Лакокра́сочные материа́лы (ЛКМ), жидкие или порошкообразные полимерные композиции, которые при нанесении тонким слоем на твёрдую поверхность отверждаются с образованием плёнки (лакокрасочного покрытия), удерживаемой на подложке силами адгезии. К ЛКМ относятся лаки, краски, эмали, грунтовки, шпатлёвки, а также некоторые пропиточные составы.

Историческая справка

Различные виды ЛКМ применялись с древнейших времён – сначала в живописи и быту, а затем в промышленности и строительстве. Так, сохранились красочные наскальные изображения эпохи верхнего палеолита, выполненные с использованием массы, получаемой перетиранием сажи или природных минеральных пигментов с животными жирами; во 2-м тыс. до н. э. в Китае начали готовить лаки на основе сока лакового дерева; лаки и краски на основе природных смол (канифоль, янтарь, мастикс и др.) применялись в Египте за несколько веков до н. э.; лаки и краски, содержащие растительные масла, известны с 8 в.; в 9 в. в России умели готовить лаки и краски на основе льняного, конопляного и других масел. В 1798 г. в Санкт-Петербурге издана книга Н. П. Осипова «Лакировщик или ясное и подробное наставление о заготовлении, составлении и употреблении разного рода спиртовых и масляных лаков и фирнисов для живописцев, иконописцев, гравировальщиков, маляров, каретников, слесарей, бронзовщиков, табакерошников и прочих всякого рода ремесленников».

Канифоль.Канифоль.Развитие отечественной лакокрасочной промышленности началось во 2-й половине 19 – начале 20 вв., когда в крупных промышленных городах России были построены первые красильни; в дальнейшем эти предприятия реконструировались и расширялись, на них устанавливалось более совершенное оборудование и внедрялась передовая технология. Так, на базе свинцово-белильного завода, основанного купцом А. Ф. Вахрамеевым в Ярославле, в СССР был построен один из крупнейших заводов «Победа рабочих» (ныне ОАО «Русские краски»). В Москве на базе красильной фабрики Мамонтовых в 1918 г. создан Пресненский завод лаков и красок, полностью сохранивший основной профиль предприятия Мамонтовых – крупнейшего производителя лаков, красок и эмалей; в 1927 г. на базе лаборатории этого завода была создана Центральная научная лаборатория Всесоюзного треста лакокрасочной промышленности «Лакокраска» ВСНХ СССР, в 1931 г. преобразованная в Научно-исследовательский институт лаков и красок (Научно-исследовательский и проектный институт лакокрасочной промышленности); в этом отраслевом институте были разработаны основные технологические процессы и материалы, используемые до настоящего времени. До 1930 г. в качестве плёнкообразующих веществ при изготовлении ЛКМ использовались растительные масла и природные смолы.

Окрашивание лаком.Окрашивание лаком.В 1920–1930-х гг. осуществляется переход к более эффективным синтетическим смолам и эфирам целлюлозы. К 1940-м гг. производство ЛКМ стало крупной отраслью, обеспечивающей потребности промышленности широким и разнообразным ассортиментом автомобильных, сельскохозяйственных, авиационных, кабельных и других специализированных лаков и красок.

Классификация

ЛКМ всех типов подразделяют по химической природе плёнкообразующего вещества, входящего в их состав. Различают алкидные, полиакриловые, кремнийорганические, нитроцеллюлозные, перхлорвиниловые, полиэфирные, полиуретановые, феноло-формальдегидные, эпоксидные и другие ЛКМ. Кроме того, ЛКМ делятся по природе растворителя, входящего в их состав, на органорастворимые, воднодисперсионные и водоразбавляемые. По областям применения ЛКМ подразделяют на строительно-бытовые и промышленные.

Характеристики ЛКМ

Основные характеристики всех типов ЛКМ: вязкость, содержание нелетучих веществ, время и температура сушки, цвет, степень перетира (размер частиц пигмента), укрывистость (способность перекрывать цвет подложки), степень наполнения (содержание пигментов и наполнителей).

Получение

Способ получения и выбор оборудования для производства ЛКМ зависят от их степени наполнения, вязкости и требуемых потребительских характеристик. ЛКМ, не содержащие наполнителя (лаки, пропиточные составы), получают в смесителях с лопастными или якорными мешалками путём растворения плёнкообразующих веществ в смеси растворителей. Грунтовки, краски, эмали – путём диспергирования (измельчения) пигментов и наполнителей в плёнкообразующих веществах, которое проводят в бисерной или шаровой мельнице, на валковых краскотёрочных машинах. Высоконаполненные вязкие материалы (шпатлёвки) изготавливают в горизонтальных смесителях с Z-образными лопастями.

Методы нанесения

Важными стадиями в применении ЛКМ являются их нанесение и отверждение (сушка). К ручным способам нанесения относятся окраска кистью и валиком. Среди механизированных способов нанесения выделяют группу методов, предполагающих превращение ЛКМ в аэрозоль: пневматическое, безвоздушное, аэрозольное и электростатическое распыление.

Метод пневматического нанесения

В промышленности и строительстве наиболее распространён метод пневматического распыления, который обеспечивает в 4–5 раз более высокую производительность, чем ручное нанесение, даёт возможность получать лакокрасочные покрытия высокого качества на изделиях различной формы. Для нанесения этим методом требуется значительное разбавление ЛКМ растворителями, при окраске также происходят большие потери, что ухудшает экологию.

Методы безвоздушного распыления и распыления в электрическом поле

Более прогрессивен метод безвоздушного распыления, позволяющий наносить ЛКМ с их исходной вязкостью, в том числе очень высоковязкие составы (при подогреве).

Метод безвоздушного распыления краски.Метод безвоздушного распыления краски.В промышленности также распространён метод распыления в электрическом поле высокого напряжения (около 100 кВ), при котором заряженные частицы ЛКМ осаждаются на поверхности изделия, имеющей противоположный заряд. Для нанесения этим методом пригодны ЛКМ с удельным объёмным электрическим сопротивлением 5 · 10⁶–5 · 10⁷ Ом · см и диэлектрической проницаемостью 6–11. Эти параметры ЛКМ достигаются за счёт применения соответствующих растворителей или поверхностно-активных добавок.

Другие методы нанесения

Нанесение краски методом окунания.Нанесение краски методом окунания.Другие методы нанесения предполагают непосредственный контакт ЛКМ с окрашиваемым изделием. Для окраски на конвейерных поточных линиях часто применяют методы окунания или облива. Эти методы целесообразно использовать для нанесения водоразбавляемых ЛКМ, т. к. для заполнения ванны требуется большой объём ЛКМ, что создаёт повышенную пожароопасность производства. Для нанесения водоразбавляемых ЛКМ, в частности в автомобильной промышленности, широко применяется метод электроосаждения, при котором окрашиваемое изделие является анодом, а корпус ванны – катодом.

Методы сушки

Инфракрасная сушка.Инфракрасная сушка.Столь же разнообразны методы сушки ЛКМ. В зависимости от химической природы плёнкообразующих веществ и технологических особенностей производства применяют холодную сушку (15–25 °С), конвективную при повышенной температуре, терморадиационную, под действием УФ, ИК или электронного излучения и др.

Развитие

Современными направлениями разработки ЛКМ являются создание материалов с пониженным содержанием растворителей, воднодисперсионных, порошковых, УФ-отверждаемых и других экологически безопасных и ресурсосберегающих типов, использование достижений нанотехнологий.