XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Annotation. The article considers paint and varnish materials as chemical substances, a type of dispersed systems that are of great importance in all sectors of the national economy. The authors analyze the properties of coatings and their composition depending on purpose and areas of use in buildings, equipment, home, note the importance of coatings in industry. The article provides a forecast of the use of nanoscale components.

Keywords: paint and varnish materials, dispersion systems, film-forming binder, water-dispersion paints, alkyd resins, pigments, epilams.

История лакокрасочных материалов (ЛКМ) берёт начало в глубокой древности, пример тому – наскальная живопись. Человек издавна применял свинцовые белила для защиты от коррозии. В XIX в. начали использовать краски при строительстве железных дорог и металлических сооружений. В XX в. с развитием химической промышленности ЛКМ стали необходимы в сферах производства и в быту. Сегодня экологически безопасные ЛКМ используются в народном хозяйстве для защиты от внешних воздействий стали, бетона, пластмасс, дерева, а также в декоративных целях [1].

Лаки и краски относятся к дисперсным системам, в которых мелкие частицы – дисперсная фаза - находятся в дисперсионной среде. Вещества в коллоидном состоянии характеризуются определённой степенью дисперсности, определяемой как D = 1/a, где a – диаметр сферических и волокнистых частиц или пор цилиндрической формы, длина ребра кубических частиц, ширина волокнистых частиц прямоугольной формы, толщина пленок или полостей [2]. К коллоидным системам, частицы в которых диспергированы до ультрамикрогетерогенного состояния или пронизаны мельчайшими порами размером от 1,0 до 100 нм, относятся лаки и краски. Их многокомпонентные составы могут быть жидкими, пастообразными, порошкообразными, при нанесении на твёрдую подложку высыхают с образованием покрытия с заданными свойствами.

Первыми водными составами, применяемыми для получения защитных покрытий, были водно-дисперсионные (ВД) материалы на основе натуральных и синтетических латексов. В состав водно-дисперсионных ЛКМ, находящихся в жидком или пастообразном виде, входит вода, связующие, наполнители и добавки [3]. Основным их компонентом является плёнкообразующее связующее вещество - жидкие синтетические полимеры и смолы, которые при высыхании скрепляют частицы пигментов и наполнителей и образуют плёнку, сцепляющуюся с окрашиваемой поверхностью. Связующие бывает масляными, эпоксидными, кремнийорганическими, полиакрилатными. К ним относятся полимеризационные смолы на основе хлористого винила, метакрилатов, акрилатов; природные смолы – битумы, канифоль, асфальты; поликонденсационные - полиуретановые, формальдегидные, алкидные, эпоксидные, кремнийорганические; эфиры целлюлозы, жирные кислоты, растительные масла. Плёнкообразующие вещества создают адгезию к поверхности окрашиваемого предмета, удерживают внутри слоя покрытия частицы пигмента и наполнителя.

В настоящее время большое значение приобретают водно-дисперсионные ЛКМ, отличающиеся пожаростойкостью, низкой токсичностью, устойчивостью к пожелтению, способностью к быстрому высыханию при повышенной влажности воздуха. С учётом отечественной сырьевой и технологической базы разработан алкидный олигомер, модифицированный винилтолуолом. Винилированный алкид (ВА) совмещает универсальность алкидных смол с отличными защитными и физико-механическими свойствами эпоксидных, виниловых, акриловых плёнкообразователей. В отличие от обычных алкидных пентафталевых олигомеров ВА обладают ускоренным временем сушки, формируют твёрдые покрытия с отличным блеском и атмосферостойкостью [4].

Водно-дисперсионные ЛКМ широко применяются в строительстве для внутренней и наружной отделки, для окраски древесины, металла, пластика, стекла, минеральных оснований. Они защищают постройки от химических и механических повреждений, обеспечивают водонепроницаемость, препятствуют размножению микроорганизмов, задерживают ультрафиолетовые лучи [5]. Наиболее перспективны краски на основе водных дисперсий акриловых сополимеров, содержащие в своём составе до 20 различных компонентов. Полимерные акриловые дисперсии делятся на акриловые, полученные из акриловых и метакриловых полимеров, и стиролакриловые, синтезированные сополимеризацией акриловой кислоты и стирола. Акриловые дисперсии предназначены для изготовления лакокрасочных материалов, окрашивающих древесину, бетон, штукатурку, шифер. Материалам нового поколения присущи специальные свойства –антиобледенительные, супергидрофобные, стойкость к радиации.

Важнейшими компонентами лакокрасочных материалов являются пигменты – красящие вещества, придающие цвет и непрозрачность эмалям, грунтовкам, шпатлёвкам. Это тонкие цветные порош­ки, не растворимые в связующем веществе и раствори­теле. От них зависит цвет и долговечность лакокрасочного покрытия. ЛКМ с содержанием неорганических пигментов являются доминирующими на рынке лакокрасочных материалов. Пигмент придает лакокрасочному покрытию устойчивость к действию воды, атмосферных влияний, света. По химическому составу они представляют собой различные соли (комплексные, алюмосиликаты, карбонаты, фосфаты), элементы (алюминиевая пудра, технический углерод, цинковая пыль), оксиды (оксиды свинца, цинка, хрома, титана). По цвету неорганические пигменты подразделяются на хроматические – цветные, и ахроматические – серые, белые и чёрные. От показателя дисперсности пигмента зависит экономичность его применения, защитные и оптические свойства покрытия.  Если пигмент тщательно измельчён, его называют микронизированным. Благодаря цвету покрытие приобретает привлекательный внешний вид и защитные свойства [6]. Органические пигменты часто являются добавками к неорганическим, что необходимо для повышения насыщенности и яркости красок. Известны арилметановые, фталоцианиновые, антрахиноновые, полициклические, нитрозо, нитро- и азосоединения. Например, железооксидные красные пигменты обладают небольшой насыщенностью и яркостью, поэтому их часто заменяют органическими. Свинцовые крона жёлтого цвета известны токсичностью и не пригодны для производства лаков и красок для внутренней отделки помещений, поэтому их заменяют более безопасными материалами.

В современных условиях при создании ЛКМ важную роль играет увеличение долговечности покрытия, что решается добавлением в их состав наноразмерных компонентов и применением нанотехнологий [7]. На основе полученной физико-химической модели составляется рецептура с использованием нанокомпонентов для лакокрасочного материала, предотвращающего распространение коррозии металла под покрытием в случае проникновения к нему коррозионно-активных реагентов.Наноплёнкообразующие вещества используются для получения сверхтонких покрытий толщиной от 4 до 10 нм, так называемых эпилам, представляющих собой раствор поверхностно-активных веществ во фторуглеводородных растворителях. Эпиламинированные поверхности обладают высокими показателями по гидрофобности, адгезионной прочности, абразивной, химической и термостойкости. Уменьшение частиц дисперсной фазы до наноразмеров создаёт возможность более лёгкого и плотного заполнения микронеровностей окрашиваемой поверхности, при этом улучшаются адгезионные характеристики лакокрасочного покрытия.

При выборе не только лакокрасочных, но и смазочных материалов для обработки металлов, важное значение, наряду с их стоимостью, имеют эмульгирующие и смазывающие характеристики, основанные на явлении адсорбции. Так, для приготовления водных смазочно-охлаждающих жидкостей в качестве присадок были использованы новые производные аминоуксусной и аминобутановой кислот, способствующие образованию устойчивых и стабильных при хранении коллоидных систем [8, 9, 10].

Таким образом, лакокрасочные материалы, помимо красивого внешнего вида, удлиняют срок службы изделий, помогают противостоять процессу гниения, коррозии, создают твёрдые защитные плёнки, что делает их важнейшими строительными материалами.

Список использованной литературы:

1. Фомин Г.Н. Лакокрасочные материалы и покрытия. Энциклопедия международных стандартов. М.: Протектор, 2008. 752 с.

2. Киреев В.Ю. Нанотехнологии: фундаментальные принципы и возможности // Наноиндустрия. 2011. № 1. С. 56 – 58.

3. Куликова Н.Г. Водно-дисперсионные лакокрасочные материалы // Лакокрасочные материалы и их применение. №3, 2017. С. 42 – 45.

4. Дринберг А.С. Новые лакокрасочные материалы для строительства и промышленности // Лакокрасочные материалы и их применение. 2016. №12. С. 38 – 41.

5. Казакова Е.Е., Скороходова О.Н. Водно-дисперсионные  акриловые  лакокрасочные материалы строительного назначения. М.: Пэйнт-Медиа, 2003. С. 3 - 29.

6. Банкар Н.Н. Органические пигменты для индустриальных лакокрасочных материалов // Лакокрасочные материалы и их применение. №10, 2019. С. 9 -13.

7. Мостовой А.С. Разработка составов, технологии и определение свойств микро- и нанонаполненных эпоксидных компонентов функционального назначения // Технология и переработка полимеров и композитов. Саратов, 2014. С. 9 – 11.

8. Солоненко Л.А., Тлехусеж М.А., Сороцкая Л.Н. Модификация поверхностного натяжения СОЖ присадками из полифункциоальных производных органических кислот С3-С4 // Фундаментальные исследования. 2008. № 7. С. 54-56.

9. Новые ПАВ на основе производных аминоуксусной и аминобутановой кислот и их использование в качестве присадок к смазочно-охлаждающим жидкостям / Л.А. Солоненко , М.А. Тлехусеж, Л.Н. Сороцкая, Л.А. Бадовская // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки. 2012. № 2 (166). С. 112-115.

10. Тлехусеж М.А., Сороцкая Л.Н., Солоненко Л.А. Экологически чистые

СОЖ для обработки металлов резанием // Фундаментальные исследования. 2015. № 7-4.С.727-730.