Пленкообразующие вещества
Пленкообразующими называются вещества, способные при нанесении их на поверхность тонким жидким слоем (в виде раствора или расплава) образовывать при определенных условиях тонкую и прочную пленку, хорошо сцепляющуюся с материалами изделия.
К числу пленкообразующих веществ относятся: растительные масла и олифы, смолы природные и синтетические, эфиры целлюлозы, белковые пленкообразователи.
Растительные масла и олифы
Масла подразделяются на высыхающие, невысыхающие и полувысыхающие.
Высыхающими называются растительные масла, способные образовывать твердые и эластичные пленки в результате окисления кислородом воздуха. К высыхающим маслам относятся льняное, конопляное, тунговое, перил-ловое.
Невысыхающие масла высыхают только под действием сиккативов (ускорителей сушки), образуя при этом липкие пленки. К невысыхающим маслам относятся хлопковое и касторовое.
Полувысыхающие масла сохнут медленнее высыхающих и образуют пленки, под влиянием тепла размягчающиеся и даже плавящиеся, легко растворяющиеся в различных растворителях. Полувысыхающими маслами являются маковое, подсолнечное, ореховое, соевое.
Натуральные растительные масла высыхают в течение длительного времени. В целях ускорения высыхания масел их перерабатывают в олифы.
Олифы приготовляют путем нагревания высыхающих масел с окисями металлов (сиккативами) или путем оксидации, которая заключается в продувании через масло воздуха. Сиккативы должны вводиться в строго определенных количествах.
Олифы, приготовленные из чистых льняного, конопляного и подсолнечного масел с добавлением в них некоторого количества тунгового или хлопкового масла, называются натуральными.
Натуральные олифы — высококачественный пленкообразующий материал, дают атмосферостойкие покрытия.
К полунатуральным относятся олифы оксоль и сульфооксоль. Олифа оксоль представляет собой сгущенное нагреванием и продуванием воздухом масло (с добавленным к нему сиккативом), разведенное потом до рабочей вязкости уайт-спиритом. Состав олифы оксоль (в процентах): масло льняное — 50, сиккатив — 3, уайт-спирит — 47.
Олифа сульфооксоль отличается от олифы оксоль тем, что для ее приготовления берут менее уплотненное масло, но для повышения вязкости дополнительно обработанное серой.
Натуральные высыхающие растительные масла для приготовления олиф дефицитны, поэтому проводились работы по подбору заменителей и созданию искусственных олиф. Такими олифами являются глифталевая и пента-фталевая, представляющие 50%-ные растворы глиф-талевой смолы средней жирности или жирной пентафта-левой смолы в уайт-спирите с добавлением сиккатива. К искусственным олифам также относятся: сланцевая, солевая нафтенатная, солевая оксикарбоновая и синтетическая модифицированная олифа.
Сланцевая состоит из сланцевого масла (40—45%) и растворителя (60—55%), солевая нафтенатная — из алюминиево-кальциевых солей нафтеновых кислот (50%) и растворителя (50%), солевая оксикарбоновая — из алюминиево-кальциевых солей оксикарбонатовых кислот (55%) и растворителя (45%), синтетическая модифицированная олифа льняно-эфиро-оксикарбоновая — из смеси эфирокислот (30%), масла льняного (20%) и растворителя (50%).
Смолы природные и синтетические
Природные смолы. Большинство природных смол — продукты растительного происхождения. В зависимости от происхождения смолы разделяются на спиртораство-римые (шеллак, сандарак, бензое, мастикс, манильский копал, канифоль) и маслорастворимые (копалы, янтарь, продукты переработки канифоли).
Шеллак — продукт переработки насекомыми природной смолы некоторых тропических растений, произрастающих в Индии, на Суматре и др. Товарный шеллак имеет вид чешуек. Температура плавления шеллака 115—120° С, цвет от светло-желтого до темно-коричневого.
Применяемый в производстве шеллак содержит около 85% смолы, до 15% шеллачного воска, примеси канифоли и красящих веществ.
Шеллак хорошо растворяется во многих спиртах и ацетоне. В этиловом спирте шеллак растворяется в течение 24 ч почти полностью, за исключением примесей и воска. Из-за нерастворимости в спирте содержащегося в шеллаке воска растворы лаков и политур получаются мутными.
Очищают растворы от воска фильтрованием.
Шеллачные пленки придают древесине золотисто-коричневый оттенок. Для получения бесцветных отделочных пленок используют растворы из отбеленной смолы шеллака. Отбеленный шеллак хранят в темноте, так как при хранении на свету он теряет способность растворяться.
Покрытия, образуемые шеллачными лаками и политурами, обладают мягким блеском, хорошей адгезией с древесиной, но невысокими твердостью и сопротивлением к истиранию и малой водостойкостью.
Сандарак — смола деревьев хвойных пород, произрастающих в Африке и Австралии. Сандарак представляет собой твердые зерна светло-желтого цвета, а низшие сорта имеют красноватый оттенок.
Плавится сандарак при температуре 110—145 °С, растворяется в этиловом спирте, серном эфире, частично в скипидаре. Сандарак до недавнего времени считался лучшей смолой для приготовления спиртовых лаков, предназначенных для отделки щипковых музыкальных инструментов (мандолин, гитар и др.). Они образуют твердые лаковые покрытия, более хрупкие, чем шеллачные, и обладают хорошими резонансными свойствами.
В настоящее время эти лаки заменяют нитроцеллюлозными.
Бензол, или бензойная смола — продукт выделения дерева, произрастающего в Индии, на Яве, Суматре и др. Температура плавления 75—90 °С. Смола растворяется в этиловом спирте и частично в скипидаре и бензоле.
Применяется бензойная смола при изготовлении спиртовых лаков для придания им эластичности, а также для приготовления спиртовых политур, используемых совместно с шеллачными для заключительных операций при полировании древесины.
Канифоль (гарпиус) получают из смолы (живицы) хвойных деревьев, добываемой путем подсочки. На перерабатывающих заводах из смолы получают скипидар и твердую стекловидную массу — канифоль. Температура плавления канифоли — 55—70 °С.
Канифоль содержит свободные кислоты, которые отрицательно влияют на качество покрытия. Для улучшения свойств канифоли ее сплавляют с 6% гашеной извести и 20% окиси цинка, что снижает кислотность и повышает температуру плавления до 110°С. Полученный таким образом продукт называют резинатом канифоли.
При обработке канифоли глицерином получают эфир канифоли, называемый эфиром гарпиуса, который представляет собой прозрачную смолу с температурой плавления 70° С. Эфир гарпиуса растворяют в масле и спиртобензольной смеси и получают лак. Кислотность эфира гарпиуса в несколько десятков раз ниже, чем канифоли.
Янтарь — смола хвойных деревьев, длительное время пролежавшая в морской воде. Добывают янтарь на южном берегу Балтийского моря. Встречается он также и в других местах. Цвет его желтый различных оттенков. Температура плавления янтаря 250—400 °С. Растворяется в спирте, эфирных маслах.
Применяют для изготовления высококачественных лаков, заменяющих копаловые лаки.
Копалы — ископаемые смолы растительного происхождения, пролежавшие долгое время (тысячелетия) в земле; добываются в Африке, Америке и Австралии. Температура плавления высокоплавких копалов — 270— 360 °С, а низкоплавких — 140—180 °С. Цвет копалов различный — от белого до темно-коричневого.
Пленки копалов прочны, тверды, упруги, глянцевиты, стойки к воде, теплу, кислотам и щелочам. Растворяются копалы в этиловом и метиловом спиртах, эфирах, ацетоне, льняном масле и других растворителях; растворы обладают высокой адгезией.
В настоящее время применение природных смол значительно сократилось в связи с развитием и широким внедрением синтетических смол.
Синтетические смолы. В зависимости от метода получения смол их разделяют на полимеризационные (полученные с помощью реакции полимеризации) и поликонденсационные (полученные с помощью реакции поликонденсации).
К полимеризационным смолам относятся: перхлорвиниловые, поливинилацетатные, полистирольные, полиуретановые и др.
Перхлорвиниловая смола представляет собой хлорированный поливинилхлорид. Эта смола имеет лучшие лакотехнические свойства (растворимость, адгезию), чем нехлорированная. Перхлорвиниловые смолы растворимы в ацетоне, ацетатных растворителях, ароматических и хлорированных углеводородах.
Образуют вязкие растворы, поэтому изготовленные на них лаки и эмали имеют невысокую концентрацию смолы в лаках (обычно не более 20%).
Покрытия на основе перхлорвиниловых смол, особенно эмали, атмосферостойки и стойки к ряду химических реагентов. Недостатки их — отсутствие блеска (у эмалей), невысокая термостойкость, слабая адгезия к металлам.
В деревообработке перхлорвиниловые эмали применяют в качестве атмосферостойких покрытий для наружной окраски товарных вагонов, контейнеров, фургонов.
Поливинилацетатная смола — полимер, полученный полимеризацией сложного эфира уксусной кислоты и винилового спирта — винилацетата. Поливинилацетатная смола растворима в этиловом и метиловом спиртах, ацетатных растворителях и ароматических углеводородах.
Поливинилацетат обладает хорошей адгезией с древесиной и рядом других материалов и светостойкостью. Покрытия поливинилацетата водопроницаемы.
Поливинилацетатные эмульсии, обладая малой вязкостью, позволяют иметь в них повышенное содержание сухого остатка (40—60%). Приготовленные на них краски образуют матовые покрытия и применяются в строительстве для внутренней и наружной окраски зданий.
Полистирольные смолы — продукты полимеризации стирола. Полистирол как пленкообразователь обладает малой адгезией, образует хрупкие пленки, растворяется в ограниченном числе растворителей. Поэтому полистирольные лаки в чистом виде используют редко. Большее применение нашли сополимеры стирола с другими пленкообразователями. Сополимеризацией стирола и дивинила (бутадиена) получают дивинилстирольные каучуки.
Латексы (водные эмульсии) таких каучуков применяют для приготовления водоэмульсионных растворов (красок), используемых в строительстве для внутренних работ по штукатурке, древесине и т. п. Такие краски обладают высоким содержанием сухого остатка (свыше 50%), сохнут при температуре 18—20 °С около 6 ч и образуют покрытия, прочные к истиранию и действию химических реагентов.
Широкое применение находят продукты сополимеризации стирола с растительными маслами (масляно-стирольные смолы) и алкидными смолами (алкидности-рольные смолы).
Масляно-стирольные смолы обладают хорошим блеском и ускоренным по сравнению с маслами высыханием. Используют их для приготовления типографских красок.
Алкидно-стирольные смолы растворяются в скипидаре, уайт-спирите. В зависимости от содержания стирола они обладают разными свойствами. С увеличением содержания стирола увеличивается скорость высыхания и водостойкость их покрытий.
Смолы, содержащие 10% стирола, применяются для окраски внутри помещений, а также в качестве связующего в грунтовках. Смолы, содержащие свыше 30% стирола, могут применяться для наружных покрытий. Приготовленные на них лаки и эмали при рабочей вязкости имеют высокий процент сухого остатка (до 40% в лаке), высыхают при температуре 18—20 °С в течение нескольких часов и образуют твердые и водостойкие покрытия.
Полиуретановые смолы. Полиуретанами называются продукты, получаемые в результате сополи-мернзации полиизоцианатов с соединениями, содержащими гндроксильные группы. Покрытия, образованные лакокрасочными материалами на основе полиуретановых смол, имеют высокую адгезию с древесиной, металлами и другими материалами, хорошо заполняют поры древесины, имеют высокую твердость и в то же время эластичны, стойки к истиранию, водо-, тепло- и атмосферостойки.
К поликонденсационным смолам относятся феноло-формальдегидные, мочевино-меламино-формальдегидные, полиэфирные, эпоксидные и др.
Феноло-формальдегидные, или фенольные, смолы — продукты конденсации фенолов с формальдегидом. В зависимости от соотношения взятых для конденсации фенола и формальдегида и вида катализаторов получают фенольные смолы, различные по свойствам. К числу этих смол относятся термопластичные смолы (новолачные, идитольные), термореактивные (бакелитовая пленка) и модифицированные канифолью феноло-формальдегидные смолы (синтетические копалы).
Фенольные смолы образуют прочные прозрачные, но несветостойкие пленки.
Моче вино – меламино – формальдегид-н ы е, или карбамидные, смолы получают из мочевины (карбамида) или меламина и формальдегида. Для приготовления лаков используют растворимые в органических растворителях и совмещающиеся с маслами и пластификаторами модифицированные бутанолом мо-чевино-формальдегидные смолы. На основе растворов этих смол и пластичных алкидных смол получают лаки и эмали, образующие очень свето-, тепло- и морозостойкие, а также водостойкие покрытия с хорошими механическими свойствами.
Полиэфирные смолы — продукты конденсации многоатомных спиртов (глицерин и др.) и многоосновных кислот (фталевая и др.). Полиэфирные смолы растворяются в стироле и используются для приготовления полиэфирных лаков, образующих покрытия с высокими физико-механическими свойствами.
Эпоксидные смолы — синтетические смолы, полученные путем конденсации соединений, содержащих концевую эпоксигруппу с гидроксилосодержашими веществами (многоатомными фенолами и спиртами).
Эпоксидные смолы термопластичны и растворимы в кетонах, гликолях и смесях спиртов с ароматическими углеводородами. Пленки эпоксидных смол обладают хорошими электроизоляционными свойствами, химической стойкостью и адгезией со многими материалами. На эпоксидных смолах можно готовить лаки и эмали холодного и горячего отверждения.
Эфиры целлюлозы
Эфиры целлюлозы — продукт, полученный путем обработки целлюлозы смесью азотной и серной кислот. Продукт, содержащий 10—12% азота, называется нитроцеллюлозой или коллоксилином, который и применяется для производства нитролаков и нитроэмалей. Лаковый коллоксилин хорошо растворяется в кетонах и сложных эфирах. Коллоксилин нашел широкое применение для производства нитролаков и нитроэмалей.
Недостаток коллоксилина и лаков на его основе — высокая огнеопасность.
Белковые пленкообразователи
К белковым пленкообразователям относятся глютин и казеин.
Глютин — продукт гидролиза белка коллагена, содержащегося в шкуре и костях животных, рыбьей чешуе. Глютин гигроскопичен. Во влажном состоянии он легко загнивает, набухает в холодной воде и растворяется в ней при нагревании. Образуемые глютином пленки отличаются высокой хрупкостью.
Они обратимы. В качестве пленкообразователя глютин находит ограниченное применение для приготовления клеевых красок для окраски потолков и стен внутри помещений, а также для шпатлевок и грунтовок по древесине.
Лучшим из белковых пленкообразователей является казеин — высокомолекулярное белковое соединение, содержащееся в молоке животных (обезжиренный творог). Растворы казеина с бурой, кальцинированной и каустической содой, а также с аммиаком дают растворимые в воде пленки, а растворы казеина с известью образуют нерастворимые, хотя и набухающие в воде пленки. Казеин как пленкообразователь находит применение в красках для кожи и фасадов зданий, шпатлевках и грунтовках для древесины.
