книги из ГПНТБ / Цуркан И.Г. Смазочные и защитные материалы учебник

лакокрасочные материалы на основе ненасыщенных полиэфиров являются двухили трехкомпонентнымн композициями, все части которых смешиваются непосредственно перед нанесением материала на поверхность. Покрытие на их основе быстро высыхает (полностью за 6 ч), образуя блестящую, более твердую по сравнению с алкидами пленку. Через 24 ч их уже можно шлифовать.

Полиэфиракрилатные лаки и эмали, кроме того, можно наносить на окрашиваемую поверхность через 15 мин после нанесения преды­ дущего слоя. Растворителем для такого типа материалов часто служит исходный неполимеризованный продукт, который при добавлении ини­ циатора тоже участвует в образовании покрытия. Это дает возможность получить однослойные покрытия, например лака ПЭ-220, с толщиной 150—300 мк, которые с успехом заменяют 8-слойные нитролаковые и 12-слойные покрытия шеллачной политурой или лаком (рис. 45).

Применение таких многокомпонентных материалов требует высо­ кой культуры окрасочных работ. Необходимо строго соблюдать реко­ мендации по составу растворителей и разбавителей. Жизнеспособ­ ность многих материалов не превышает 20—30 мин, поэтому за этот срок они должны быть нанесены на поверхность. Нанесение пневма-

Рис. 45. Количество слоев лака, наносимых при отделке мебели в вагонах:

а — шеллачные политура или лак; б — нитролак; в — алкидный лак; г — полиэфирный лак

тическим распылением производят специальным (двух-трехсопловым) пистолетом.

Из-за плохой адгезии ненасыщенных полиэфирных материалов к металлу их применяют преимущественно для отделки деревянных деталей. Окраску металлических изделий осуществляют по соответ­ ствующим грунтовкам (ФЛ-03к, ФЛ-013 и др.).

А л к и д н о - с т и р о л ь н ы е и м' а с л я н о - с т и р о л ь н ы е лакокрасочные материалы в качестве пленкообразующего содержат сополимер масла или алкидной смолы со стиролом (винилбензолом CGH5CH = СНо) и растворитель (уайт-спирит). Они хорошо наносятся кистью, быстро высыхают (практически за 1-,5 ч) и образуют твердые водостойкие покрытия. Эти свойства позволяют успешно применять алкидно-стирольные и масляно-стирольные материалы на железнодо­ рожном транспорте для окраски тех объектов, горячая сушка которых затруднительна или невозможна. Ассортимент таких материалов пока невелик: грунт МС-017, лак MC-17, эмаль МС-25.-

Ф е н о л ф о р м а л ь д е г и д н ы е лакокрасочные материалы содержат в качестве пленкообразующего фенолформальдегидную смо­ лу, которая представляет собой пподукт поликонденсации фенолов с формальдегидом.

Фенолформальдегидные материалы бывают двух типов: растворимые и плавкие — новолачные смолы, представителем

которых является нднтольный лак; смолы, в процессе высыхания при высокой температуре переходя­

щие в неплавкое и нерастворимое состояние. Они называются резоль­ ными смолами, представителями которых являются разного типа баке­ литовые лаки.

Идитольный и бакелитовый лаки растворяются в спирте. Лаки на новолачных смолах образуют хрупкое покрытие, которое склонно к покраснению под действием света. Эти лаки применяются для мебе­ ли внутри вагонов. Бакелитовые лаки образуют покрытия с хорошими противокоррозионными и электроизоляционными свойствами, они стойки против действия воды, растворов кислот, солей и многих растворителей.

При смешении бакелитового лака с цинковым кроном и алюминие­ вой пудрой получают бакелитовые краски ФЛ-723 и ФЛ-724, которые хорошо защищают изделия, эксплуатирующиеся в среде горячей воды (до 120° С) и минерального масла (до 120° С).

Основными недостатками фенолформальдегидных материалов яв­ ляются их темный цвет, хрупкость и несовместимость с растительными маслами.

Для получения материалов, совместимых с растительными маслами, применяют смолы на замещенных фенолах (так называемые 100-про­ центные, или алкилфенольные смолы). Грунтовки на основе этих материалов являются наиболее качественными и долговечными, а эма­ ли сохраняют на вагонах свои защитные и декоративные свойства до 4—5 лет. Из таких фенолформальдегидных материалов, кроме упомя­ нутых лаков и красок, применяют грунтовки ФЛ-03к, ФЛ-013, эмали ФЛ-14, ФД-3 и др.

122

М о ч е в и н о- и м е л а м и н о-ф о р м а л ь д е г и д н ы е ла­ кокрасочные материалы, применяемые на железнодорожном транс­ порте, получают при реакции мочевиноили меламино-формальдегид- ных смол (продуктов реакции мочевины и меламина с формальдегидом) с бутиловым спиртом. Для придания им эластичности и улучшения адгезии их пластифицируют ненасыщенными полиэфирами или сов­ мещают с алкидными смолами (алкидно-мочевинные, алкидно-мелами­ новые и алкидно-мочевино-меламиновые материалы).

Мочевино- и меламино-формальдегидные лаки бесцветны и про­ зрачны; получаемые эмали имеют любые цвета, включая белый.

Покрытия па основе мочевино- и меламино-формальдегидных смол стойки к действию света, воды, бензина, масла, слабых растворов ще­ лочей и кислот, но хрупки и имеют слабую адгезию к металлу. Поэто­ му их применяют в сочетании с пластифицирующими смолами — полиэфирными, эпоксидными, акриловыми, а также поливинилбутиралем. Наиболее часто применяют мочевино- и меламино-формаль­ дегидные смолы, пластифицированные полиэфирами, в частности ал­ кидными смолами.

Покрытия приобретают необходимые свойства после образования полимера сетчатой структуры. Это происходит при комнатной тем­ пературе после прибавления к лакокрасочному материалу кислот­ ного отвердителя или в процессе горячей сушки.

Лакокрасочные материалы на основе мочевино- и меламино-фор­ мальдегидных смол холодной сушки имеют в качестве пластифици­ рующего компонента высыхающие алкидные смолы средней жирности или пол'иэфиры насыщенных двухосновных кислот. Для отверждения этих материалов в их состав вводят кислотные катализаторы (рас­ творы соляной, фосфорной и других кислот). Такие материалы посту­ пают на вагоноремонтные заводы и в депо в виде двухкомпонентной системы — лаковой основы (раствора смолы в растворителях) и от­ вердителя.

Меламино-формальдегидные эмали отверждаются до требуемой твердости на 20—40% быстрее мочевино-алкидных. При этом обра­ зуются покрытия такие же стойкие к царапанию, как мочевино-алкид­ ные, но значительно превосходящие их по блеску, розливу, стойкости к мылу и слабым щелочам. Существенным преимуществом меламиноалкидных покрытий перед мочевино-алкидными являются также более высокая стойкость покрытий к изменению цвета при нагревании до 140—475° С и хорошая атмосферостойкость (стабильность цвета, блес­ ка и стойкость к растрескиванию) в условиях не только умеренного, но и тропического климата. Зависимость свойств от состава видна на рис. 46.

Если необходимо найти точку, соответствующую смеси смол: 40% глифталевой, 40% меламино-формальдегидной и 20% мочевино­ формальдегидной, поступают следующим образом. На нижнем осно­ вании треугольника находят точку, соответствующую 40% глифта­ левой смолы, и поднимаются вверх по линии, параллельной левой сто­ роне треугольника, до пересечения с горизонтальной линией, соответ­ ствующей 20% мочевино-формальдегидной смолы, т. е. до точки 13.

Содержание меламино-формальдегидной смолы в смеси получим,

линии лежат смеси, имеющие относительную твердость 0,25 и менее, левее — смеси с относительной твердостью более 0,25. Линии элас­ тичности II и адгезии III также делят диаграмму на две части: справа от этих линий находятся смеси, выдерживающие испытания на элас­ тичность и адгезию, слева — не выдерживающие эти испытания.

Заштрихованная область, ограниченная линиями эластичности и твердости, соответствует смесям, обладающим наилучшим сочета­ нием указанных свойств.

Лаковые пленки с наиболее благоприятным сочетанием твердости и эластичности получаются из смесей, содержащих 55—80% глифталевых смол.

Меламино-алкидные материалы разбавляют составными раствори­ телями РКБ-1, 646 или сольвентом, ксилолом. Для обеспечения хоро­ шего блеска покрытий в состав летучей части вводят 25% бутанола и 25% высококипящего растворителя типа целлозольвацетата. Отверж­ дение большинства из этих материалов проводят при температуре 110—140° С в течение 0,3—1 ч с предварительной выдержкой на возду­ хе в течение 10—20 мин, чтобы успела испариться часть растворителя. Это способствует улучшению блеска образующегося покрытия и поз­ воляет избежать образования на ней оспин и кратеров.

Высококачественные меламино-алкидные материалы марок МЛ-12, МЛ-110, МЛ-197 применяются для окраски легковых автомобилей, тракторов, сельскохозяйственных машин, приборов и других изде­ лий, которые можно подвергать высокотемпературной сушке при ПО—140° С.

Необходимость высокотемпературной сушки ограничивает при­

124

Э п о к с и д н ы е лакокрасочные материалы обладают большим диапазоном свойств, что позволяет применять их в вагонном хозяйстве для различных целей. Основным пленкообразующим в этих материа­ лах является эпоксидная смола, которую получают в результате реак­ ции многоатомных фенолов с эпихлоргидрином.

Лакокрасочные материалы на основе эпоксидных смол отверж­ дают аминами, главным образом гексаметилендиамином (отвердитель № 1), полиэтиленполиамином, полиамидами (ПО-200, ПО-201, ПО-ЗОО), изоцианатами, фосфорной кислотой, феноло-,мочевино- и меламино­ формальдегидными смолами. Применение первых двух отвердителей позволяет получать качественные покрытия даже при холодной сушке окрашенного изделия, причем промежуточные слои можно сушить не более 0,5— 1 ч, а последний слой практически высыхает за 1—2 ч. На практике окрашенное такими материалами изделие оставляют при комнатной температуре в течение 10— 12 ч, после чего оно может посту­ пать на дальнейшую обработку.

При работе с двухкомпонентными аминоэпоксидными материалами следует следить за точной дозировкой отвердителя № 1, добавляемого в лакокрасочный материал, так как его избыток или недостаток резко снижает свойства покрытия. При работе с отвердителем № 1, основ­ ным компонентом которого является токсическое вещество — гекса­ метилендиамин, следует принимать специальные средства защиты (резиновые перчатки и фартуки, респираторы и т. п.).

Двухкомпонентные материалы, отверждаемые полиамидами, без­ вредны для рабочего и не требуют такой тщательной дозировки от­ вердителя. Полиамиды менее реакционноспособны, поэтому их при­ менение позволяет увеличить жизнеспособность композиций с 24 ч (при использовании аминных отвердителей) до 5—7 суток.

Эпоксидные материалы грунт-шпатлевка ЭП-00-10, эмали ЭП-525, ЭП-569 и другие имеют хорошие противокоррозионные свойства.

П о л и у р е т а н о в ы е л а к о к р а с о ч н ы е п о к р ы т и я обладают^омплексом ценных свойств: сильным блеском, высокой стой­ костью к действию абразива, пресной и морской воды, окислителей, паров минеральных кислот, углеводородных растворителей, минераль­ ных масел, перепаду температур от — 50 до + 130° С и хорошей ад­ гезией к самым разнообразным матфриалам.

Полиуретановые материалы применяют для окраски вагонов, защиты химической аппаратуры водоумягчительных станций, цис­ терн для перевозки нефтепродуктов, пищевого оборудования, обору­ дования литейных цехов, для лакирования полов, мебели и разного инвентаря. Чаще всего в качестве отвердителя полуретановых смол применяют толуилендиизоцианат (продукт 102Т) — довольно ток­ сичный продукт с высокой реакционной способностью. Поэтому его в лакокрасочный материал вводят, соблюдая все меры предосторож­ ности, за несколько минут до нанесения.

Цветовая гамма полиуретановых материалов ограничена, так как их можно пигментировать только инертными пигментами, такими как двуокись титана, литопон, окись хрома, ультрамарин, алюминиевая пудра, и некоторыми сортами сажи; наполнителями чаще всего служат

125

соединения свинца. Пигменты н наполнители не должны содержать влагу.

Для снижения токсичности полиуретановых материалов выпускают изоцианатные отвердители в виде аддуктов (продуктов взаимодействия толуилендиизоцианата с многоатомными спиртами). Изоцианаты в таких материалах находятся в связанном состоянии и только после сушки при 100— 150° С реагируют с гидроксильными группами от­ верждаемой смолы. Горячая сушка покрытий делает их менее удоб­ ными для применения. ■

В качестве растворителей пригодны кетоны — циклогексанон, метилэтилкетон, изобутилкетон н реже ацетон, а также сложные эфи­ ры, не содержащие остатков свободных спиртов, — этилацетат, бутилацетат и для улучшения розлива медленно' улетучивающийся этилгликольацетат (целлозольвацетат). Допускается содержание то­ луола, ксилола. Полиуретановые материалы очень чувствительны при нанесении и высыхании к микроклимату малярного цеха, влажности, температуре, пыли, газам и другим вредным примесям и требуют ис­ ключительного внимания при нанесении и сушке для получения каче­ ственного покрытия. За рубежом сии применяются в цехах с конди­ ционированием воздуха.

Полиуретановые эмали хорошо зарекомендовали себя в вагонном хозяйстве •— окрашенные ими пассажирские вагоны и вагоны электро­ поездов, эксплуатирующиеся по всей сети железных дорог, в течение более пяти лет сохранили свой цвет, глянец и общее состояние. Это позволяет осуществлять пробег пассажирских вагонов и вагонов элект­ ропоездов от постройки до заводского ремонта и между заводскими ремонтами без перекраски при деповских ремонтах. Таким образом можно резко повысить производительность вагонных депо, так как основное время при ремонте тратится на окраску. Одновременно эко­ номится большое количество лакокрасочных материалов и улучшается качество покрытия, так как на него не наслаиваются многочислен­ ные слои шпатлевки и эмали.

Из полиуретановых лакокрасочных материалов в вагонном хозяй­ стве применяются грунтовка УР-012 и эмаль УР-176.

К р е м н и й о р г а н и ч е с к и е л а к о к р а с о ч н ы е м а ­ т е р и а л ы . В связи с возрастающими требованиями к термостой­ кости покрытий все большее значение приобретают материалы на ос­ нове кремнийорганических смол, главная цепь макромолекул кото­ рых построена из чередующихся атомов кремния, кислорода и боко­ вых углеводородных радикалов (см. п. 5 главы II)..

Такие покрытия имеют плотную сетчатую структуру. Они твер­ же покрытий из органических пленкообразователей, но менее элас­ тичны.

Важнейшим достоинством кремнийорганических покрытий яв­ ляется стойкость к термоокислительной деструкции, что проявляется в сохранении ими при нагреве блеска, стойкости к пожелтению и рас­ трескиванию, а также негорючесть и стойкость к низким температурам

126

(до — 60° С), растворам щелочей, неорганических кислот и пищевых продуктов. Они выдерживают температуры до 500° С, а некоторые до 800° С. К недостаткам кремнийорганических покрытий относятся по­ ниженные механическая прочность и адгезия.

4. Лакокрасочные материалы на основе синтетических полимеризационных смол

Лакокрасочные материалы на конденсационных смолах очень долго высыхают при нормальных условиях или требуют горячей сушки

и.добавки отвердителей.

Вэтом отношении значительным преимуществом обладают мате­

риалы на основе полимеризационных смол, которые высыхают при температуре 18—20° С через 1—3 ч после нанесения на поверхность, так как образование покрытия происходит только в результате улету­ чивания растворителей. Поэтому на железнодорожном транспорте, все больше используют лакокрасочные материалы на основе полиме­ ризационных, перхлорвиниловых, хлорсодержащих виниловых смол, акриловых полимеров, а также различных ацеталей.

П е р X л о р в и и и л о в ы е лакокрасочные материалы получают на основе перхлорвиниловой смолы, которая является продуктом до­ полнительного хлорирования полихлорвиниловой смолы (полихлор­ виниловую смолу получают при полимеризации хлористого винила в присутствии хлорбензола или дихлорэтана). Покрытия на основе чистой перхлорвиниловой смолы малоэластичны и имеют недостаточно хорошую адгезию. Поэтому чаще применяют материалы на основе перхлорвиниловой смолы, модифицированной алкидными смолами и пластификаторами. Перхлорвиниловые материалы содержат в ка­ честве активных растворителей такие токсичные продукты, как ксилол, сольвент, ацетон, что ухудшает санитарно-гигиенические условия труда.

Перхлорвиниловые материалы практически высыхают при комнат­ ной температуре в течение 1—3 ч, но полное высыхание (отверждение) покрытия происходит только через 7 суток вследствие удержания им остаточного растворителя. При температуре до 60° С эти покрытия высыхают за 1 ч, но полное отверждение наступает через 5—6 ч. При этом получаются атмосферостойкие покрытия, долговечность которых превышает 6 лет (эмали ХВ-1100, ХВ-124, ХВ-125, ХВ-113 и др.). Не­ которые марки перхлорвиниловых эмалей образуют покрытие, стой­ кое к минеральным кислотам и атмосферным воздействиям. Эмали ХСЭ и ХС-710 очень устойчивы к действию различных минеральных кислот, но уступают другим перхлорвиниловым материалам в стой­ кости к атмосферным воздействиям. Хотя глянец эмали ХВ-113 невы­ сок, но в атмосферных условиях он более ставлен и через 1—2 года уравнивается с глянцем алкидной эмали ПФ-115 (рис. 47), которая бы­ стро теряет свой глянец.

Из-за недостаточной стойкости перхлорвиниловых покрытий к тем­ пературам выше 100° С и воздействию света, при которых они теряют

1?7

виниловых материалах при одной и той же рабочей вязкости (табл. -12). А к р и л о в ы е лакокрасочные материалы изготовляют на основе продуктов полимеризации эфиров акриловой, метакриловой кислот и сополимеров этих эфиров с акриловой, метакриловой кислотами и

другими веществами.

Ценными свойствами акриловых материалов являются бесцвет­ ность и прозрачность лаковых покрытий, а также стойкость лаковых и эмалевых покрытий к действию света, атмосферных условий в ин­

128

родах, кетонах, ацетатах и нерастворимы в спиртах, простых эфирах и алифатических углеводородах; они хорошо совмещаются с пласти­ фикаторами.

Присутствие 0,5% окиси цинка, окиси свинца, цинкового или свинцового крона и других основных пигментов, а также применение тары из оцинкованной жести вызывают увеличение вязкости материала, заканчивающееся его желатинизацией. Акриловые материалы высы­ хают при комнатной температуре за 1—2 ч. Их применяют для окраски оборудования, приборов, а также для получения покрытий с высоким коэффициентом отражения, токопроводящих и флуоресцентных. Хо­ рошо сохраняют свойства в течение 5 лет покрытия из акриловой грун­ товки АК-01 и эмали АК-71 на внутренних поверхностях водяных баков пассажирских вагонов и на кузовах изотермических вагонов снаружи.

среде. Для изготовления этих лакокрасочных материалов применяют поливинилформаль, поливинилформальэтилаль и поливинилбутираль. Последний применяется наиболее широко.

Покрытия на основе поливинилбутираля эластичны, стойки к дей­ ствию ударных нагрузок, но имеют невысокую стойкость к атмосфер­ ным воздействиям. Поэтому их чаще всего используют в виде грунто­ вочных материалов и при окраске внутри помещения и резервуаров, В вагонном хозяйстве применяются фосфатирующие грунтовки ВЛ-02, ВЛ-08 на основе поливинилбутираля в виде двух-трех ком­ понентных композиций. Поливинилбутиральная эмаль ВЛ-515 широко применяется для резервуаров и баков при хранении нефти, бензина,

минерального масла.

М а т е р и а л ы н а о с н о в е к а у ч у к о в нашли применение для защиты щелочных аккумуляторов. Из них применяют материалы, пленкообразующим у которых являются хлоркаучуки, получаемые при хлорировании каучука в растворе четыреххлористого углерода, и циклокаучуки, получаемые при обработке бензольного раствора на­ турального каучука галлоидными соединениями металлов. Покрытия на основе циклокаучука обладают высокими физико-механическими свойствами и стойкостью к щелочным растворам, но неатмосферо­ стойки.

Циклокаучуки хорошо растворимы в ароматических и алифати­ ческих углеводородах; хлоркаучуки растворимы в ароматических и хлорированных углеводородах, ацетатах, метилэтилкетоне, метилизобутилкетоне, циклогексаноне. В алифатических углеводородах и спиртах хлоркаучуки не растворяются. В хлоркаучук добавляют фталаты для атмосферостойких покрытий и хлорпарафины для хими­ чески стойких покрытий.

Хлоркаучук и циклокаучук совмещаются с алкидными, фенол­ формальдегидными и некоторыми другими смолами. При введении этих смол улучшаются адгезия, светостойкость и другие свойства покрытий из хлоркаучуков. Покрытия из циклокаучуков обладают хорошей адге­ зией к металлу, износостойкостью, стойкостью против действия воды, растворов хлористого натрия, разбавленной серной, соляной, фосфор-

129