Главная » Литература » Химия » Орлова - Технология лаков и красок

Орлова - Технология лаков и красок


Орлова О. В., Технология лаков и красок: Учебник для техникумов. 1990.

 

Приведены сведения о современных и перспективных пленкообразующих веществах, пигментах и пигментированных лакокрасочных материалах. Рассмотрены теоретические основы химических реакций, протекающих при получении основных пленкообразующих веществ и пигментов, а также типовые технологические схемы их производства. Освещены вопросы автоматизации технологических процессов, техники безопасности и охраны окружающей среды. Для учащихся техникумов, специализирующихся по технологии лаков и красок.

 

ПРЕДИСЛОВИЕ

В «Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1986—1990 годы и на период до 2000 года», принятых XXVII съездом КПСС, предусматривается дальнейшее развитие химической индустрии, одной из старейших отраслей которой является лакокрасочная промышленность. В настоящее время по объему выпускаемой лакокрасочной продукции наша страна занимает второе место в мире после США.

На долю лакокрасочной промышленности приходится около 6% продукции химической промышленности. Практически все отрасли народного хозяйства, особенно машиностроение, приборостроение, радиоэлектроника, авиация и судостроение, строительство, космическая техника и др., являются потребителями лакокрасочных материалов. Марочный ассортимент последних достигает 2000 наименований.

Лакокрасочное производство включает: производство полуфабрикатов — компонентов лакокрасочных материалов (пленкообразующих веществ, пигментов, пластификаторов, модификаторов и т.д.) и производство на их основе лакокрасочных материалов (лаков, красок, эмалей, грунтовок, шпатлевок).

До 1930 г. при производстве лакокрасочных материалов преимущественно использовались продукты переработки растительных масел и природные смолы, а также минеральные пигменты природного происхождения. С тех пор лакокрасочная промышленность прошла большой путь развития. Использование синтетических пленкообразующих веществ и пигментов дало возможность значительно расширить сырьевую базу, а также создать новые, более совершенные лакокрасочные материалы для получения долговечных атмосферо-, термо- и химически стойких покрытий с высокими декоративными характеристиками.

Комплексной программой химизации народного хозяйства СССР на период до 2000 г. предусматривается ускоренное развитие производства полимерных материалов, в частности прогрессивных синтетических пленкообразующих веществ (например, эпоксидных, фенолоформальдегидных, полиуретановых и др.). Это позволит значительно снизить потребление растительных масел, в том числе пищевых, в лакокрасочной промышленности.

Сокращение применения дорогостоящих и токсичных органических растворителей было достигнуто за счет увеличения выпуска материалов с повышенным содержанием нелетучих веществ, а также водоразбавляемых, водоэмульсионных и порошковых красок, являющихся экологически полноценными материалами.

Современная многоассортиментная лакокрасочная продукция выпускается па крупных, оснащенных современным оборудованием, предприятиях, которые построены заново или реконструированы.

В настоящее время лакокрасочной промышленностью взят курс на упрочнение сырьевой базы, совершенствование технологии производства на основе механизации, автоматизации и применения прогрессивных процессов, а также на совершенствование ассортимента выпускаемой продукции с целью повышения в нем доли высококачественных эмалей и грунтовок и экологически полноценных .материалов различного назначения.

Книга состоит из трех разделов. В разделе I излагаются теоретические основы получения синтетических олигомеров (полимеров), свойства отдельных представителей синтетических и природных пленкообразующих веществ, технология их изготовления. В разделе II рассмотрены теоретические основы и технология получения пигментов и наполнителей и их свойства.

Раздел III посвящен получению пигментированных лакокрасочных материалов и их свойствам. Раздел I написан О. В. Орловой, разделы II и III—Т. Н. Фомичевой. Книга, по-видимому, не лишена недостатков, и авторы с благодарностью примут все критические замечания и пожелания.

 

ВВЕДЕНИЕ

Изготовление красок в России известно с давних времен. В основном они использовались в иконописи, и поэтому их обычно производили при монастырях. Каждый мастер имел свои рецепты красок и хранил их в секрете. Сырьем для приготовления красок в те времена служили различные природные продукты. С развитием ремесел, а затем и промышленного производства краски стали вырабатывать химическим путем. Уже при Петре I значительно возросло число русских предпринимателей, занятых производством красок. Это было вызвано резким повышением спроса на краски вследствие важных экономических и военных реформ.

С развитием химической науки, в частности химии полимеров, была значительно расширена сырьевая база лакокрасочной промышленности, что обеспечило возможность получения высококачественных лаков и красок с большим разнообразием свойств.

В настоящее время лакокрасочная промышленность выпускает около 3 млн. т в год различных лакокрасочных материалов. Большинство из них создано на основе синтетических полимеров. За послевоенные годы было построено несколько крупных лакокрасочных заводов, а в последнее время производится реконструкция и переоснащение современным оборудованием многих предприятий отрасли.

Интенсивное развитие промышленного производства поставило перед человечеством серьезнейшую проблему — защиту окружающей среды. Во многих промышленно развитых странах действуют законодательные акты, обязывающие промышленные предприятия предусматривать все необходимые мероприятия, исключающие сброс вредных веществ в водоем, загрязнение почвы и воздушного бассейна.

В Конституции СССР записано: «В интересах настоящего и будущих поколений в СССР принимаются необходимые меры для охраны и научно обоснованного рационального использования земли и ее недр, водных ресурсов, растительного и животного мира, для сохранения в чистоте воздуха и воды, обеспечения воспроизводства природных богатств и улучшения окружающей человека среды».

Для лакокрасочной промышленности, которая использует разнообразное сырье и вырабатывает огромную номенклатуру лакокрасочных материалов, а также является крупным потребителем воды, вопросы охраны окружающей среды особенно актуальны. Мероприятия по охране окружающей среды должны быть направлены не только на разработку эффективных и экономичных методов очистки загрязненных сточных вод и газовых выбросов, но и на совершенствование технологических процессов и рецептур с целью сокращения количества вредных отходов.

Современная промышленность потребляет большое количество воды, что нарушает природный водный баланс. Поэтому создание водооборотных систем на предприятиях является важнейшей народнохозяйственной задачей. Одним из способов уменьшения потребления воды для охлаждения аппаратов может стать замена ее различными охлаждающими смесями. Основными направлениями современного развития технологии лаков и красок следует считать следующие.

1. Увеличение выпуска прогрессивных экологически полноценных лакокрасочных материалов с уменьшенным содержанием органических растворителей либо без применения растворителей (водные, порошковые краски и др.).

2. Сокращение расхода растительных масел за счет использования эквивалентных заменителей, не снижающих качества лакокрасочного материала.

3. Расширение ассортимента лакокрасочных материалов за счет более широкого использования полимеров полимеризационного типа.

Современные лакокрасочные материалы представляют собой многокомпонентные смеси, содержащие помимо пленкообразующего вещества и пигмента также наполнители, поверхностноактивные вещества, диспергаторы, загустители, многокомпонентные растворители и другие добавки. Каждый из этих компонентов оказывает влияние не только на свойства и технологический процесс производства лакокрасочных материалов, но и на свойства получаемых на их основе покрытий. Поэтому для правильного составления рецептур лакокрасочных материалов необходимо знать свойства, способы и особенности получения природных и синтетических пленкообразующих веществ, пигментов и наполнителей; природу проходящих при их диспергировании физико-химических процессов и влияние на эти процессы различных технологических добавок.

Лакокрасочные материалы широко применяют во всех отраслях народного хозяйства. Получаемые на их основе покрытия защищают различные изделия из металла и древесины от коррозии и гниения, от воздействия высоких и низких температур и т. п. Обязательным требованием для многих покрытий являются также декоративные свойства. Классификация лакокрасочных материалов. Лакокрасочные материалы представляют собой композиции, способные обеспечить формирование на подложке (поверхности изделий) покрытий с заданным комплексом свойств. Возможность формирования СЛОЯ покрытия определяется пленкообразующим веществом (пленкообразователем).

Пленкообразующие вещества — высокомолекулярные синтетические или природные вещества, а также их смеси, способные вместе с другими компонентами лакокрасочных материалов при нанесении тонким слоем из раствора, дисперсий или расплава формировать покрытие в результате физико-механических или химических превращений на подложке. На рис. 1 представлена классификация лакокрасочных материалов.

Лаки —растворы пленкообразующих веществ в органических растворителях или воде. При высыхании или отверждении они образуют прозрачное однородное покрытие.

Олифы — продукты термической или химической переработки растительных масел.

Пигменты — твердые порошкообразные тонкодисперсные неорганические и органические вещества (синтетические и природные), придающие покрытию непрозрачность, цвет и влияющие на другие свойства покрытия.

Краски — лакокрасочные материалы, представляющие собой однородные суспензии пигментов в пленкообразующих веществах. Можно выделить три основные группы красок: масляные — на основе высыхающих масел и олиф; водные — клеевые на основе растительных и животных клеев; силикатные на основе жидкого стекла; эмульсионные — на основе водных эмульсий высыхающих масел или синтетических полимеров.

В отдельную группу выделены порошковые краски — измельченные твердые смеси пленкообразующих веществ, пигментов, наполнителей и других компонентов лакокрасочных материалов. Такие краски образуют покрытия в процессе термообработки; в результате сплавления частиц краски образуется сплошное покрытие при одновременном протекании различных физико-химических и химических процессов.

Эмали (эмалевые краски) — суспензии пигментов в лаках. Их наносят последним слоем на многослойное покрытие. Эмали придают покрытиям декоративность и обеспечивают стойкость к внешним воздействиям.

Грунтовки — суспензии пигментов в лаке, олифе или эмульсии пленкообразователя. Они предназначены для нанесения первым слоем на окрашиваемую поверхность и обеспечивают надежное сцепление покрытия с поверхностью.

Водоразбавляемые грунтовки и эмали — лакокрасочные материалы на основе синтетических полимеров, образующих достаточно стабильные растворы в воде.

Шпатлевки — дисперсии в связующем пигментов и наполнителей. Их берут в количествах, обеспечивающих получение вязкой массы с возможно большим содержанием нелетучих веществ и, следовательно, возможно меньшей усадкой при сушке или отверждении. Шпатлевки служат для заделывания различных дефектов (пор, раковин, углублений и т.п.) на окрашиваемой поверхности.

Основные свойства лакокрасочных покрытий, В зависимости от назначения и условий эксплуатации лакокрасочных покрытий к ним предъявляются различные требования. Тем не менее существуют обязательные свойства, которыми должно обладать покрытие.

Ниже приводятся основные характеристики лакокрасочных покрытий.

Адгезия — связь между поверхностями двух соприкасающихся разнородных тел, обусловливающая их «прилипание» друг к другу. Этот показатель определяется интенсивностью межмолекулярного, молекулярного и химического взаимодействия на поверхности раздела.

Адгезия лакокрасочного покрытия зависит от химического строения пленкообразователя (наличие или отсутствие полярных групп в молекуле, молекулярная масса и т.д.), химических свойств пигментов и вязкости материала. Лакокрасочные материалы с более низкой вязкостью образуют покрытия с большей адгезией.

Когезия — сцепление молекул одного и того же твердого тела или жидкости, приводящее к объединению этих частиц в единое целое. Когезия обусловлена межмолекулярным взаимодействием в самом теле. От величины когезии зависит такое важное свойство лакокрасочных покрытий, как абразивостойкость (стойкость к истиранию).

Пластичность — способность покрытия сохранять деформацию после снятия усилия, вызвавшего эту деформацию.

Эластичность — способность покрытия принимать свою прежнюю форму после снятия деформирующего усилия. Как и пластичность, определяется в основном химическим строением пленкообразователя и для некоторых покрытий имеет первостепенное значение (например, для покрытий по коже, тканям).

Химическая стойкость — стойкость к действию агрессивных реагентов (как жидких, так и газообразных), растворителей и смазочных масел.

Атмосферостойкость — способность покрытия противостоять воздействию атмосферных факторов (влаги, температуры, кислорода воздуха, солнечной радиации).

Термостойкость и морозостойкость — способность покрытий сохранять свой внешний вид и не разрушаться под действием высоких и низких температур. Эти свойства во многом зависят от наличия и количества в отвержденном покрытии реакционноспособных групп.

 

Раздел I

НЕПИГМЕНТИРОВЛННЫЕ ЛАКОКРАСОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

ГЛАВА 1

СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА И КЛАССИФИКАЦИЯ ПЛЕНКООБРАЗУЮЩИХ ВЕЩЕСТВ

Основу любого лакокрасочного материала составляет пленкообразующее вещество. Именно его свойствами в основном определяются свойства лакокрасочного покрытия. Поскольку области применения лакокрасочных покрытий весьма разнообразны и ни одно пленкообразующее вещество не обладает универсальными свойствами, используют множество пленкообразующих веществ, различающихся как по физическим, так и по химическим свойствам.

Важной характеристикой пленкообразующих является их вязкость, поскольку от вязкости лакокрасочного материала зависит возможность его нанесения ровным слоем на поверхность тем или иным способом. Пленкообразующее вещество с высокой вязкостью приходится разбавлять растворителями, которые при формировании покрытия улетучиваются в окружающую среду. Таким образом, по содержанию нелетучих веществ в лакокрасочном материале мы можем судить об экологической ценности пленкообразователя.

В технологии лаков и красок особые требования предъявляются к цвету пленкообразующего вещества. Для получения пигментированных пленкообразующих (эмалей, красок) светлых цветов и многих лаков необходимо, чтобы пленкообразователь был по возможности светлее, что в некоторых случаях зависит от технологии производства и качества сырья.

 

1.1. КЛАССИФИКАЦИЯ ПЛЕНКООБРАЗУЮЩИХ ВЕЩЕСТВ

Используемые в технологии лаков и красок пленкообразующие вещества можно классифицировать по следующим признакам: источнику сырья — природные пленкообразующие вещества и продукты их переработки; синтетические пленкообразующие вещества (полимеры) и продукты их модификации; молекулярной массе — олигомеры (с молекулярной массой 100—1000) и полимеры (с молекулярной массой более 10 000); химической структуре основной цепи; различают карбоцепные (гомоцепные) полимеры, главные цепи которых состоят из атомов углерода; их получают полимеризацией непредельных соединений. В гетероцепных полимерах, главные цепи образованы не только углеродными атомами, но и атомами других элементов (кислород, азот, сера). Классификация полимеров по химической структуре основной цепи представлена на рис. 1.1.

...


Архивариус Бизнес-планы Типовые серии Норм. документы Литература Технол. карты Программы Серии в DWG, XLS