ЛКМ - что это такое??? История и не только.

[technolog]

Право, порой читая комментарии по темам связанным с красками создаётся впечатление, что краска или некий другой современный лакокрасочный материал, есть нечто сверхестественное.... лежащее за гранью человеческого познания и осмысления......
А как же, то что, человечество пользуется красками, со времён первобытного человека......
И утверждать что современные ЛКМ, есть НЕЧТО .... будет неправильно.
Да.... изменились технологии, да....изменились компоненты, и ещё много всевозможных да....да...да.
остаётся только одно НО: всё это только естественный эволюционный процесс развития, основных принципов известных с доисторических времён.
Об этом и пойдёт речь.....

[technolog]

30 000лет до н.э.
Область применения красок:
- украшение культовых мест,
- жилищ,
- своих тел.

Исходное сырьё:
- глина,
- сажа,
- жир,
.....и другие природные в-ва

Примеры: пещерная роспись (Урал, южная Франция, северная Испания и т.д)

[technolog]

~ 4 000лет до н.э.
Развитые цивилизации Египта, Греции, Рима используют более сложные способы окрашивания сосудов, статуй, орудий труда, зданий.
Сырьё:
- растительные смолы,
- мездровый клей,
- крахмал,
- молоко,
- пчелиный воск
- древесный уголь,
и различные минералы....

Для окрашивания текстиля, волокон, древесины, бумаги, кожи применяют:
- индиго,
- пурпурную и красильную марену....

ЭТО ЕВРОПА и ЕГИПЕТ.....
используются в качестве плёнкообразующего в основном: жир и масло,..........
Это основа...., то что в будущем получит современное название, как класс - материалы физического высыхания,.... масляные, битумные и т.д

[technolog]

АЗИЯ.....КИТАЙ

~ 13 000лет до н.э.
В Китае разрабатывают и осваивают процесс лакирования (получение ровной-блестящей поверхности).
Источник лаконосной смолы - лаковое дерево (Rhus vernicifera), растущее только в Китае.
При надрезе коры выделяется серый густой ядовитый сок, который содержит урисиол (C14H18O2), на воздухе мгновенно полимеризирующийся под воздействием кислорода. С одного дерева можно получить всего около 50 грамм лака.

Лак древнего Китая, свойства:
- устойчив к воздействиям воздуха и воды,
- выдерживает высокую температуру (до 400-500° C).
- обладает способностью консервировать дерево и почти не вступает в реакцию с кислотами.
- Также можно говорить о его бактериоустойчивости.
Все эти свойства делают лак практически “вечным” материалом, что и обеспечивало его широкое применение.

Примечание: Механизм работы нашей ПФ-115...... был известен китайцам ~ 13 000лет до н.э.
Это основа.... то что имеет современное название, как класс: материалы отверждаемые активным кислородом воздуха...... алкиды и т.п.

[technolog]

АЗИЯ.... ИНДИЯ

~ 2 000лет до н.э.
Шеллак.
Лак – «лакша – сто тысяч» (laksha) на священном индийском языке санскрит – называют шеллак.
Шеллак – смола вырабатываемая особыми насекомыми («лаковые насекомые» - lac insects) из сока индийского фигового дерева.
Другое сырьё:
- бальзамы,
- киноварь,
- ультрамарин
С развитием торговли поступают преимущественно из Индии

[technolog]

~ IVв. до н.э.
Развитие мореплавания – появление новой области применения лакокрасочных материалов.
Водонепроницаемость деревянным кораблям придают с помощью обработки смесями невысыхающих (неотверждаемых) масел с древесными смолами или природным асфальтом.
Примерно в это же время - начинает применяться медь для борьбы с морскими микроорганизмами, как средство противообрастания днищ кораблей.....

[technolog]

~ II00г. н.э.
Немецкий золотых дел мастер Рогер фон Хельмарсхаузен и монах Теофилус практически одновременно, описали процесс приготовления лака путем нагревания льняного масла с расплавленным янтарём.
Этот процесс , известный как процесс варки и получил дальнейшее развитие.
~XVIIв.
Разработано много составов для приготовления ЛКМ и Пк из различных природных материалов.
~XVIIIв.
Резкое увеличение спроса на лакокрасочные материалы было обусловлено:
- Возросшим количеством товаров, изделий и сооружений из железа,
- Современное мореплавание того времени требовало большое количество судовых красок.
1790г. – появление первых заводов по производству ЛКМ. (Англия)
затем Голландия, позже Германия, другие страны
На начало-середину XIX в. в производстве используются только природные и натуральные компоненты.....
В 1856 году независимо друг от друга польский химик Я. Натансон и английский У. Перкин получили образцы первых искусственных красителей,
1857 году налажен промышленный выпуск красителей. Синтетические пигменты выпускаемые в промышленном масштабе:
- железная лазурь (милори),
- синий кобальт,
- зелёный минеральный пигмент,
- жёлтый крон.

[technolog]

XIX в. Начинают различать два типа красок :
- с большим содержанием летучих компонентов (volatile paints),
- с большим содержанием масла (long-oil paints). Производятся в «варочных котлах» путём нагревания смол с высыхающими маслами, с добавлением при необходимости пигментов.
Основной недостаток ЛКМ того времени: – длительное время высыхания (несколько недель).
Начало XX в.
Из года в год увеличивается спрос на продукцию легкой и тяжелой промышленности, экономический подъем в химической, нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей отраслях. Зарождается автомобильная промышленность.(В 1900 году на территории США собрано около четырех тысяч автомобилей, 1910 году сто восемьдесят семь тысяч).

[technolog]

Начало XX в.
Особенно важными были следующие технологические достижения:
- Развитие полимерной химии,
- Изобретение Генри Фордом (1913г) ленточного конвейера. (Всего с 1908 по 1927 год, год когда был завершен выпуск модели «Форт-Т», было произведено 15 703 000 штук.)
ПЕРВЫЙ КОНВЕЙЕР — ПЕРВЫЕ ПРОБЛЕМЫ
1913-1914 год, сборка автомобиля «Форд-Т» занимала 93 минуты, тогда как для окраски по-прежнему требовалось от 10 до 14 дней.
Выход с помощью «Черного лака» (Japan Black).... — масляной асфальтобитумной смеси, разведенной в керосине или скипидаре. Лак наносили непосредственно на голый металл, а затем в течение часа спекали в камере при температуре +200 °С.
В результате образовывалась, блестящая черная пленка, отличающаяся высокой химической и влагостойкостью.
С началом использования «Черного лака» процесс окраски автомобиля сократился до 48 и даже менее часов.

Аналог современного кузбаслака.....

В конце 1923 года. изготовлено первое  цветное автомобильное лакокрасочное покрытие, сотрудниками компании «Дю Понт» на принципиально новой основе, на основе пироксилина, одного из видов нитрата целлюлозы, ныне хорошо нам известного как нитроэмаль (НЦ).

[technolog]

Начало XX в.
Изобретение конвейера - послужило толчком для разработки технологий промышленного нанесения ЛКМ методом распыления.
Первыми были распылены нитроцеллюлозные материалы.

Вплоть до 30-х годов ХХ века природные смолы, растительные масла, а также продукты их совмещения оставались основными (пленкообразующими) компонентами для приготовления лаков.

1907г. – первый полностью синтетический полимер – фенолформальдегидный конденсат («Бакелит»),
до 1930г. – виниловые и мочевиноформальдегидные полимеры,
С 1930г. – алкидные, акриловые, полиуретановые, меламиноформальдегидные смолы.
1940г. – эпоксидные смолы.

Параллельно происходит развитие технологий по нанесению и отверждению покрытий.
Технологии нанесения : электоосаждения, электростатического распыления, порошковая окраска.
Сушка покрытий: технологии инфракрасного и радиационного отверждения.
Развивается автоматизация процессов окрашивания.

[technolog]

ЧАСТЬ II
СОВРЕМЕННЫЕ ЛКМ - СОСТАВ
Практически любой современный ЛКМ состоит.......

[technolog]

КОМПОНЕНТ 1.

Пленкообразующее:
- формирует однородную пленку в момент нанесения и отверждения покрытия
- придаёт покрытию основные эксплуатационные свойства.
...........................................................................................................
Механизмы плёнкообразования
можно разделить на три группы в зависимости от механизма отверждения:

- Физическое высыхание
- Окисление активным кислородом
- Химическое отверждение

[technolog]

Физическое высыхание.
Плёнка образуется за счет физического процесса испарения растворителей или воды.

.......................................................................................................
Физически высыхающие материалы. (разбавляемые растворителем)
- Пленка формируется/отверждается при испарении органических растворителей.
- Процесс носит обратимый характер, /т. е. сухая пленка остается растворимой в ее растворителе/.
- Скорость высыхания зависит от движения воздуха и от температуры.
- Высыхание может происходить и при температуре 0 °C, хотя при низких температурах – намного медленнее.
Плюс:
- Быстрое высыхание,
- Возможность нанесения при низких температурах
- Просты в обращении.
Минус:
- Имеют низкую стойкость к механическому, химическому воздействию,
- Процесс отверждения имеет обратимый характер,
- Низкий сухой остаток.
.......................................................................................................
Типичными связующими являются:
- Хлоркаучуки;
- Винил хлоридные сополимеры (также известный как PVC);
- Акриловые смолы;
- Битум.

[technolog]

Физически высыхающие материалы. (содержащие воду)
- Плёнкообразующее растворено в воде. Пленка отверждается при испарении воды и соединения, растворенного в воде вещества. Процесс носит не обратимый характер, / т. е. этот тип покрытия не растворяется в воде после высыхания/.
- Скорость высыхания зависит от движения воздуха, относительной влажности и температуры.
- Высыхание происходит начиная от температуры от +3 °C.
.........................................................................................................
Физически высыхающие материалы. (содержащие воду)
- Акрилы (диспергированные);
- Винилы;
- Полиуретаны (диспергированные).

[technolog]

Окисление активным кислородом.
Плёнка образуется за счет окислительной реакции плёнкообразующего с кислородом воздуха.

...........................................................................................................
Материалы отверждаемые активным кислородом воздуха:
- Пленка формируется/отверждается при испарении органических растворителей или воды, с последующей реакцией связующего с кислородом в воздуха.
- Время высыхания также зависит и от температуры. Реакция с кислородом может произойти и до 0 °C, хотя при низких температурах это - намного медленнее.
Плюс:
- Однокомпонентность,
- Относительно низкая стоимость,
- Низкие требования по подготовке поверхности St2-St3,
- Хорошая адгезия к металлу, дереву, бетону,
- Высокая технологичность,
- Простота ремонта,
- Хорошая межслойная адгезия.
Минус:
- Довольно длительный срок высыхания,
- Высокий % содержания растворителя,
- Нанесение при температуре не ниже +5° С,
- Нельзя использовать для защиты гальванизированной стали,
- Имеют низкую водостойкость и химстойкость,
- Низкий сухой остаток.
.....................................................................................................
Типичными плёнкообразующими являются:
- Алкидные;
- Уретано-алкидные;
- Эфирно-эпоксидные.

[technolog]

Химическое отверждение.
Плёнка образуется за счет химической реакции отверждения с использованием сшивающих агентов.

........................................................................................................
Материалы отверждаемые химической реакцией:
Формируют защитный слой благодаря химической реакции в процессе испарения растворителя или воды из материала.
Плюс:
- Хорошая адгезия,
- Высокая механическая прочность,
- Имеют высокую стойкость к механическому, химическому воздействию,
- Высокий сухой остаток,
- Высокая стойкость к нефти и нефтепродуктам.
Минус:
- Многокомпонентность,
- Высокие требования к подготовке поверхности,
- Жесткие требования к климатическим условиям
- Требования по индукционности,
- Довольно высокая стоимость материалов.
.......................................................................................................
В общем, этот тип красок состоит из базового компонента и отвердителя.
Пленка краски отверждается при испарении растворителей и последующей химической реакцией между основой и отвердителем.
Химически отверждаемые материалы.
(Эпоксидные двухкомпонентные краски)

Базовый компонент
Связующими в базовом компоненте являются полимеры эпоксидных групп, которые взаимодействуют с соответствующими отвердителями.
Материалы могут быть:
- содержащие растворитель,
- водорастворимыми
- без растворителя.
Типичными связующими являются смолы:
- Эпоксидные;
- Эпокси-виниловые или эпокси-акриловые;
- Эпоксидные комбинации (т. е. эпоксидно гидрокарбонатные смолы или эпоксидно угольные смолы).

Отвердители:
Обычно используются полиаминоамины (полиамины), полиаминоамиды (полиамиды) или их производные.
- Полиамиды больше подходят для грунтовочной окраски, благодаря их увлажняющим качествам.
- Полиамины придают покрытию более высокую стойкость к воздействию химических веществ.
......................................................................................................
Химически отверждаемые материалы.
(Эпоксидные двухкомпонентные краски)
Отверждение не зависит от воздействия воздуха. Время высыхания будет зависеть среди других факторов и движения воздуха и от температуры. Минимальная температура для отверждения, это +5 °C.

[technolog]

Полиуретановые двухкомпонентные материалы.

Базовый компонент.
Связующим веществом являются полимеры гидроксильных групп, которые взаимодействуют с отвердителем.
Могут быть:
- с растворителем;
- без растворителя.
Типичными плёнкообразующими являются:
- полиэстерные;
- акрелатовые;
- полиэтерновые;
- фтористые смолы.
Отвердители.
Наиболее часто используются ароматические или алифатические полиизоцианатные соединения.
- Алифатические полиизоцианатные отвердители имеют обычный блеск и сохраняют цвет, при соединении с подходящим базовым компонентом.
- Ароматикополиизоциатные отвердители способствуют более быстрому высыханию, но они менее подходят для внешних покрытий, так как они белеют и теряют цвет быстрее.
.......................................................................................................
Полиуретановые двухкомпонентные материалы.
Процесс отвердения может происходить при температуре 0 °C и ниже, но относительная влажность должна соответствовать рекомендациям производителя краски.

[technolog]

Краски, отвердевающие при помощи влаги:
- Пленка высыхает при испарении растворителя. Она отвердевает химически, взаимодействуя с влагой в воздухе.
- Время высыхания среди других факторов будет зависеть от температуры, движения воздуха, влажности и толщины пленки.
- Отверждение может произойти при температуре 0°C или ниже, если в воздухе будет влага. Чем ниже относительная влажность, тем медленнее отвержение.
Типичные примеры это:
- полиуретан (1 компонентный);
- алкид силикат;
- этил силикат (2 компонентный);
- этил силикат (1 компонентный).

[technolog]

КОМПОНЕНТ 2

Пигменты:
Сухие красящие вещества минерального происхождения, не растворяющиеся в плёнкообразующем, (размер до десятых долей микрона)

...........................................................................................................
По функциональному назначению пигменты делятся на четыре категории:
- Инертные,
- Активные антикоррозионные,
- Барьерные,
- Красящие.
Инертные пигменты
Данные пигменты не взаимодействуют с подложкой (оксиды железа, цинка, титана и т.п. )
..... В основном добавляются в изолирующие грунты.

Активные антикоррозионные пигменты.
- Данные пигменты активно влияют (замедляют) на развитие коррозионных процессов.
- Металлический цинк, фосфат цинка и фосфат кальция и т.п.
- Принцип действия активных пигментов – химическое или электрохимическое взаимодействие со стальной поверхностью,
..... В основном добавляются в грунты.

Барьерные пигменты
- Благодаря форме частиц, напоминающих чешую, такие пигменты усиливают покрытие и делают его более устойчивым к проникновению осмотической воды.
- Пигменты на основе алюминия, железооксидной слюды (МIO - сокращение для Micaceous Iron Oxide (железооксидная слюда)), стекла.

Красящие пигменты.
- Могут состоять как из неорганических составляющих, например оксид железа и оксид титана, так и органических, например фталоцианин.
- Придают материалу необходимый цвет.
- Защищают от ультрафиолета.

[technolog]

КОМПОНЕНТ 3

Наполнители:
Инертные вещества дополнительно вводимые в ЛК материал, для снижения расхода более дорогостоящих пигментов.

..........................................................................................................
Используются для улучшения механических свойств Пк:
- адгезии,
- барьерного эффекта,
- прочности, и т.д.
Наиболее распространенные наполнители - сульфат бария, доломит и тальк.
Наполнители добавляются в большинстве случаев в ЛКМ со средним и высоким СО.

[technolog]

КОМПОНЕНТ 4

Растворители
Органические летучие жидкости способные растворить плёнкообразующую основу.

........................................................................................................
Наиболее распространенные органические растворители: Ксилол, Уайт спирит, Бутанол и т.п.
Могут в некоторых ЛКМ выполнять функции разбавителей.
Примечание: Недостаток растворителей - опасность для здоровья человека и окружающей среды.

[technolog]

КОМПОНЕНТ 5

Разбавители
Органические летучие вещества не способные растворить плёнкообразующее, но способные изменять физические характеристики ЛК материала.
или вода.

...........................................................................................................
Используются для разбавления ЛК материала для создания необходимой консистенции и вязкости, необходимой для нанесения.

[technolog]

КОМПОНЕНТ 6

ДОБАВКИ:
Антиоксиданты - предотвращают образование "пленки" на поверхности краски внутри заводской тары.
Загустители - придают краске необходимую для нанесения вязкость и предотвращают осаждения тяжелых пигментов на дно тары.
Увлажнители - улучшают связь пигментов и наполнителей с плёнкообразующим и способствуют увлажнению защищаемой поверхности.
Катализаторы /сикативы/- ускоряют процесс сушки покрытия.
И т.п.