. Латексный полимер эмульгируют в воде, а не растворяют в растворителе. Латексные частицы слипаются с образованием пленки покрытия по мере того, как вода испаряется. Для получения латексных полимеров используют такие мономеры, как метилметакрилат, бутилакрилат, стирол, винилацетат, винилхлорид, акриловая и метакриловая кислоты. Типичный состав латексных белил для жилых помещений приведен в табл. 1.
Акриловые полимеры. На основе этих полимеров изготавливают прочные, гладкие, атмосферостойкие покрытия. Акриловые полимеры получают из тех же мономеров, что и перечисленные выше для латексных полимеров. Акриловые полимеры используются либо сами по себе, либо в смеси с изоцианатами для образования полиуретанов. Покрытия из полиуретанов широко применяются на легковых и грузовых автомобилях, судах, самолетах и вообще в тех приложениях, где нужна долговечность на открытом воздухе.
Алкидные полимеры. Алкидные полимеры получают из смеси растительных масел, например соевого и подсолнечного, и синтетических мономеров, скажем, адипиновой кислоты, фталевого ангидрида, этиленгликоля и пентаэритрита. Алкидные полимеры дают гладкие покрытия, которые имеют хорошую влагостойкость и часто используются в душевых или для изготовления навесов. Поскольку они относятся к наиболее дешевым полимерам, их применяют в разнообразных красках.
Эпоксидные смолы. Эти связующие образуют пленки, которые влаго- и коррозионностойки и хорошо прилипают к металлам. Их часто используют в сочетании с аминосмолами, чтобы получить прочные твердые покрытия для промышленных установок, самолетов, мостов и подводных лодок.
Сложные полиэфиры. Сложные полиэфиры, применяемые в покрытиях и синтетических тканях, весьма похожи друг на друга. Они также похожи на алкидные полимеры: действительно, алкидный полимер можно рассматривать как модифицированный маслом сложный полиэфир. Эти полимеры дают прочные гибкие покрытия для конторской мебели и оборудования.
Фторированные и кремнийорганические полимеры. Производство этих связующих обходится дорого, и они применяются, в частности, для нанесения красивого и атмосферостойкого покрытия на некоторые дорогие автомобили, а также в тех приложениях, где цена не имеет существенного значения.
Сшивающие агенты. Сшивающие агенты - это вещества, вызывающие образование в полимере поперечных связей. В результате получается более прочное и жесткое покрытие. Среди обычно применяемых сшивающих агентов - изоцианаты (образующие полиуретаны), меламины, эпоксиды и ангидриды. Род сшивающего агента может сильно повлиять на совокупность свойств покрытия.
Пигменты. Пигменты представляют собой окрашенные твердые частицы, которые придают покрытию окраску и укрывистость путем поглощения или рассеяния света. Красители также придают окраску, однако, в отличие от пигментов, они растворяются в жидком покровном материале. Пигменты используются гораздо чаще, чем красители, ввиду их большей укрывистости, зависящей от разности показателей преломления пигмента и связующего. (Показатель преломления есть мера способности вещества отклонять падающие на него световые лучи.) Чем больше упомянутая разность показателей преломления, тем выше укрывистость покрытия. Показатели преломления некоторых типичных пигментов и типичного связующего указаны в табл. 2. В цветной краске красящие пигменты составляют только малую долю всего пигмента; его большую часть образуют белый и инертный пигменты. В качестве белого пигмента наиболее часто применяется двуокись титана - неорганическое твердое вещество, которое придает покрытию хорошую укрывистость; например, с ее помощью можно придать темной основе другой, более светлый оттенок, используя минимальное число слоев покровного материала. Свинцовые пигменты раньше применялись для получения эффекта укрывистости, но были исключены из состава покровных материалов для жилых помещений ввиду своей токсичности. Инертные пигменты, используемые для повышения укрывистости и более дешевые, чем двуокись титана, включают каолин (глину), карбонат кальция (известняк), кремнезем (песок) и окись цинка.
Хотя у составителя рецептуры покрытия в распоряжении имеются сотни пигментов, только 25-30 из них составляют более 80% всего используемого объема. Когда составитель определился с цветом конкретного покрытия, следующими наиболее важными критериями являются укрывистость и светостойкость. Пигмент, используемый в краске для жилого помещения и покрытии для велосипеда или автомобиля, должен сохранять свой цвет в течение длительного времени.
Специальные пигменты часто применяются для создания зрительного эффекта. Специалисты по отделке часто используют смесь металлического и перламутрового пигментов, которая, взаимодействуя со светом сложным образом, дает неповторимый зрительный эффект от автомобильной краски.
Пигменты на основе хромата, оксида и фосфата цинка применяются в покрытиях металлов, поскольку придают им коррозионную стойкость.
Растворители. Растворитель представляет собой среду, обеспечивающую перенос компонентов покрытия на покрываемую поверхность. Эти компоненты - полимер, сшивающий агент, пигмент и добавки - либо растворяются в растворителе, либо диспергируются в нем с образованием суспензии. Два наиболее важных свойства растворителя - это способность растворять компоненты и скорость испарения. При растворении полимера растворитель должен уменьшать размер твердых полимерных частиц или вязкость текучего полимера, чтобы облегчить нанесение покровного материала на поверхность. Скорость испарения растворителя определяет скорость сушки покрытия. От скорости испарения растворителя может также зависеть фактура поверхности покрытия: например, слишком высокая скорость может привести к грубой фактуре.
Вода - основной "растворитель" и разжижитель латексных красок. Полимерное связующее не растворяется в воде, а диспергируется в ней в виде мельчайших эмульсионных частиц посредством действия эмульгатора (мыла). В краску добавляется также небольшое количество органического растворителя, чтобы создать среду, с помощью которой эмульсионные частицы соединяются в одно целое в процессе сушки, образуя липкую пленку. Большим достоинством латексных красок является то обстоятельство, что кисти, валики и другие приспособления (а также лужи и брызги краски) могут очищаться водой.
Добавки. Одной из наиболее распространенных является "ультрафиолетовая" добавка, повышающая стойкость покрытия к действию солнечного излучения. Катализаторы вводятся для ускорения реакции сшивающего агента в покрытии, чтобы быстрее получалась сухая и стабильная покровная пленка. Добавление пластификаторов делает покрытие более гибким, что особенно важно, когда покрытие наносится на нежесткие пластмассовые конструкции. Добавление фунгицидов препятствует образованию грибка и плесени на окрашенных поверхностях жилых помещений. При наличии добавки, повышающей текучесть, покровный материал легко наносится на поверхность и размазывается в гладкую пленку.