Природные и синтетические органические пленкообразователи.

Пленкообразующие (связующие) вещества (пленкообразователи) являются основой почти всех лакокрасочных составов — грунтов, шпатлевок, лаков и красок, а в некоторых из них и единственной составляющей защитного слоя (пленки). Используются они в удобной для производства лакокрасочных материалов и их применения форме — в виде различной консистенции растворов.

Олифы.

Этот вид пленкообразователей является основным связующим для приготовления масляных красочных составов. Они подразделяются на:

· природные — натуральные,

· полунатуральные (уплотненные) комбинированные,

· композиционные и

· синтетические.

Натуральные, практически не содержащие растворителей, олифы являются продуктом длительного прогрева при температуре 160-270°С растительных высыхающих масел (льняного, конопляного, тунгового) с одновременным их окислением продувкой воздуха. Для ускорения высыхания олифы в процессе варки масел в них вводятся катализаторы окисления — сиккативы, представляющие собой соли оксидов свинца, марганца, кобальта или растворы других металлических солей жирных кислот в органических растворителях.

Натуральные олифы могут также изготавливаться соответствующей обработкой из смеси высыхающих и полу высыхающих масел. Мягкие эластичные пленки, получаемые после высыхания на воздухе таких полимеризованных масел — натуральных олиф, содержат 100 % масла и отличаются:

· невысокой механической прочностью,

· повышенной глянцевитостью,

· водо- и

· атмосферостойкостью.

Кроме связующего компонента высококачественных масляных красок, натуральные олифы применяются и для разведения густотертых красочных составов, а также для грунтовки и олифовки пористых поверхностей перед их окраской.

Натуральные олифы, изготовленные из полувысыхающих масел, используются для приготовления оконной замазки.

Полунатуральные (уплотненные) комбинированные олифы — это вязкие продукты «варки» при температуре полимеризации 300°С полувысыхающих и невысыхающих растительных масел — подсолнечного, соевого, хлопкового, уплотнение которых возможно также за счет окислительной полимеризации, путем продувания через слой масла воздуха, нагретого до 150°С.

До жидкой консистенции такие вязкие масла доводятся органическими растворителями.

Пленки уплотненных олиф менее эластичны, чем пленки олиф натуральных, они быстрее стареют и отличаются меньшей долговечностью. К этой категории органических пленкообразователей, в частности, относится олифа «Оксоль», представляющая собой раствор оксидированного растительного масла и сиккативов в уаитспирите (45 %), что позволяет экономить исходные масла.

В зависимости от вида исходного сырья олифу «Оксоль» выпускают двух марок:

· В — из льняного и конопляного масла и

· ПВ — из подсолнечного, соевого, кукурузного, виноградного и других полувысыхающих масел.

Олифа марки В используется для изготовления масляных красок, применяемых в наружных и внутренних отделочных работах.

Олифа марки ПВ — для изготовления грунтовок, шпатлевок и красок для внутренних работ.

Скорость высыхания олиф этих двух марок соответственно не превышает 20 и 24 ч. Они не подходят для окраски полов и являются пожаро- и взрывоопасными материалами.

Комбинированные олифы представляют собой продукт комбинации различных природных масел, прошедших разнообразную предварительную обработку — сочетание окисленного до определенной степени масла с прогретым. Выпускаются следующих марок:

• К-2 — смесь полувысыхающих и высыхающих масел;
• К-3 — комбинация высыхающих масел;
• К-4 — комбинация полу высыхающих масел;
• К-5 — смесь полувысыхающих или высыхающих масел с тунговым, получаемым из плодов тунгового дерева, маслом;
• К-12 — комбинированная олифа, получаемая из малеинизированных полувысыхающих масел, которые являются продуктом взаимодействия растительных масел и малеинового ангидрида.

Используются в основном для приготовления густотертых масляных красок для внутренних работ (кроме полов), а также для работ наружных и внутренних (олифа марки К-5). Скорость высыхания этих олиф — 24 ч.

Композиционные олифы изготавливаются из медленно-сохнущих низкокачественных масел. Для улучшения их свойств в них вводятся добавки канифоли, низкомолекулярных каучуков, канифольного лака и растворители (бензин, скипидар и др.).

Выпускаются двух марок:

• МК-1 — для масляно-каучуковых красок, используемых для внутренних и наружных работ и в качестве грунтовок и
• МК-2 — для внутренних окрашивающих составов и грунтов.

Синтетические олифы представляют собой растворы синтетических пленкообразователей в органических растворителях. Их основой являются продукты переработки нефти, угля, сланцев, отходы производства синтетического каучука и др., которые при высыхании образуют на обрабатываемой поверхности защитные пленки. Их отличительной особенностью является темный цвет и резкий запах.

Синтетические олифы не являются полноценными заменителями олиф натуральных и их применение обычно ограничивается малоответственными малярными работами (пропитка пористых поверхностей, изготовление темных красок и грунтовок для наружных покрытий).

Они либо полностью не содержат в своем составе растительных масел, либо их содержание не превышает 35 % по массе.

Наиболее часто используются такие изготавливаемые на основе алкидных смол олифы, как глифталевая и пентафталевая.

• Глифталевая вырабатывается из смеси глицерина, фталевого ангидрида и растительного масла (35 %) в сочетании с 50 % растворителя — уайт-спирита.
• Пентафталевая - из пентаэритрита, фталевого ангидрида и 35 % растительного масла.

Кроме того, известны и такие синтетические олифы, как:

• синтоль — раствор продуктов окисления керосина в бензоле;
• карбоноль — раствор алюминиево-кальциевых солей карбоновых кислот в уайт-спирите или скипидаре;
• нафтеноль — раствор алюминиево-кальциевых солей нафтеновых кислот в уайт-спирите или скипидаре;
• абиетоль — раствор в уайт-спирите дистиллятов канифоли и сосновой смолы, обработанных оксидами металлов;
• сланцевая олифа — продукт окисления сланцевых масел, растворенных в ксилоле;
• этиноль — продукт переработки отходов производства хлороп-ренового каучука и др.

Клеи.

Как природные, так и синтетические клеи используются в качестве связующих, вводимых в грунтовочные, шпатлевочные, подмазочные и другие клеевые окрасочные составы.

Из природных клеев наибольшее распространение получили:

· глютиновые,

· казеиновые и

· растительные клеи из эфиров целлюлозы.

В зависимости от исходного сырья различают четыре вида глютиновых (животных) клеев:

• мездровый, получаемый из белковых отходов кожевенного производства и мясокомбинатов;
• кожный — из обрезков дубленой кожи;
• костный — из обезжиренных и отполированных костей животных и
• рыбий — из плавательного пузыря, чешуи и других отходов рыбоконсервного производства.

Во всех случаях клееобразующим компонентом служит содержащийся в исходном сырье белок — коллаген, который в процессе нагревания при температуре 80-90°С гидролизуется и переходит в новое вещество — глютин, являющийся собственно клеем.

Наибольшее применение из глютиновых клеев получили так называемые столярные клеи — мездровый и костный, товарной формой которых служат либо плитки толщиной 9-15 мм, либо гранулированные зерна (крупно- и мелкодробленый клей). Костный клей может выпускаться и в виде охлажденного студня — галлерты.

Казеиновые клеи представляют собой порошкообразные продукты, вырабатываемые из казеина — высокомолекулярного белкового соединения, образующегося при свертывании белка молока животных под действием расщепляющих ферментов или кислот. Казеин, растворяясь в водных растворах аммиака, буры и щелочей, образует коллоидные растворы, обладающие клеящими свойствами. Именно на этом свойстве казеина и основано изготовление казеиновых клеев.

В зависимости от свойств казеиновые клеи разделяются на:

· неводоупорные и

· водоупорные.

Неводоупорные клеи получают путем воздействия на казеин водных растворов аммиака или едкой щелочи, с которыми казеин и образует обратимые коллоиды — клеи, которые при потере влаги затвердевают, а при увлажнении снова переходят в пластичное состояние.

Клеи этой группы обладают повышенной жизнеспособностью и в случае добавления в них антисептиков (фенола и др.) длительное время сохраняются в жидком виде. Могут использоваться в качестве малярных клеев.

Водоупорные казеиновые клеи образуются при воздействии на казеин некоторых оксидов тяжелых и щелочеземельных металлов, с которыми казеин образует нерастворимые в воде соли — казеинаты.

Основной разновидностью таких клеев являются клеи, получаемые при воздействии на казеин гашеной извести Са(ОН)₂ в виде известкового молока, с которой казеин образует нерастворимые в воде казеинаты кальция, отличающиеся пониженной жизнеспособностью. Учитывая эту особенность водоупорных клеев, в них рекомендуется вводить, кроме извести, щелочи (NaOH) или натриевые соли угольной кислоты (Na₂C0₃), хорошо растворяющиеся в воде и растворяющие казеин. Тем самым понижается вязкость и удлиняется жизнеспособность клеевого раствора.

При приготовлении на нем красочных составов необходимо использовать только щелочестойкие пигменты.

Для улучшения консистенции, повышения жизнеспособности и водоупорности казеиновых клеев в них вводятся добавки альбумина — животного белка, содержащегося, в частности, в крови животных.

Различные композиции, состоящие из смеси казеина, альбумина, воды, гашеной извести и жидкого стекла, образуют так называемые смешанные клеи.

Клеи из эфиров целлюлозы являются разновидностью растительных клеев и по составу представляют собой коллоидные растворы нитроцеллюлозы и смол в органических растворителях с добавлением пластификаторов, которые устраняют чрезмерную хрупкость высохших пленок.

Изготавливаются эти клеи из высоковязкой целлюлозы — главной составляющей стенок древесных клеток, и отличаются относительно повышенной вязкостью, водоупорностью и эластичностью. Относятся к категории огнеопасных, легко воспламеняющихся клеев, требующих соблюдения правил пожарной безопасности.

Синтетические клеи представляют собой полимерные синтетические продукты, обладающие высокой адгезионной способностью. Используются в виде эмульсии или водных и спиртовых растворов. Отличаются повышенной прочностью клеевых пленок, долговечностью, необходимой вязкостью, быстрым отверждением.

При изготовлении клеевых красок наиболее часто используются такие разновидности синтетических клеев, как натрий-карбоксиме-тилцеллюлозный (Na-КМЦ) и клеи на основе поливинилацетатной дисперсии (ПВАД).

Синтетический клей КМЦ представляет собой натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы и является продуктом переработки древесной целлюлозы. Он хорошо совмещается с пигментами, не загнивает и, кроме клеевых красочных составов, используется в составах шпатлевочных.

Поливинилацетатные дисперсии (ПВАД) являются продуктом полимеризации винилацетата в водной среде. Выпускаются как пластифицированными, так и непластифицированными. Используются в качестве связующего компонента в вододисперсных (водоэмульсионных) красках, а также для изготовления грунтовок и шпатлевок при отделке пористых поверхностей.

Смолы.

Смолы — разновидность пленкообразующих, одна из составных частей всех лаков и эмалевых красок. Вид и качество смол определяют качество этих отделочных материалов, их твердость, эластичность, блеск, атмосферостойкость и долговечность покрытий.

В зависимости от происхождения смолы подразделяются на следующие группы:

• смолы растительного или животного происхождения, являющиеся продуктами жизнедеятельности растений или насекомых;
• горные смолы, или асфальты;
• синтетические (искусственные) смолы.

Главными представителями смол растительного или животного происхождения являются

· даммара,

· канифоль,

· сандарак,

· мастике,

· янтарь,

· шеллак и

· копалы.

Даммара — бесцветная или слабоокрашенная смола тропических деревьев, хорошо растворимая в скипидаре, ароматических и хлорированных углеводородах, сложных эфирах, а при нагревании — и в растительных маслах. Образует бесцветные или слегка окрашенные покрытия, несколько темнеющие со временем. Даммаровые покрытия относятся к наиболее светостойким из всех покрытий на основе природных смол.

Лаки, изготавливаемые на основе даммары, с успехом используются в качестве защитных покрытий произведений живописи.

Канифоль, или гарпиус — твердая, хрупкая, стеклообразная, неводостойкая смола светло-желтого (реже — темно-красного) цвета. Хорошо растворяется в Дилиловом эфире, спиртах, ацетоне, скипидаре, ароматических углеводородах, сложных эфирах. В воде не растворяется. В чистом виде для приготовления лаков не пригодна, поскольку обладает очень высоким (140-185) кислотным числом и низкой (52-70°С) температурой размягчения. Поэтому в производстве лаков используется только канифоль, обработанная спиртами или соединениями металлов с образованием при этом резинатов канифоли.

Пленкообразователи на резинатах — солях смоляных кислот канифоли обладают достаточной твердостью и блеском, но не стойки по отношению к воде, что ограничивает применение лаков на их основе только для внутренних работ.

В случае обработки канифоли спиртами образуются эфиры кислот, содержащихся в исходном продукте. Эти эфиры канифоли с успехом используются для наружных работ. Из них наибольшее распространение получил глицериновый эфир канифоли, широко применяемый в масляных и нигроцеллюлозных лаках.

Мастике — ароматическая эластичная смола мастикового дерева, стареющая и желтеющая со временем, становясь при этом хрупкой. Хорошо растворяется в ароматических углеводородах, спиртах, сложных эфирах и скипидаре. Используется для изготовления живописных лаков.

Копалы — ископаемые смолы растительного происхождения, обладающие высокой температурой плавления, твердостью и блеском. Основная масса копалов используется для приготовления масляных лаков.

После высыхания копаловых лаков на отделываемой поверхности образуется нерастворимая темная пленка, что ограничивает применение их в реставрационных работах.

Янтарь также относится к ископаемым смолам растительного происхождения, состоящим в основном из полиэфиров янтарной кислоты.

Растворимость янтарь приобретает после его предварительного расплавления. Пленка темноокрашенного янтарного лака отличается жесткостью и хрупкостью, что ограничивает его применение в отделочных и реставрационных работах.

Шеллак — это пленкообразователь, вырабатываемый из смолы гуммилак, образующейся на ветвях некоторых тропических растений в результате жизнедеятельности живущих на этих растениях насекомых — лаковых червецов. Эта, животного происхождения, смола состоит в основном из алифатических полиоксикислот, растворяется в спиртах, кетонах, скипидаре и слабощелочных водных растворах. Шеллак является лучшей смолой для изготовления водостойких мебельных спиртовых лаков и политур. Лаковые пленки отличаются высокой прочностью, эластичностью, светостойкостью и способностью полироваться.

Сандарак — душистая густая смола, образующаяся на сандараковом (Северная Африка) дереве, обладающая высокой твердостью и температурой плавления. Она хорошо растворяется в спиртах, эфирах, ацетоне и находит применение в качестве пленкообразователя в спиртовых лаках.

Все указанные растительного и животного происхождения смолы подразделяются по твердости на две группы:

· твердые — с высокой температурой плавления и

· мягкие (легкоплавкие).