Лаки на основе термореактивных полимеров

Алкидные лаки – растворы алкидно-масляных смол или их смесей с другими смолами в уайт-спирите, сольвентнафте и других растворителях.

В зависимости от вида пленкообразующего вещества пленки бывают:

• глифталевыми (ГФ);
• пентафталевыми (ПФ);
• алкидно-мочевиноформальдегидными (МЧ);
• алкидно-меламиноформальдегидными (МЛ) и др.

Их получают из соответствующих смол (с сиккативами) путем растворения их в уайт-спирите, сольвентнафте и др. Они несколько сходны с масляно-смоляными лаками, но существенное различие заключается в том, что масляно-смоляные лаки состоят преимущественно из смеси масла со смолой, тогда как в глифталевых и пентафталевых лаках молекулы растительного масла химически связаны с фталевым ангидридом и пентаэритритом.

В зависимости от количества жирных кислот растительных масел, применяемых для модификации смол, и степени их ненасыщенности различают:

• жирные;
• средней жирности;
• тощие алкидные смолы.

Более жирные алкидные смолы используют для наружных, а тощие – преимущественно для внутренних лаковых покрытий. Пленки лаков на основе жирных алкидных смол атмосферостойки, эластичны и достаточно тверды, поэтому глифталевые и пентафталевые лаки успешно заменяют лаки на основе натуральных масел: они идут на приготовление эмалевых красок.

Но пленки алкидных лаков и эмалей недостаточно устойчивы к воздействию нефтепродуктов. Для повышения устойчивости их к действию бензина и минеральных масел (например, для автомобильных эмалей) алкидные смолы сочетают с алкилфенольными, а также мочевино- и меламиноформальдегидными смолами.

Покрытия на основе алкидных лаков отличаются высокой атмосферо- и водостойкостью, достаточной твердостью и эластичностью.

Они применяются для внутренних и наружных работ по металлу и дереву. В продажу поступают лаки ГФ-166 для наружных работ, ПФ-231, МЛ-248 для паркетных полов, ПФ-283 для внутренних работ по масляной краске, МЧ-52 для отделки мебели и др. Среди лаков на основе синтетических полимеров наиболее распространены алкидные и полиэфирные.

Мочевино и меламиноалкидные лаки (МЧ и МЛ) дают более быстросохнущие пленки, стойкие к действию бензина и минеральных масел. Эмали на таких лаках (с горячей сушкой в течение 1 ч) успешно используют для покрытия автомобилей, велосипедов и др.

Мочевино-алкидный лак МЧ-52, например, используют для покрытия футляров, лыж и др. Пленки его высыхают в течение 2 ч при температуре 18-22°С. При холодной сушке пленки таких лаков и эмалей долгое время выделяют свободный формальдегид, содержащийся в мочевиноформальдегидной смоле, что является существенным недостатком.

Полиэфирные лаки приготовляют на основе ненасыщенных полиэфирных смол (полиэфирмалеинатных, полиэфиракрилатных, полиэфирумаратных), получаемых при взаимодействии ненасыщенных двухосновных кислот (малеиновой, метакриловой, фумаровой) с двухатомным спиртом гликолем.

Наиболее известны полималеинатные ненасыщенные лаки (многокомпонентные), используемые для высококачественной отделки мебели, радиоприемников, телевизоров и др. Они состоят из трех компонентов: полуфабрикатного лака – раствора ненасыщенной смолы в жидком реакционноспособном мономере (стироле или метилметакрилате) или олигомере, инициатора (гидроперекись кумола) и ускорителя (нафтенат кобальта).

Последние добавляются в лак перед его употреблением. Такие полиэфирные лаки не содержат летучих растворителей или содержат их (ацетон, бутилацетат) в очень небольшом количестве, а поэтому могут образовывать уже при однократном нанесении относительно толстые пленки (200-300 мкм).

В результате реакции сополимеризации жидкая пленка целиком (без испарения каких-либо веществ) отверждается, превращаясь в трехмерный полимер, не размягчающийся при нагревании, причем практически без усадки, так как побочных продуктов реакция не дает.

Для предотвращения окисляющего действия кислорода воздуха на пленку, задерживающего процесс сополимеризации со стиролом, в полуфабрикатный лак вводят немного парафина или синтетических жирных кислот, образующих на поверхности пленки тончайший защитный слой.

Лаковые пленки ненасыщенных полиэфиров отличаются высокой твердостью и при нагревании не размягчаются. Они отличаются также от размягчающейся пленки нитролаков более высоким (зеркальным) блеском, морозостойкостью, водостойкостью и химической стойкостью, в частности стойкостью к действию бензина, спирта и пищевых жиров. Эти достоинства благоприятствуют применению полиэфирных лаков для покрытия кухонных столов, лицевой поверхности шкафов и др.

Лаки на основе полиакрилатов образуют прозрачные атмосферостойкие эластичные покрытия с хорошей адгезией; их применяют для электроизоляции, для отделки кожи, в живописи и др.

Покрытия, однако, недостаточно теплостойки. В качестве растворителей применяют ароматические углеводороды, ацетон, дихлорэтан. Для разбавления используют лаковый бензин. В сочетании с нитроцеллюлозой акриловые смолы применяют при изготовлении эмалевых красок для легковых автомобилей.

Полиуретановые лаки – двухкомпонентная система, состоящая из полуфабрикатного лака – отвердителя. При взаимодействии изоцианатов, содержащих две и более реакционноспособные группы с соединениями, имеющими несколько гидроксильных групп, получают вначале моноуретаны, которые затем превращаются в полиуретаны – высокомолекулярные смолы. При смешении компонентов начинается реакция полимеризации, поэтому их смешивают перед употреблением.

Применяют лаки для высококачественной прозрачной матовой отделки мебели, паркета, кожи, резины и др. Они образуют очень твердую эластичную пленку, которая сопротивляется износу и истиранию в несколько раз лучше, чем пленка нитролака. Лаки обладают диэлектрическими свойствами. В зависимости от состава они дают твердые и эластичные покрытия с хорошей адгезией и высокой стойкостью к действию тепла, влаги, атмосферных факторов и химических реагентов.

Они образуют покрытия с высокими декоративными свойствами, обладающие хорошей адгезией к древесине, высокой прочностью, твердостью, стойкостью к действию воды, атмосферы, перепаду температур.

Эпоксидные лаки применяют обычно в виде двухкомпонентных составов (раствора эпоксидной смолы и отвердителя). С помощью отвердителей (полиаминов и др.) пленки лаков приобретают трехмерную структуру. Часто отвердителями служат полиамидные и другие смолы, взаимодействующие с эпоксидными соединениями (эпоксидно-полиамидные лаки).

Пленки эпоксидных лаков отличаются большей твердостью, хемо- и влагостойкостью. Поэтому эпоксидные лаки применяют для покрытия химической аппаратуры и изделий, работающих в условиях повышенной влажности и температуры.

Политуры – это 10-14%-ные растворы твердых смол в этиловом спирте-сырце. Применяются они для полировки древесины после шлифовки и грунтовки ее поверхности. Среди полимерных пленкообразующих ведущее место принадлежит конденсационным полимерам – алкидным, мочевино-меламино-формальдегидным, эпоксидным, фенолоформальдегидным.

Лаки битумные – растворы смол (20%) и природного и искусственного битума (45%) в летучем растворителе (35%).

Достоинства: пленки таких лаков черного цвета и обладают сильными блеском, влаго- и хемостойкостью, высокими антикоррозийными и электроизоляционными свойствами.

Недостатки – пониженная теплостойкость и слабая устойчивость к действию солнечных лучей. Эти недостатки в значительной степени устраняются при введении в лаки масла. Применяют лаки для защиты изделий из черных металлов от коррозии, например, скобяных изделий.

Нитроцеллюлозные лаки (нитролаки) – это раствор нитрата целлюлозы (лакового коллоксилина различных марок), смол и пластификаторов в смеси органических растворителей (ацетон, этилацетат, бутилацетат, амилацетат и др.) и разбавителей (спирты и ароматические углеводороды).

Применение: при отделке различных столярных изделий, для лакирования мебели (нитроглифталевые лаки), кожи, карандашей, клеёнки и др. изделий, в автомобилестроении и самолётостроении и др. отраслях промышленности. Нитролаки также предназначены для окраски стен специального назначения в поликлиниках и других лечебных учреждениях.

Достоинства: они просты в применении, быстро высыхают (улетучивание растворителей происходит при температуре 18-20°С и значительно ускоряется при камерной сушке при температуре 35- 50°С за 15-60 мин.), дают прочные, эластичные, водостойкие, атмосферостойкие, бензостойкие плёнки; придают твердость и механическую прочность пленкам; обеспечивают легкость в исправлении дефектов изделий (способны шлифоваться и полироваться); пленки прозрачны, бесцветны и могут окрашиваться в любой цвет.

При добавлении в лак органических красителей получают окрашенные прозрачные лаки (цапонлаки) различного цвета. Цапонлаки (состоят из нитроцеллюлозы и пластификатора) применяют для покрытия изделий из цветных металлов (бронзы, латуни, серебра), стекла, бумаги и т.д.

Недостатки покрытий – низкая свето-, теплостойкость (не более 60⁰С), адгезионная способность, сильная горючесть, сильное растрескивание на сгибах (устраняется добавками различных смол и пластификаторов).

Нитролаки делятся на:

• прозрачные – холодного и горячего нанесения;
• матирующие;
• кислотного отверждения – прозрачные и матирующие.

Прозрачные нитролаки образуют на поверхности древесины блестящие покрытия, которые сохраняют естественный цвет и текстуру древесины. Путем нанесения нитролаков можно получить покрытия высокого качества.

Нитролаки холодного нанесения имеют более низкий процент пленкообразователей (17-25%) при рабочей вязкости, а нитролаки горячего нанесения содержат 33-35% пленкообразователей. Поэтому для получения лаковой пленки одной и той же толщины приходится наносить большее количество слоев нитролака холодного нанесения, чем горячего.

Матирующие лаки являются разновидностью нитролаков. Они образуют на поверхности матовые шелковистые покрытия, частично скрывающие (вуалирующие) текстуру и цвет древесины за счет содержания в лаке мелкозернистых наполнителей и восковых веществ.

В состав нитролаков кислотного отверждения дополнительно вводят карбамидные смолы, которые повышают морозо-, водо- и химическую стойкость нитролаковых покрытий. Введение карбамидных смол позволяет повысить прочность покрытий при резких колебаниях температур.

Нитролаки имеют неограниченную жизнеспособность, достаточно технологичны. К недостаткам можно отнести невысокую атмосферостойкость покрытий, огнеопасность и горючесть, низкую массовую долю нелетучих веществ, высокое содержание органических растворителей.

Лаки кислотного отверждения – лаки, которые образуют прозрачные, глянцевые или матовые покрытия, обладающие повышенной атмосферостойкостью, испаряемостью и меньшей по сравнению с нитролаками горючестью. Покрытия получаются необратимыми и не требуют облагораживания.

Промышленностью выпускается несколько видов мочевиноалкидных лаков: МЧ-52, МЧ-270, МЛ-2111 – для отделки мебели, лыж, музыкальных инструментов; МЛ-2111 ПМ – для отделки пленочных материалов; МЧ-25 – для отделки паркета; МЧ-22, МЛ-21, МЛ-133, МЛ-158, МЛ-248 – для отделки строительных деталей.

Полиэфирные лаки – лаки, основой которых являются ненасыщенные полиэфирные смолы, получаемые конденсацией непредельных кислот (малеиновой, метакриловой, фумаровой) с гликолями или смесью ненасыщенных и насыщенных кислот. Пленки этих лаков отличаются высокой теплостойкостью и твердостью, зеркальным блеском, хорошей водостойкостью, стойкостью к действию спирта и пищевых жиров. Применяют их для отделки мебели.

Полиэфирные лаки разделяют на:

1. Парафиносодержащие.
2. Беспарафиновые.

Полиэфирные парафиносодержащие лаки – растворы ненасыщенных полиэфирных смол в стироле с отвердителем, ускорителем и всплывающей добавкой – парафином. Отделочная пленка образуется в результате реакции сополимеризации между полиэфирной смолой и растворителем – стиролом. Последний сначала растворяет полиэфирную смолу, а затем входит в состав твердой лаковой пленки.

Процесс отверждения происходит в присутствии катализатора (инициатора полимеризации). Катализаторами служат органические перекиси. Для ускорения реакции сополимеризации в состав лака вводят ускоритель – нафтенат или линолеат кобальта. Добавка парафина создает на поверхности покрытия тонкий защитный слой, который препятствует быстрому испарению стирола из лаковой пленки и предотвращает попадание кислорода воздуха вглубь пленки.

Преимущество парафиносодержащих лаков перед лаками, не содержащими парафин: они содержат до 95% пленкообразующих веществ и высыхают при температуре 18-23°С.

Недостатки: их можно наносить только на горизонтальные поверхности, так как при нанесении на вертикальные поверхности относительно толстый слой лака стекает вниз и участки в верхней части со стекшим слоем парафина не высыхают. Парафин при температуре 18-23°С всплывает на поверхность лакового слоя и образует тонкую пленку, изолирующую его от воздействия кислорода и препятствующую испарению стирола.

Беспарафиновые лаки – растворы двух ненасыщенных полиэфирных смол с добавлением коллоксилина и алкидной смолы в органических растворителях и отвердителя. Коллоксилин в этом случае выполняет функцию тиксотропной добавки, а алкидная смола повышает адгезию лака к древесине.

Беспарафиновые лаки отверждаются в результате реакции сополимеризации ненасыщенных полиэфирных смол и частично в результате улетучивания растворителей, введенных в состав лака для растворения коллоксилина и алкидной смолы. Отсутствие парафина упрощает технологию нанесения лаков, т.к. исключает необходимость шлифования и полирования покрытий, а также не требует соблюдения строгого температурного режима при нанесении и высыхании лака.

Однако по физико-механическим и декоративным качествам беспарафиновые лаки уступают парафиносодержащим.

Водоразбавляемые лаки – лакокрасочные материалы, содержащие в летучей части воду.

Процесс пленкообразования у них протекает за счет различных физико-химических превращений.

Водоразбавляемые лакокрасочные материалы делятся на:

• водорастворимые;
• вододисперсионные (диспергированные в воде).

Водорастворимые лаки – лакокрасочные материалы на основе однофазных гидрофильных пленкообразующих систем, а вододисперсионные – на основе двухфазных гидрофобных пленкообразующих систем.

По назначению все лаки делят на:

• мебельные;
• для кожи;
• для металла;
• художественные;
• изоляционные и др.,
• по цвету – на:
• бесцветные;
• цветные.

Названия лаков приняты по названиям растворителей (например, спиртовые, водорастворимые), или пленкообразующих веществ (например, масляные, смоляные, нитроцеллюлозные, битумные, полиэфирные, мочевинные, полиуретановые, эпоксидные и др.).

В зависимости от характера отверждения различают лаки, образующие пленки за счет:

1. Испарения растворителей (спиртовые, нитроцеллюлозные).
2. Химических реакций полимеризации и поликонденсации (полиэфирные, мочевино-формальдегидные).
3. Совместного процесса испарения растворителей и химических реакций.

Достоинства лаков: высокое содержание пленкообразующих; небольшое количество растворителя; малые выделения в атмосферу органических растворителей; низкая стоимость лакирования; высокие свето- и химическая стойкость; невоспламеняемость.

К недостаткам относятся: большие энергозатраты при сушке покрытий, сложность хранения и транспортировки в зимних условиях из-за высокой температуры замерзания; необходимость водо- и почвоохранных сооружений для удаления остатков лаков из промывочных растворов; большое поглощение их древесиной, что при сушке может привести к необратимой деформации поверхности.

Таким образом, лаки и краски представляют собой сложные системы, в состав которых входят плёнкообразующие вещества, пластификаторы, растворители, сиккативы.

В составе красок, кроме того, имеются пигменты и наполнители. В качестве вспомогательных материалов имеются грунтовки и шпатлёвки, применяющиеся для подготовки поверхности, различные растворители, разбавители, пластификаторы и сиккативы – вещества, модифицирующие то или иное свойство малярных композиций.