Из чего состоит краска. Часть I. Связующие

Зачем нужна краска?

Покраской древесины решают две основные потребности - защиты и декорирования поверхности. Предметы в наших домах, от оконных рам до мебели, не только выполняют свои базовые функции. Их нужно не просто защищать, они также должны украшать наши жилища, поэтому они должны выглядеть привлекательно. В зависимости от того, предназначены ли деревянные изделия для внутреннего или наружного применения, они должны быть защищены от дождя, ультрафиолетовых лучей, насекомых, плесени, водорослей, бактерий, а также от моющих средств, с помощью которых их чистят, и от физического воздействия, которым они случайно подвергаются во время использования.

Следовательно, краски должны защищать дерево от разрушительного воздействия этих факторов, тем самым делая изделия более долговечными и придавая им более привлекательный вид. К сожалению, защитные свойства покрытия, которые должны быть самым важным аспектом отделки, часто оказываются на втором месте, поскольку конечного потребителя больше интересует именно внешний вид изделия. Просто вспомните, сколько времени обычно требуется покупателю, чтобы выбрать цвет, и сколько времени у него уходит на оценку защитных свойств краски, которую он покупает.

Краска.jpg

Фактически, деревянное изделие можно защитить и украсить обивкой, обшить металлом или листами пластика, но чаще всего используются все-таки лакокрасочные покрытия – краски, лаки, эмали. И причина в их универсальности. Даже небольшие партии краски любого цвета с четко заданными характеристиками можно купить по вполне приемлемым ценам. Более того, их достаточно легко нанести на поверхность любой формы при помощи множества разных технологий, получая покрытие по очень низкой цене или с очень высокими характеристиками.

Что такое краска?

Краска представляет собой смесь химических соединений, которые при нанесении на поверхность способны образовывать прочную, механически и химически стойкую пленку, обладающую свойствами, которые также изменяют декоративные характеристики изделий в плане цвета, внешнего вида и текстуры.

Прозрачные краски, не содержащие пигментов или содержащие их в количестве, способном лишь незначительно изменить цвет древесины, на которую они наносятся, называются лаками.

Лаки.jpg

Краски, содержащие пигменты в количестве, позволяющем им полностью скрыть поверхность (непрозрачная отделка), на которую они наносятся, называют пигментированными и делятся на глянцевые краски (глянец) и матовые (мат). Далее в статьях, мы все лакокрасочные продукты будем называть «красками», за исключением тех случаев, когда действительно необходимо отличать краску от лака или, например, глянца.

Из чего состоит краска?

Все лакокрасочные материалы представляют собой жидкости, получаемые путем смешивания различных компонентов. Эти компоненты можно разделить на следующие основные категории: связующие, пигменты, растворители, разбавители и добавки.

Необходимость адаптировать характеристики ЛКМ к разным условиям окружающей среды, к бесчисленным формам и материалам поверхностей (субстратов), на которые они наносятся, а также к различным методам нанесения, привела к специализации и дифференциации красок.

Специфика использования разных типов ЛКМ зависит от компонентов, из которых изготовлена ​​краска. Таким образом, чтобы понять разницу между ЛКМ, необходимо обладать минимумом знаний об используемых в них ингредиентах.

Рассмотрим их подробнее.

Связующие

Связующие вещества, которые обычно называют полимерами или смолами отвечают за образование пленки, а значит, определяют основные свойства краски. Существенные характеристики покрытия, такие как блеск, твердость, способность противостоять царапинам и истиранию, химическая стойкость, нерастворимость, адгезионная способность, прозрачность, эластичность, термостойкость - все они зависят от типа связующего. Поэтому связующие являются самыми важными ингредиентами краски, а для достижения наилучших результатов связующее часто состоит из смеси нескольких смол. Основной же характеристикой связующего является его способность образовывать непрерывную пленку или способность к пленкообразованию.

Связующее.JPG

Пленку лакокрасочного покрытия можно получить двумя путями:

• физическим, когда пленка образуется при высыхании краски в результате простого испарения растворителей и разбавителей, при этом связующее не подвергается изменениям химического характера. Такое отверждение обратимо, поскольку добавление растворителя переведет связующее обратно в раствор (как пример - нитролаки).

• химическим, когда пленка возникает при высыхании (или в данном случае – полимеризации) краски в результате ряда реакций, которым подвергается связующее. Иногда реакцию стимулируют температурой или УФ-светом. Эти реакции могут быть вызваны также кислородом воздуха (в случае, например, алкидных красок) или определенными химическими соединениями (катализаторами, отвердителями), способными реагировать с определенными компонентами связующего, создавая сложные структуры, которые приводят к увеличению молекулярной массы полимера (в случае, например, полиуретановых красок).

Тип лакокрасочной продукции определяют по виду связующего, которую она содержит в наибольшем количестве. Поэтому из алкидных смол производятся алкидные краски, из нитроцеллюлозных смол - нитролаки, из акриловых смол - акриловые краски и т. д.

Связующие обычно имеют органическое происхождение и могут быть разделены на:

• связующие вещества природного происхождения, включая олифы и натуральные смолы, такие как канифоль и камедь.

• связующие вещества синтетического происхождения, к которым относится большинство используемых в наше время смол.

Ко второй категории относятся продукты, которые в большей степени используются в современной практике покраски древесины. Ниже кратко описаны наиболее известные смолы., используемые в деревообработке. 

Алкидные смолы

Эти связующие достаточно широко используются при изготовлении красок, поскольку получаемый продукт является одновременно экономичным и универсальным. Они образуются в результате поликонденсации ангидридов, жирных кислот и многоатомных спиртов и включают смолы с высоким, средним или низким содержанием масла в зависимости от процентного содержания масел в готовом полимере.

Алкидные смолы.png

Алкидные смолы с высоким или средним содержанием масла обычно высыхают на воздухе, окисляясь кислородом, в то время как смолы с низким содержанием масла требуют определенной температуры для высыхания.

Полиэфирные смолы

По сути, это алкидные полимеры, не содержащие масел. Ввиду интереса к полиэфирам, который продолжает возрастать, производственные технологии предоставили рынку множество типов таких смол для самых разнообразных применений. Введение ненасыщенных мономеров и использование стирола в качестве реактивного растворителя приводит к образованию чрезвычайно твердой пленки краски при нанесении на дерево.

Полиэфиры представляют собой соединения, способные образовывать покрытия, содержащие большое количество твердого остатка, поскольку растворитель сам принимает участие в реакции и становится составной частью пленки, поэтому он и называется реактивным растворителем.

Полиуретановые смолы

Полиуретановые смолы, которые широко используются в настоящее время, представляют собой продукты, образующиеся в результате реакции поликонденсации (полимеризации) между полиизоцианатами (отвердитель) и акриловыми, алкидными, эпоксидными, полиэфирными смолами (база), в которых присутствуют гидроксильные группы. Комбинация отвердителя и смолы дает конечный полимер, содержащий определенные химические группы, известные под названием уретаны или, что в данном случае точнее, полиуретаны.

Поликонденсация.png

Пример реакции поликонденсации полиола (многоатомного спирта) с алифатическим изоцианатом

Химико-физические характеристики полиуретановых красок находятся в прямой зависимости от используемого типа отвердителя. Фактически существует два основных класса изоцианатов (отвердителей): алифатические и ароматические.

Отвердители ароматического типа позволяют получать краски с хорошей химической и физической стойкостью, но с низкой светостойкостью. В основном они используются для производства грунтовок и красок для полов.

Полиуретаны.jpg

С другой стороны, отвердители алифатического типа позволяют получать краски с оптимальной светостойкостью (поэтому они не желтеют со временем) и с высокой стойкостью глянца. Однако стоят они дороже ароматики.

Реакция между изоцианатной группой отвердителя и гидроксильной группой смолы проходит очень быстро даже при температуре окружающей среды. Поэтому полиизоцианат следует добавлять в рабочую смесь непосредственно перед процессом покраски.

Акриловые смолы

Эти смолы обладают высокими эксплуатационными характеристиками и были разработаны позже, чем алкидные смолы. Они используются для производства превосходных глянцевых красок и отделочных материалов для наружных работ, которые качественно лучше, чем алкидные продукты.

Акриловые смолы могут быть термопластичными или термореактивными. Различия между этими двумя категориями имеют как химический, так и физический характер.

Термореактивные смолы обычно имеют низкую молекулярную массу и химически активные группы в цепи, способные обеспечить дальнейшее образование полимерных цепочек при высоких температурах. Поэтому им требуются высокие температуры на этапе сушки, и они широко используются для окраски бытовой техники.

Термопластические смолы наоборот имеют очень высокую молекулярную массу и обычно содержат лишь несколько реакционноспособных групп. Однако этого достаточно для обеспечения хорошей растворимости и оптимального связывания. Обычно их используют для производства красок для дерева.

Акрилы.jpg

Как и все полимеры, на акриловые смолы также влияет состав мономеров, образующих полимерные цепи. Выбирая мономер определенной химической структуры и формулы, можно изменять такие характеристики смолы, как твердость, способность противостоять неблагоприятным погодным условиям, эластичность, прочность во влажном состоянии, твердость, устойчивость к растворителям, адгезию к поверхности и т.д. Поэтому акриловые смолы используются для производства красок для самых разных целей и даже красок для стен, как для внутренних, так и для наружных работ.

Следующие части цикла:

Из чего состоит краска. Часть II. Растворители и разбавители

Из чего состоит краска. Часть III. Пигменты и добавки