Краски, получаемые путем введения пигментов в лаки (масляные, нитроцеллюлозные и др.), называются эмалями. Для приготовления красок применяют олифы, представляющие собой высыхающие масла (льняное, конопляное и др.), полученные путем нагревания сырых масел в присутствии сиккативов. Кроме натуральных олиф, широкое применение получили различные заменители.

Пленкообразователи. Пленкообразователями называются нелетучие природные или искусственные (синтетические) продукты, способные в тонком слое образовать аморфную, относительно прочную пленку, закрывающую сплошь поверхность того или иного предмета.

Для удобства изучения пленкообразователи в зависимости от их молекулярной структуры и способности превращения при высыхании в трехмерные полимеры могут быть разделены на две группы: непревращаемые и превращаемые.

К непревращаемым относятся такие пленкообразователи, которые образуют пленки из раствора в процессе испарения растворителя или из расплава при его охлаждении. При этом образование пленки не сопровождается химической реакцией, а полученная пленка может быть растворена или расплавлена. К этой группе пленкообразователей относятся низкомолекулярные природные (например, канифоль) и синтетические (например, феноло-альдегидный новолак), смолы, а также некоторые высокомолекулярные синтетические смолы (например, перхлорвинил), белковые вещества и эфиры целлюлозы.

К превращаемым относятся такие пленкообразователи, у которых процесс образования пленок сопровождается переходом цепных молекул в трехмерные, пространственные полимеры, В результате этого получаются нерастворимые и неплавкие пленки. К этой группе пленкообразователей относятся растительные масла, синтетические смолы типа феноло-альдегидных резолов (например, бакелит) и каучуки.

Среди промышленных лаков и олиф часто наблюдаются смешанные пленкообразоватсли, состоящие из двух и большего числа компонентов, принадлежащих к различным по своей молекулярной структуре группам.

Среди большой разновидности пленкообразователей в зависимости от своих природных свойств и лакокрасочных материалов, куда они входят как составляющие, основным видом пленкообразователей являются смолы.

Смолы являются важнейшей составной частью лаков. Лаки, содержащие смолы, образуют пленки, обла дающие хорошей твердостью, глянцем, стойкостью к действию влаги, кислот и щелочей.

Смолы — сложные химические соединения, в состав которых входят углерод, водород, кислород. От состава и количественных соотношений отдельных элементов зависят свойства и качество смол. В воде смолы не растворяются. Растворимость смолы в определенных растворителях является отличительной особенностью Данной смолы. По своему происхожденнию смолы делятся на естественные и искусственные (синтетические).

В состав естественных смол входят следующие соединения: спирты, смоляные кислоты, сложные эфиры и резены — нейтральные вещества. От количественного соотношения этих соединений зависят свойства смол. Если в смоле присутствует большое количество смоляных кислот, смола делается непригодной для эмалевых красок (краска, изготовленная на так называемом кислом лаке, быстро загустевает).

К естественным смолам относятся: копалы, шеллак, канифоль (гарниус).

Искусственные смолы получаются в результате сложных химических процессов, называемых в химии реакциями конденсации и полимеризации.

Конденсация — процесс, при котором молекулы различных исходных веществ (например, фталевый ангидрид и глицерин) соединяются при определенных условиях между собой и образуют новое соединение —продукт конденсации (смолу). При реакции конденсации наряду с образованием смолы происходит выделение воды или других побочных продуктов (аммиак, хлористый водород и т. п.).

Смолы, полученные путем конденсации, называются конденсационными.

Полимеризация представляет собой процесс, при котором одинаковые молекулы исходного вещества (мономера) при определенных условиях соединяются между собой, образуя новое вещество — продукт полимеризации (полимер). В отличие от реакции конденсации при образовании полимера не выделяется никаких побочных продуктов реакции. Например, если для процесса полимеризации в качестве исходного вещества (мономера) взят хлорвинил, то продуктом реакции будет полихлорвинил (полихлорвиниловая смола).

Смолы, получаемые путем реакции полимеризации, называются полимеризационными. К полимеризацион-ным смолам относятся полихлорвиниловые и перхлор-виниловые, полиакриловые, полистирольные, кремний-органические и др. Если в реакции участвуют различные исходные вещества (мономеры), например хлорвинил и винилацетат, то реакция называется сополимериза-цией, а образующийся продукт сополимером.

В данном случае образуется сополимер хлорвинила, винилацетата.

Встречаются смолы жидкие и твердые, бесцветные и окрашенные, с запахом и без запаха.

Важными показателями качества искусственных смол, применяемых в производстве лаков, являются растворимость смолы в растворителях и маслах, температура размягчения и цвет. Искусственные смолы нашли широкое применение в промышленности. Они не только являются заменителями природных смол (шеллака, копалов), но в ряде случаев превосходят эти смолы и имеют самостоятельное значение. На основе искусственных смол можно получить весьма разнообразный ассортимент лаков и эмалей.

Среди конденсационных смол широко распространены феноло-формальдегидные, мочевино-формальдегидные (карбамидные), меламино-формальдегидные, полиэфирные (алкидные) смолы.

Из групп полиэфирных смол распространены модифицированные глифталевые (резиновые смолы), пентафталевые, алкиднофенольные, эпоксидные и ненасыщенные полиэфирные смолы и лаки на их основе.

К пленкообразующим компонентам для нитроцеллю-лозных лаков (нитролаков) относят нитроцеллюлозу, представляющую по своему составу сложный эфир целлюлозы и азотной кислоты. Получается нитроцеллюлоза в результате действия на целлюлозу нитрующей смеси, состоящей из азотной и серной кислот. Из других эфиров целлюлозы применяют ацетилцеллюлозу для изготовления аэролаков и изоляционных лаков, ацетобутиратцеллкуюзу для изготовления водостойких лаков и эмалевых красок, этилцеллюлозу и бензилцеллюлозу для изготовления электроизоляционных лаков, обоев, тканей, водо- и жиронепроницаемой бумаги.

Пластификаторы (мягчители). В лаковых пленках, полученных из растворов нитроцеллюлозы, наблюдается ряд дефектов: отслаивание пленки от поверхности металла, ее растрескивание, морщение. Для устранения этих дефектов в нитролаки вводят вещества, сообщающие пленкам мягкость и эластичность,— пластификаторы.

Под пластификоторами понимают нелетучие растворители, сохраняющиеся в пленке после ее высыхания и сообщающие ей пластичность. Процесс пластификации пленкообразователей заключается в действии пластификатора как нелетучего активного растворителя. При этом действие, пластификатора аналогично эффекту смазки: пластификатор раздвигает макромолекулы, облегчая скольжение цепных макромолекул (в структуре).

Когда пластификатор относится к группе нерастворителей и его молекулы не связаны с макромолекулами, то они лишь понижают силу взаимодействия между соседними макромолекулами. Предполагается, что большинство пластификаторов выполняет обе эти функции: часть молекул пластификатора связана с молекулами полимера, другая часть действует как смазка. Наличие пластификатора оказывает отрицательное влияние на электроизоляционные свойства пленки, которые понижаются с увеличением содержания пластификаторов. Чем активнее пластификатор, тем сильнее его отрицательное влияние на диэлектрические показатели. Кроме мягкости, пластификаторы способны сообщать пленке и другие ценные свойства (увеличивают свето-, тепло-и морозостойкость, понижают горючесть).

Пластификаторы должны обладать: незначительной летучестью (даже при повышенной температуре), хорошей растворяющей способностью в отношении нитроцеллюлозы и смол, способностью смешиваться с растворителями в любых соотношениях, низкой температурой плавления, устойчивостью к действию света и атмосферных влияний, нейтральностью (не должны содержать свободных кислот даже при длительном хранении), бесцветностью, достаточной вязкостью, обеспечивающей нормальную переработку пигментов в пасту (в то же время пластификаторы не должны химически взаимодействовать с пигментами). Пластификаторы не должны иметь запаха, не должны поглощать воду, не быть горючими.

В зависимости от растворяющей способности (по отношению к эфирам целлюлозы) пластификаторы делятся на две группы:
1. Пластификаторы, обладающие способностью растворять эфиры целлюлозы при обыкновенной или повышенной температурах (эфиры фталевой, фосфорной и адипиновой кислот).
2. Пластификаторы, не растворяющие эфиров целлюлозы (касторовое, льняное и другие масла).

Из эфиров фталевой кислоты получают следующие пластификаторы: дибутилфталат — бесцветную маслянистую жидкость, диамилфталат, диэтилфталат, диметилгликольфталат — слегка желтоватую жидкость почти без запаха. Из эфиров фосфорной кислоты получают грикрезилфосфат — бесцветную жидкость без запаха, трифенилфосфат —белый кристаллический порошок без запаха, трибутилфосфат — бесцветную жидкость. Эфиры адипиновой кислоты (силапины)—бесцветные жидкости почти нерастворимые в воде.

Растворители и разбавители. Растворителями называют летучие жидкости, применяемые для растворения пленкообразователей и улетучивающиеся в процессе образования пленки. Растворители являются одной из важнейших составных частей лаков. Главное их назначение— перевести лаковую основу, т. е. смолу или другое пленкообразующее вещество, в такое состояние, чтобы можно было любым способом нанести тонким слоем лак на окрашиваемую поверхность.

Растворитель должен испаряться, а растворенное в нем вещество образовывать блестящую пленку. Если в состав лака входят только смолы или эфиры целлюлозы, пленка образуется сразу после улетучивания растворителя, при наличии же в составе лака высыхающих масел блестящая твердая эластичная пленка образуется после улетучивания растворителя и высыхания масел.

После улетучивания растворитель не должен оставлять нелетучего остатка, который может отрицательно повлиять на пленку, придав ей липкость. Кроме того, растворитель должен обладать хорошими растворяющими свойствами. От химического состава растворителя зависит вязкость лаков. Например, при растворении одной и той же смолы в различных растворителях получаются различные по вязкости лаки. Поэтому правильный подбор растворителей для получения пленок является важнейшей задачей.

Растворитель должен обладать определенной скоростью испарения. Быстрое испарение растворителя нежелательно, так как это приводит к загустеванию лака при его нанесении на окрашиваемую поверхность. Кроме того, на поверхности пленки образуются различные дефекты («гусиная» кожа, побеление, «апельсиновая» корка). Медленное испарение растворителя задерживает высыхание лака. Поэтому при оценке растворителей их проверяют на скорость испарения. При оценке качества растворителей необходимо принимать во внимание содержание в них воды, а также органических и в особенности свободных минеральных кислот.

Почти все растворители огнеопасны. Большинство из них не только легко воспламеняются, но и при смешении их паров с воздухом способны взрываться. Следует различать температуру вспышки и температуру воспламенения растворителя.

Температурой вспышки называется температура, при которой пары, выделяемые растворителем, способны загораться от огня. Температурой воспламенения называется температура, до которой нужно нагреть растворитель, чтобы от огня загорелась сама жидкость. Температура воспламенения всегда выше температуры вспышки.

Растворители вредно действуют на организм работающего, вызывая головокружение, тошноту, рвоту, вплоть до отравления. Пары бензола отравляют кровь. Растворители, содержащие хлор, оказывают наркотическое действие. Метиловый спирт при приеме его внутрь приводит к слепоте и к отравлению со смертельным исходом. Поэтому при подборе растворителей следует учитывать их токсичность. Работать с парами растворителей следует в респираторах и в хорошо вентилируемом помещении.

Жидкости, которые не растворяют пленкообразователя, называются в отличие от растворителей разбавителями. Растворители для одних видов пленкообразователей могут являться разбавителями для других. Обычно применяются разбавители с более низкими температурами кипения, чем растворители. При подборе разбавителей следует руководствоваться вышеприведенными основными правилами.

Растворители и разбавители должны подбираться таким образом, чтобы соблюдение предыдущих правил достигалось при минимальном количестве растворителя и максимальном количестве более дешевого разбавителя. При значительном повышении содержания разбавителя в определенный момент происходит выпадение пленкообразователя и вызванное этим побеление пленки Поэтому необходимо выдерживать определенное соотношение между количеством разбавителя и растворителя. Отношение количества разбавителя к количеству растворителя называется числом разбавления.

Числа разбавления изменяются в зависимости от характера растворителя, разбавителя, пленкообразователя, их концентрации и изменения температуры.

б) ароматические углеводороды (бензол, толуол, ксилол, сольвентцафт— смесь ксилола с толуолом, — пиробензол, тетралин, декалин). Получаются ароматические водороды при сухой перегонке каменного угля, из нефти, а также синтетическим путем; в) скипидары следующих сортов: живичный экстракционный, пневый. В состав скипидара входят терпены (природные угловодороды), от содержания и свойств которых зависит качество скипидаров. Скипидар — хороший растворитель для масел и многих смол. Он ускоряет высыхание масел.

2. Спирты. К этой группе относятся: метиловый спирт — продукт сухой перегонки дерева (чистый метиловый спирт весьма ядовит); этиловый спирт — продукт брожения крахмалосодержащих или сахаристых веществ (в настоящее время этиловый спирт получают путем синтеза из этилена, получаемого из природных газов и газов нефтепереработки), нормальный бутиловый спирт, амиловый спирт, гексалин, метилгексалин.

3. Эфиры. К этой группе относятся: простые эфиры — метиловый, этиловый, бутиловый, целлозольвы, этил-деллозольв (моноэтиловый спирт этиленгликоля) и сложные эфиры уксусной кислоты (ацетаты)—метил-ацетат, этилацетат, нормальный бутилацетат, амилаце- . тат, циклогексанолацетаты.

4. Кетоны. К этой группе относятся ацетон, метил-этилкетон, циклогексанон (анон), метилциклогексанон (метиланон), диоксан.

5. Хлоросодержащие растворители. К этой группе: относятся хлорбензол (монохлорбензол) и дихлорэтан.

В последние годы появились новые растворители — нитропарафииы, представляющие собой смеси продуктов обработки природных газов (метана, бутана, этана, пропана) и азотной кислоты.

К разбавителям относятся спирты и углеводороды.

Пигменты и наполнители. Все красящие вещества, применяемые в лакокрасочной промышленности, можно разделить на две группы:
1) вещества минерального происхождения;
2) вещества органического происхождения.

По растворимости красящие вещества делят на красители и пигменты. Красящие вещества, растворяющиеся в связующем веществе, называют красителями, нерастворяющиеся — пигментами. Некоторые красящие вещества могут быть пигментами по отношению к одному связывающему веществу и красителями по отношению к другому. Так, некоторые азотокрасители являются пигментами в водных красках, так как в воде не растворяются, и красителями в масляных средах, так как хорошо растворяются в жирах и углеводах.

При выборе пигмента следует обращать внимание на его кроющую способность (укрывистость), интенсивность, т. е. способность при смешении с другими пигментами придавать им свой оттенок, содержание примесей, дисперсность, степень размола, содержание кислот и щелочей, маслоемкость.

В технике дисперсность пигментов определяют чаще всего номером сита, через которое пигменты должны проходить. Для получения прочной и ровной пленки важно, чтобы размер частиц пигмента не превышал толщины пленки. Дисперсность пигментов также влияет на улучшение качества, укрывистости и красящей способности красок.

Пигменты обладают высоким коэффициентом преломления и поэтому являются непрозрачными.

По цвету пигменты можно разделить на две основные группы: ахроматические и хроматические. Каждая из этих основных групп в свою очередь делится на подгруппы.

I. Ахроматические пигменты

1. Белые пигменты: а) свинцовые белила; б) цинковые белила; в) титановые белила; г) литопон (раствор цинкового купороса и раствор сернистого бария) и сульфопон (эквимолекулярная смесь сернокислого кальция и сернистого цинка); д) белые пигменты для водных связующих веществ (мел, известь).

2. Черные пигменты: сажа и черни, жженая кость.

3. Серые пигменты: а) алюминиевая пудра; б) вельц-окись цинка: в) цинковая пыль.

II. Хроматические пигменты

1. Желтые, оранжевые, красные пигменты: а) охра, крон-хромовокислые пигменты с хромофором (желто-свинцовый, оранжево-свинцовый, красно-свинцовый, свинцово-молибдатный, цинковый крон и др.); б) кадмиевые и ртутные пигменты — сернистые и селенистые пигменты с хромофором (желтый кадмий, оранжевый кадмий, киноварь); в) железоокисные пигменты с хромофором (желтые, красные, коричневые и черные окислы железа); г) окислы свинца с хромофором (глет, сурик, субокс).

2. Зеленые, синие, фиолетовые пигменты: а) хромовые пигменты с хромофором (окись хрома, изумрудная зелень); б) кобальтовые пигменты с хромофором (зеленый, синий, фиолетовый кобальт); в) медные пигменты с хромофором (медянка, зелень, швейнфуртская зелень); г) марганцовые пигменты с хромофором; д) смешанные зеленые пигменты (свинцовые и цинковые зелени); е) железная лазурь с хромофором; ж) ультрамарин.

По химическому составу пигменты также- можно разделить на две группы:
I. Органические пигменты
1. Пигментные красители.
2. Крапплаки.
3. Осажденные лаки.
II. Пигменты целевого назначения
1. Для термочувствительных красок.
2. Для светящихся красок.
3. Для необрастающих красок.

Пигменты являются важной составной частью различных красок и эмалей. Пигменты придают краскам и эмалям нужную окраску, повышают их атмосферо-стойкость, прочность, улучшают антикоррозийные свойства.

‘ Назначение наполнителей в красочных лаках двоякое. С одной стороны, они по своему прямому назначению разбавляют слишком насыщенные и укрывистые нерастворимые осадки красителей с целью доведения их свойств до технически целесообразного значения. С другой стороны, они способствуют более полному осаждению красителя и лучшему его закреплению, а также препятствуют ухудшению его цвета и пигментных свойств.

В качестве инертных наполнителей применяют тяжелый и легкий шпат, мел, тальк и др. В качестве активных наполнителей — свежеосажденный гидрат окиси алюминия и блакфикс, а также их смесь. Гидрат окиси алюминия получают взаимодействием сернокислого алюминия или алюминиевых квасцов с содой, блан-фиксобменным разложением сернокислого натрия с хлористым барием, а смесь этих наполнителей — взаимодействием сернокислого алюминия сначала с содой, а затем с хлористым барием.

Сиккативы. В целях сокращения времени высыхания лакокрасочных материалов на масляной основе (олифе) к маслу добавляют вещества (в небольших количествах), ускоряющие высыхание масла,—сиккативы.

В химии вещества, ускоряющие определенные химические процессы, называются катализаторами. Такими катализаторами являются и сиккативы. Установлено, что лучшими сиккативами являются вещества, в состав которых входят металлы: кобальт, марганец, свинец, цинк,кальций.

При введении двух металлов в состав сиккатива его действие усиливается. Масла, содержащие такие сиккативы, высыхают быстрее.

Еще быстрее протекает процесс высыхания масла при одновременном введении в сиккатив трех металлов: смеси марганца, свинца и кальция.

Сиккативы, используемые в производстве лаков и олиф, можно разделить на три группы.

1. Труднорастворимые сиккативы. Сиккативы, принадлежащие к этой группе, растворяются лишь в масле при температуре 200—300°. К ним относятся свинцовый сахар, глет, свинцовый сурик, пиролюзит (перекись марганца), уксуснокислый кобальт.

2. Легкорастворимые сиккативы. К этой группе относятся плавленые сиккативы — резинат марганца, свинца и кобальта, линолеат марганца, свинца и кобальта, свинцово-марганцевый линолеат, свинцово-марган-цовокальциевый резинат, резинатно-линолеатно-спинцово-марганцевый сиккатив, нафтенаты свинца и марганца и осажденные сиккативы. Осажденные сиккативы, как и плавленые, представляют собой соли металлов и жирных (линолиаты), смоляных (резинаты) или нафтеновых (нафтенаты) кислот.

3. Жидкие сиккативы. Кроме твердых сиккативов, на практике широко применяют жидкие сиккативы, представляющие раствор линолеата, резината, нафте-ната или смеси их в каком-нибудь растворителе (скипидаре, уайт-спирите, реже бензине). Жидкие сиккативы легко смешиваются при комнатной температуре с маслами, лаками и тертыми красками.