6.4 Лакофарбові матеріали
6.4.1 Класифікація лакофарбових матеріалів
Лакофарбові покриття є одним із засобів захисту металів і сплавів від корозії і призначені для створення декоративних покриттів на деталях і агрегатах автомобілів. Лакофарбове покриття – це покриття, отримане нанесенням лакофарбового матеріалу на поверхню, що фарбується, з подальшим формуванням плівки. Лакофарбові матеріали – це композиції, здатні забезпечити формування покриттів, що володіють комплексом таких необхідних властивостей, як адгезія, водостійкість, механічна міцність, захист металу, декоративні ефекти. Плівкоутворювачі (або плівкотвірні речовини) лакофарбових матеріалів є полімерами або олігомерами, або їх композиціями, здатними формувати на поверхні плівки в результаті фізичних, хімічних або фізико-хімічних перетворень. Залежно від типу плівкотвірного висохла плівка може мати різні властивості.
Залежно від складу і призначення лакофарбові матеріали (ЛКМ) підрозділяють на лаки, емалі, ґрунтовки і шпаклівки. Лаками називають розчини плівкотвірних в розчинниках, що не містять пігментів і наповнювачів. Емалями, ґрунтовками і шпаклюваннями є висококонцентровані суспензії пігментів і наповнювачів. Пігментами є забарвлені речовини, нерозчинні в дисперсійних середовищах і здатні утворювати з плівкотвірними основами декоративні або декоративно-захисні покриття. Наповнювачі є природними або синтетичними матеріалами, нерозчинними в дисперсійних середовищах, з низькою покривною і фарбувальною здатністю.
Позначення ЛКМ складається з п’яти груп знаків:
1 група – назва матеріалу повним словом (емаль, грунт і т. п.);
2 група – умовне позначення типу плівкоутворювача. Змішані плівкоутворювачі позначаються|значать| по основному (що переважає) продукту;
3 група – показує основне призначення матеріалу (атмосферостійкий, консервація, водостійкий, маслобензостійкий);
4 група – означає порядковий (реєстраційний) номер, наданий даному матеріалу, з однієї, двох або трьох цифр;
5 група – показує колір матеріалу (блакитний, синій і т.п.).
Приклад позначення: Емаль НЦ(нітроцелюлозна)-11 Чорна.
Для водорозчинних, водоемульсивних, порошкових, пластизольних, органозольних ЛКМ, а також без активних розчинників перед другою групою знаків кода ставиться індекс, що визначає різновид матеріалу: Б – без активного розчинника; В – водорозчинні; ОД – органозольні; ПД – пластизольні; П – порошкові; Е – емульсивні.
Наприклад, Емаль Б-ЕП(епоксидна)-123 протикорозійна.
6.4.2 Властивості лаків і емалей
Емалі на відміну від лаків, що складаються з розчину плівкоутворювача в летючій рідині, включають пігменти, наповнювачі, пластифікатори і інші спеціальні компоненти, що забезпечують декоративні і механічні властивості покриттів, а також стійкість їх при експлуатації. На відміну від фарб емалі містять розчинники і меншу кількість пігментів і наповнювачів. У зв’язку з цим плівки емалей володіють кращими декоративними властивостями.
Для лакофарбних покриттів, призначених для захисту металів від корозії в атмосферних умовах, важливою характеристикою є проникність. Проникнення вологи через полімерні матеріали протікає по-різному; у одних існують постійні зазори і пори, через які в основному проникають молекули води, в інших же зазори виникають короткочасно в результаті теплового руху макромолекул. Типовим представником першого класу полімерів є фенол-формальдегідні смоли, похідні полістиролу, поліетилену. До другого класу відносяться полімери типу каучуків. Вологопроикність, а також водопоглинання (водонабухання) знаходяться в сильній залежності від структури органічних полімерів. Полімери з тривимірною структурою, наприклад, фенольні смоли, відрізняються сильно розгалуженою структурою, унаслідок чого молекулам водяної пари і води доводиться здійснювати більший шлях. У лінійних полімерах, що відрізняються волокнистою структурою, молекули слабо розгалужені (наприклад, в нітраті целюлози), тому шлях проникнення молекул набагато коротший, і цей процес проходить без утруднень.
У протикорозійному захисті металевих виробів з кожним роком набувають всього більшого значення інгібітори корозії, що вводяться в лакофарбові матеріали.
6.4.3 Алкідні лаки і емалі
До алкідних відносяться гліфталеві і пентафталеві смоли, які одержують взаємодією відповідно гліцерину (трьохатомний спирт) або пентаеритриту (чотирьохатомний спирт) з фталевим ангідридом.
Лаки алкіду готують розчиненням смол в розчинниках, а емалями є суспензії пігментів в лаках алкіду, модифікованих додаванням рослинних масел.
Застосування алкідних лаків і емалей наведено в таблиці 6.3.
Таблиця 6.3 – Застосування алкідних лаків і емалей
Вид алкідного лакофарбового покриття |
Застосування |
Лаки ПФ-170 і ПФ-171 |
Додавання до емалі ПФ-115 для додання останньому шару блиску |
Емаль ПФ-115 |
Фарбування кузовів, капотів, оперення автобусів. Придатна для північного виконання |
Емалі ГФ-1147 і ПФ-1147 водоемульсивні |
Для захисту кабін облицювальних деталей і платформ вантажних автомобілів |
Емаль ПФ-187 цирувальна |
Цировування металевих поверхонь автомобілів, мотоциклів і інших машин |
Емаль ГФ-2 30 |
Фарбування виробів з металу і деревини, експлуатованих усередині приміщення. |
Покриття на основі смол алкіду володіють високою атмосферостійкістю, еластичністю, хорошою адгезією до поверхні, що фарбується. До недоліків їх можна віднести тривалість сушки при нормальній температурі, невисоку водо- і хімічну стійкість. При підвищеній температурі сушки атмосферостійкість покриттів алкіду значно підвищується. Висихання емалей алкіду складається з випаровування розчинника і подальшої поліконденсації смол з утворенням необоротної плівки. При температурі 18-22°С емалі алкіду висихають протягом 24-48 годин; підвищення температури скорочує час висихання, зміцнює покриття і робить його стійкішим до дії палив, мінеральних масел і зовнішнього середовища|середи|.
Еластичність і атмосферостійкість емалей алкіду залежить від кількості рослинного масла, що вводиться в їх склад, – чим воно більше, тим вище еластичність, але нижче твердість, гірше глянець і лугостійкість.
Емалі алкіду і лаки можна наносити всіма способами: кистю, розпилюванням, зануренням, обливанням, а також розпилюванням в електрополі.
До лакофарбних матеріалів алкіду відносяться і емульсивні емалі, до складу яких, окрім лаку алкіду (гліфталевого) і пігменту, входять масляні півкоутворювачі, вода і сикатив.
6.4.4 Алкідно-стирольні емалі
Алкідно-стирольні емалі виготовляють на основі алкідно-стирольної смоли – продукту співполімеризації стиролу і смоли алкіду з додаванням пластифікаторів і сикативу. Перед вживанням в емалі додають ще 3-5% сикативу № 63.
Алкідно-стирольні емалі володіють хорошою адгезією по відношенню до металів і дерева. Покриття з цих емалей стійкі до дії нафтопродуктів, слабких лугів і сольових розчинів; температуростійкість емалей до 80°С.
Властивості алкідно-стирольних, кремнійорганічних, фенольних, перхлорвінілових лаків і емалей:
Застосування алкідно-стирольних лаків і емалей наведено в таблиці 6.4.
Таблиця 6.4 – Застосування алкідно-стирольних лаків і емалей
Вид алкідного лакофарбового покриття |
Застосування |
Лак АС-82 |
Кузови і деталі автомобілів, різні прилади |
Емаль ФА-5104 чорна |
Фарбування радіаторів і паливних баків |
Емалі АС-127 і АС-127П |
Фарбування кузовів автомобілів |
Емаль ХВ-110 |
Фарбування металевих і дерев’яних поверхонь виробів і устаткування експлуатованих в умовах різних кліматичних районів |
6.4.5 Фенольні емалі і лаки
Фенольні емалі і лаки готують на основі фенол-формальдегідної смоли, що знаходиться у стадії А процесу поліконденсації. Для модифікації емалей іноді додають рослинне масло. Фенольні лаки і емалі, не модифіковані рослинними маслами, крихкі. Необоротні плівки фенольних емалей отримують при гарячій сушці (180°С) протягом 0,5 години, покриття володіють високою твердістю, атмосферостійкістю і стійкістю до дії палив і мінеральних мастил.
Меламіні (меламіноалкидні) лаки і емалі (синтетичні лаки і емалі) виготовляють на основі сумішей меламіноформальдегидної і алкідної смол.
Застосування меламінних і сечовинних емалей наведено в таблиці 6.5.
Таблиця 6.5 – Застосування меламінних і сечовинних емалей
Вид алкідного лакофарбового покриття |
Застосування |
Емаль МЛ-12 |
Фарбування кузовів, оперення капотів легкових автомобілів і автобусів. Придатна для північного виконання |
Емаль МА-1110 |
Фарбування заздалегідь підготовленої фосфатованої, поґрунтованої металевої поверхні кузова і інших деталей автомобілів |
Емаль МЛ-152 |
Фарбування заздалегідь загрунтованих металевих поверхонь виробів, експлуатованих в атмосферних умовах |
Емаль МЛ-197 |
Фарбування металевих деталей легкових автомобілів |
Емаль МЛ-1121біла |
Фарбування кузовів і деталей легкових автомобілів |
Емаль МЛ-Н 95 |
Для складання на станціях технічного обслуговування емалей різних квітів для ремонту легкових автомобілів |
Емаль МЛ-1196 |
Для фарбування рам, коліс, радіаторів і дрібних деталей автомобілів |
Емаль МЧ-139 |
Фарбування кабін, оперення, капотів вантажних автомобілів розпилюванням |
Емаль МЧ-123 чорна |
Фарбування рам, коліс, радіаторів і дрібних деталей автомобілів методом занурення, обливання, розпилювання |
Емаль МЧ-196 палева |
Емаль МЧ-196 палева |
Емаль МЧ-196 палева |
Фарбування дерев’яних і металевих платформ вантажних автомобілів |
Покриття утворюються за рахунок випаровування розчинників і затвердіння смол. Після витримки на повітрі протягом 10-20 хв. виріб піддають гарячій сушці. Сушку проводять при 100-130°С протягом 0,5-1 год. або з додаванням каталізатора (фосфорної або ортофосфатної кислоти) при 80-90°С протягом 0,5-1 год. Після гарячої сушки покриття з меламіноалкідних емалей набуває хорошого глянцю (його можна підсилити додатковим поліруванням), високої атмосферостійкості, еластичності і твердості, стійкість до зміни температур в межах від -40 до +60°С, високу стійкість до дії води, палив і мастил.
Меламіноалкідні емалі можна наносити шляхом пневматичного розпилювання в звичайній камері фарбуванняння, а також розпилюванням в електростатичному полі.
Сечовинні емалі готують на основі сечовиноформальдегідних смол, що є термореактивними смолами у стадії А. Висихання покриттів з цих емалей відбувається за рахунок випаровування розчинника і затвердіння смол, для чого необхідна гаряча сушка при температурі 120-140°С. Отриманні покриття виходять володіють високою твердостю з хорошим глянцем і високою атмосферо-, бензо-, маслостійкістю. Наносять сечовинні емалі розпилюванням, зануренням, обливанням і розпилюванням в електростатичному полі в два-три шари по гліфталевим або фенольним ґрунтах.
6.4.6 Нітроцелюлозні лаки і емалі
Нітролак є розчином нітроцелюлози (колоксилону) в розчиннику. Для пониження крихкості плівки в нітролак додають пластифікатор, звичайна касторова олія, а також смоли алкіду.
Для розчинення колоксилону і розбавлення нітроемалей застосовують спеціальні розчинники і розчинники з суміші спиртів, ацетатів і ароматичних вуглеводнів. Використання бензину, уайт-спіріта приводить до згортання нітролаку і нітроемалей.
Невелика розчинність колоксилону в розчинниках зумовлює утворення при висиханні нітроемалей (нітролаку) тонких плівок, що вимагає для створення шару товщиною 75-125 мкм багатократного фарбування (три-шість шарів).
Висихання нітролаку і нітроемалей відбувається|походить| унаслідок випаровування летючих|летких| розчинників. Швидкість висихання нітроемалей навіть при кімнатних температурах вельми велика; при висиханні утворюється оборотна плівка, здатна знов розчинятися в розчинниках. Швидкість висихання нітроемалей обумовлює використання їх при ремонті автомобілів.
Покриття з|із| нітроемалей і нітролаку відносно стійкі до дії мінеральних мастил, бензину і інших нафтопродуктів, що не містять ароматичних вуглеводнів, а також слабких лужних розчинів. Тривала дія води приводить до відшарування покриттів.
Покриття з|із| нітроемалей стійкі до дії температур в межах від -40 до +60°С; при температурі вище 90-100°С вони руйнуються і можуть самозапалюватись.
До недоліків нітропокриттів відноситься слабка адгезія до металів, для поліпшення якої нітроемалі іноді готують в комбінації з іншими плівкоутворювачами: гліфталевою|, пентафталевою і епоксидними смолами.
Застосування нітролаку і нітроемалей наведено в таблиці 6.6.
Таблиця 6.6 – Застосування нітролаку і нітроемалей
Вид алкідного нітроцелюлозного покриття |
Застосування |
Лак НЦ-134 |
Лакування металевих і дерев’яних поверхонь, наносять пневматичним розпилюванням |
Емалі НЦ-1125 |
Фарбування кабін, оперення, капотів вантажних автомобілів |
Емалі НЦ-11 і НЦ-ПА |
Фарбування попереднє поґрунтованих або поґрунтованих і зашпакльованих поверхонь виробів, експлуатованих в атмосферних умовах і усередині приміщень |
Емаль НЦ-184 |
Фарбування литих деталей автомобілів, а також для фарбування заздалегідь поґрунтованих металевих поверхонь інших виробів, експлуатованих в атмосферних умовах |
Емалі НЦ-5123 |
Фарбування необроблених литих поверхонь, що контактують з мастилом деталей двигунів автомобілів, тракторів і сільськогосподарських машин |
Емаль НЦ-273 нітрогліфталева |
Зовнішнє фарбування автомобільних двигунів |
Емаль НЦ-1200 нітропентафталева |
Фарбування кабін, оперення, агрегатів і інших частин автомобіля в два шари |
Емалі ЕП-51 нітроепоксидна |
Фарбування кабін, оперення, капотів вантажних автомобілів. Придатні для північного виконання |
Лак ЕП-154 |
Фарбування як грунт під полиамидную емаль пружин автомобіля |
Емаль ЕП-191 нітроепоксидна |
Захист кабін, деталей, оперення і платформ вантажних автомобілів |
6.4.7 Водорозчинні і порошкові лакофарбові матеріали
Створення водорозчинних ЛКМ обумовлене необхідністю захисту навколишнього середовища від шкідливих викидів в атмосферу і водні басейни, скорочення витрат харчових масел для промислових цілей, економії нафти і нафтопродуктів.
Існуючі водорозчинні смоли ділять на неіоногенні і іоногенних. До перших відносяться олігомери, що містять велике число гідрофільних груп, які не дисоціюють, що забезпечують їх розчинність у воді.
Іоногенні смоли, у свою чергу, розділяють на аніонних і катіонних. Більшість поширених плівкоутврювачів (алкід, епоксидні, поліуретанові, акрилові і інші смоли) в даний час мають водорозчинні аналоги.
Здатність|здібність| водорозчинних смол утворювати водні розчини органічних поліелектролітів лягла в основу принципово нового нанесення покриттів – електроосадження, яке широко використовується в автомобільній промисловості.
Застосування водорозчинних лакофарбових матеріалів наведено в таблиці 6.7.
Таблиця 6.7 – Застосування водорозчинних лакофарбових матеріалів
Вид алкідного лакофарбового покриття |
Застосування |
Ґрунтовка В-МЛ-0160 |
Фарбування і ґрунтовка виробів із сталі, сталевого і чавунного литва і кольорових металів |
Ґрунтовка В-ЕФ-0153 |
Фарбування другим шаром кузовів легкових автомобілів по електрофорезній ґрунтовці, наноситься пневматичним розпилюванням |
Ґрунтовка ВКЧ-0207 |
Захист кузовів, деталей і вузлів легкових автомобілів; наносять на фосфатовану поверхню методом електроосадження |
Ґрунтовка В-АУ-0150 на уралкідніій основі (червоно-коричнева і сіра) |
Фарбування деталей, кабін автомобілів |
Ґрунтовка ФЛ-093 на основі смоли резидрол ВА-133 (червоно-коричнева, сіра і чорна) |
Ґрунтування кузовів, деталей і вузлів легкових автомобілів, кабін вантажних автомобілів |
Емаль В-ПЕ-1179 |
Нанесення пневматичним розпилюванням на металеві поверхні кузовів, кабін і інших деталей автомобілів |
Емаль В-ФЛ-1199 |
Фарбування вузлів і деталей шасі і двигунів автомобілів методом занурення безпосередньо по металу або поверхні, покритою ґрунтовкою ФЛ-093 |
Емаль МЛ-Н 95 |
Складання на станціях технічного обслуговування емалей різних квітів для ремонту легкових автомобілів |
Емаль МЛ-1196 |
Фарбування рам, коліс, радіаторів і дрібних деталей автомобілів |
Емаль МЧ-139 |
Фарбування кабін, оперення, капотів вантажних автомобілів розпилюванням |
Емаль МЧ-123 чорна |
Фарбування рам, коліс, радіаторів і дрібних деталей автомобілів методом занурення, обливання, розпилювання |
Емаль МЧ-196 палева |
Емаль МЧ-196 палева |
Емаль МЧ-196 палева |
Фарбування дерев’яних і металевих платформ вантажних автомобілів |
Емаль УР-1154 на основі уралкідної смоли ВУПФС-35 |
Фарбування дисків коліс легкових автомобілів (глянсова поверхня з алюмінієвим ефектом |
Електричне поле застосовується також для розпилювання ЛКМ з питомим об’ємним опором 106-107 ОМ-см і діелектричною проникністю 6-10. Для їх отримання використовують спеціальні розчинники типу РЕ.
Швидке зростання випуску і споживання порошкових фарб обумовлене тим, що вони мають ряд переваг: поліпшуються умови праці, відсутні токсичні розчинники, стабільність при транспортуванні і зберіганні.
Порошкові фарби за типом плівкоутворювча підрозділяються на термопластичні і термореактивні. Наносяться вони газополум’яним методом, в псевдозрідженому (вихровому) шарі, в електричному полі і плазмовим методом. Промисловістю випускаються такі порошкові ЛКМ на основі: епоксидних смол – П-ЭП-177, П-ЭП-971, П-ЭП-534, П-ЭП-967, П-ЭП-91; полівінілбутираля – П-ВЛ-212; полівінілхлориду – грунтовка П-ХВ-0111 і емаль П-ХВ-716; поліефирів П-ПЕ-1130, П-ПЕ-ІЗОУ; акрилатних смол – П-АК-1138, П-АК-1142; поліетилену високого тиску|тиснення| П-ПО-226, П-ПО-1.
Порошкові фарби П-ХВ-716 і П-ХВ-011 призначені для отримання хімічно стійких і протикорозійних покриттів на виробах з чорних металів, кераміки, скла і ін. Покриття на основі цих фарб масло- і бензостійкі.
6.4.8 Інші лаки та емалі
Емалі на основі полівінілацетату
Полівінілацетатні емалі готують на основі полівііилацеталей з введенням феноло- або меламіноформальдегідних смол для отримання в процесі гарячої сушки необоротних покриттів. У їх склад іноді входить пластифікуюча невисихаюча смола алкіду.
Покриття володіють хорошою адгезією до чорних і кольорових металів, електроізоляційними властивостями, стійкістю до дії води, пари, високих і низьких температур. Вони особливо стійкі до дії бензину, мінеральних масел і інших нафтопродуктів.
Емалі на основі полімерів і співполімерів вінілхлориду. У промисловості виготовляються полівінілхлоридні лакові смоли середньої в’язкості ПСХ-ЛС і низькій в’язкості ПСХ-ЛН. Емалі типу ХВ, володіючи хорошими захисними властивостями, мають ряд недоліків: знижену адгезію, особливо в перший період після нанесення, низьку термостійкість (heat stability), недостатню світлостійкість.
Бітумні і асфальтові лаки і емалі
Бітумні і асфальтові лаки і емалі готуються як з додаванням, так і без додавання рослинних масел. Бітумно-асфальтові композиції без додавання рослинних масел утворюють оборотні плівки, здатні розчинятися в нафтопродуктах і розплавлятися при нагріванні. Добавка рослинних масел додає покриттю безповоротність і стійкість проти дії атмосфери, вологи, кислот. Ця група матеріалів використовується в автомобілебудуванні; їх наносять розпилюванням, зануренням і кистю.
Масляні лаки і емалі
Масляні лаки і емалі готують на основі природних смол (ефіри, каніфоль, янтар і ін.) або рослинних висихаючих масел (льняне, конопляне і т. д.). Для окислення і полімеризації масляної основи до складу цих матеріалів вводять сикативи.
Захисні і декоративні властивості покриттів з масляних лаків і емалей залежать від вигляду і кількості масляної основи. З підвищенням кількості масла поліпшується еластичність і атмосферостійкість плівок, але погіршується глянець і знижується їх твердість.
Оліфа є одним з видів рідких плівкоутворювачів і утворються при термічній обробці висихаючих і напіввисихаючих масел|мастил| і додаванні сикативу. При нагріві до 275°С утворюється оліфа полімеризації, а при нагріві до 100-120°С з одночасним продуванням повітря - оліфа "Оксоль". Кращу оліфу отримують з льняного і конопляного масел. Комбіновану оліфу готують з напіввисихаючих масел, а гліфталеві– на основі гліфталевіої смоли.
Сикативи є каталізаторами окислювальної полімеризації висихаючих рослинних масел і оліфи. Вони є свинцевими, марганцевими і інші мила жирних нафтенових або смоляних кислот. Для вживання сикативи розводять розчинниками (сикативи № 63, 64 і ін.) або маслами (екстракти 1, 2 і т. п.). Готові до використання сикативи є прозорими рідинами від жовтого до коричневого кольору.