Научно-технический портал «Технарь»

Общие сведения. Пигменты и наполнители

Общие сведения

Лакокрасочные материалы используют для приготовления красочных составов, которые в вязко-жидком состоянии наносят тонкими слоями (60...500 мкм) на поверхность отделываемой конструкции (бетон, дерево, металл). В результате отвердевания красочных составов образуется    твердая цветная   пленка, которая   прочно сцепляется с отделываемой поверхностью (основанием) и называется лакокрасочным или малярным покрытием.

Такие покрытия дают возможность защитить материал конструкций от вредного воздействия окружающей среды и, следовательно, повысить их долговечность; получить архитектурно-художественный эффект; улучшить санитарно-гигиенические условия в помещениях. Некоторые лакокрасочные покрытия имеют специальное назначение (например, антисептические и огнезащитные краски для дерева). Чаще всего лакокрасочные покрытия служат одновременно для нескольких целей.

Лакокрасочные покрытия обычно состоят из грунтовочного, подмазочного, шпаклевочного и окрасочного слоев, каждый из которых имеет свое особое назначение. Основным назначением грунтовочного слоя является улучшение сцепления последующих слоев с основанием. Подмазочные слои служат для заполнения сравнительно крупных углублений на поверхности основания. Шпаклевочный слой предназначен для выравнивания поверхности. Один или несколько окрасочных слоев создают тонкую пленку заданного цвета. В зависимости от характера основания и назначения окраски некоторых слоев может и не быть, но всегда есть красочный слой (слои).

Основными компонентами лакокрасочных составов являются пигменты и связующие вещества, кроме них в лакокрасочные составы могут входить наполнители, растворители и разбавители.

Пигменты и наполнители

Пигменты (их называют также сухими красками) — тонкодисперсные цветные порошки, нерастворимые в олифе, воде и органических растворителях.

Цвет лакокрасочного покрытия зависит от пигментов. При тщательном перемешивании пигментов со связующими они дают нерасслаивающиеся суспензии, которые называют красочными составами (красками).

Окраска пигментов возникает благодаря избирательному поглощению кристаллической решеткой пигмента волн той или другой длины. В результате пигмент кажется окрашенным в цвет, который дополняет поглощенный. Вещества, присутствие которых обусловливает окраску пигментов, называют хромофорами («носителями цвета»).

От пигментов в известной мере зависит также и долговечность малярного покрытия, так как они, подобно заполнителям, в строительных растворах и бетонах уменьшают объемные деформации в красочной пленке в процессе ее твердения и при эксплуатации.

В строительстве применяют главным образом неорганические пигменты (природные и искусственные), которые в большинстве случаев состоят из солей или оксидов металлов, а также некоторые металлические и органические пигменты.

 Дисперсность пигмента влияет на все его основные свойства. Чем мельче частицы пигмента, тем выше его укрывистость и красящая способность (до достижения оптимальной степени дисперсности). Полифракционный состав пигмента позволяет получить плотное красочное покрытие при минимальном расходе связующего вещества. Природные пигменты, получаемые путем измельчения и отмучивания горных пород, состоят из частиц размером 0,5...40 мкм. Искусственные неорганические пигменты, получаемые в результате химических реакций, отличаются от природных большей дисперсностью и состоят из частиц размерами 0,1...2 мкм.

Красящая способность, или интенсивность, пигмента характеризуется его способностью передавать свой цветовой тон при смешивании с белым пигментом. Чем больше красящая способность пигмента, тем меньше его нужно для получения окраски яркого тона.

 Укрывистость, или кроющая способность, пигмента характеризуется расходом (в г на 1 м2 окрашиваемой поверхности), необходимым для того, чтобы закрыть слой контрастных красок (например, черные и белые полосы), заранее нанесенных на стекло.

Чем меньше расход пигмента, тем выше его укрывистость. Укрывистость зависит от разности показателей преломления света пигментом и связующим веществом. Чем больше эта разность, тем выше укрывистость краски. Различие в красящей способности разных пигментов не связано с их кроющей способностью. На-прпмер, высокоинтенсивный пигмент — лазурь — обладает очень невысокой укрывистостью, а высокоукрывнстый пигмент — свинцовый сурик — сравнительно невысокой красящей способностью.

Маслоемкость пигмента характеризуется количеством (в %) олифы, необходимым для превращения 100 г пигмента в однородную суспензию рабочей вязкости. Чем меньше олифы требует пигмент, тем дешевле краска и тем более стойким будет покрытие, так как окраска разрушается главным образом из-за неизбежного старения пленки.

Светостойкость пигментов — способность не менять цвет под действием ультрафиолетовых лучей. Большинство природных пигментов светостойки. Некоторые органические пигменты на свету быстро обесцвечиваются («выцветают») или изменяют свой цвет.

Атмосферостойкость пигментов — способность выдерживать, не разрушаясь и не изменяя цвета, многократные чередования увлажнения и высыхания, замерзания и оттаивания, а также воздействие кислорода, сернистых газов и других  атмосферных   реагентов. Это свойство   особенно важно для пигментов,  применяемых для окраски наружных конструкций.

Химическая стойкость пигментов — способность противостоять действию кислотной или щелочной среды без изменений цвета и видимых разрушений. В зависимости от условий эксплуатации подбирают щелоче- или кислотостойкие пигменты. Пигменты, не обладающие щелочестойкостыо, нельзя применять при окраске све-жей известковой штукатурки и свежего бетона, а также в красочных составах на основе известковых или силикатных вяжущих.

Антикоррозионные свойства пигмента характеризуются его способностью давать (в сочетании с соответствующим связующим) покрытия, надежно защищающие стальные поверхности от окисления. Эти свойства очень важны для пигментов, применяемых для окраски металлических конструкций.

Огнестойкость пигмента — способность выдерживать действие высоких температур без изменения цвета и разрушения. Огнестойкость пигментов следует учитывать при окраске отопительных систем и тепловых установок.

Безвредность пигмента. Некоторые пигменты ядовиты. Особая осторожность соблюдается при применении   пигментов, содержащих  соединения   свинца, меди.

Природные неорганические пигменты

Их получают механической переработкой (измельчением, отмучиванием и т. п.) горных пород, содержащих яркоокрашенные минералы. Производство их сравнительно несложно, а стойкость высокая (все они щелочестойки и почти все светостойки), поэтому их применяют для наружной окраски, а также для получения цветных бетонов. Однако по разнообразию и яркости для получения цвета природные пигменты значительно уступают искусственным неорганическим и особенно органическим пигментам.

К этой группе пигментов относят мел, железоокисные пигменты (охру, мумию природную, сурик железный), марганцовистые пигменты  (умбру, пиролюзит), графит.

Мел — самый дешевый пигмент белого цвета; широко применяется в клеевых красках.

Окраска железоокисных пигментов зависит от вида и количества содержащихся в них оксидов железа.

Охра состоит из глины, окрашенной в желтый цвет различных оттенков оксидами железа, содержание которых составляет 11...18 %. Охра является одним из самых распространенных и дешевых пигментов. Она широко применяется для наружных и внутренних окрасок.

Рис.1. Краска с охрой

 Природная мумия представляет собой тонкодисперсный порошок глины, окрашенный в красный цвет разных оттенков оксидами железа, содержание которых составляет 20...70 %. Это один из самых дешевых пигментов. Ее применяют для окрасок по металлу, дереву и штукатурке.

Сурик железный — пигмент коричнево-красного цвета, содержащий 75...90 % оксида железа. Обладает высокой стойкостью ко всем воздействиям; один из самых дешевых пигментов. Сурик железный особенно широко применяют для окраски стальных кровель.

Умбра — пигмент коричневого цвета различных оттенков. Умбра состоит из глины, окрашенной оксидами железа (не менее 48%), и марганца (7...14%). Ее широко применяют в строительстве, особенно в клеевых красках.

Рис.2. Краска с умброй

Перекись марганца (пиролюзит) МпО2 — пигмент черного цвета: получают из марганцовой руды. Перекись марганца широко используют как в клеевых, так и в масляных красках, особенно для окраски изделий из чугуна.

Графит — пигмент черного цвета с сероватым оттенком и характерным жирным металлическим блеском, содержащий 70...94 % углерода. Обладает высокой устойчивостью к действию различных химических реагентов. Графит используют в масляных красочных составах.

Искусственные неорганические пигменты

Их получают из минерального сырья путем сложной химической переработки. Ниже описаны искусственные неорганические пигменты, наиболее часто применяемые в строительстве.

 Белыми пигментами являются известь, белила цинковые, титановые, литопоновые, свинцовые.

Известь в красочных составах является одновременно связующим веществом и пигментом. Употребляется преимущественно для окраски фасадов.

Цинковые белила (ZnO) обладают невысокой атмосферостойкостью, растворимы в кислотах и щелочах. Применяют их в основном для внутренней окраски по дереву, металлу, штукатурке.

Рис.3. Белила цинковые марки БЦ0М ГОСТ 202-84

Титановые  белила  (TiO2) в щелочах и кислотах нерастворимы, обладают высокой свето и атмосферостойкостью, совершенно нетоксичны. Их широко применяют как для внутренней, так и для наружной окраски.

Литопон (ZnS-BaSO4) растворим в кислотах, не обладает коррозионной стойкостью и атмосферостойкостью. Литопон применяют преимущественно для внутренней окраски.

Свинцовые белила (2РbСОз-Рb (ОН)2) обладают большой укрывистостыо, высокой свето- и атмосферостойкостью, а также высокими антикоррозионными свойствами. Недостатком их является высокая токсичность, в связи с чем их редко применяют в строительстве.

Желтые пигменты — это соли хромовой кислоты, обычно называемые «кронами» от искаженного слова «хром».

Крон цинковый желтый (ZnCrO4) обладает большой свето- и антикоррозионной стойкостью. Применяют его в масляных красках для окраски металлических конструкций.

Кроны свинцовые желтые (РbСгО4) различных оттенков от лимонного до оранжевого обладают высокой укрывистостью и антикоррозионными свойствами. Под действием сероводорода темнеют, под действием щелочей краснеют, токсичны. Применяют редко для окрасок по дереву, металлу и штукатурке.

Синие пигменты — это ультрамарин и лазурь малярная.

Ультрамарин—синий пигмент, обладающий средней светостойкостью и хорошей щелочестойкостью. Его применяют в масляных и известковых красках и для подцветки белых красок.

Рис.4. Пигмент ультрамарин в порошке

Лазурь малярная — интенсивный синий пигмент, атмосфероустойчив, но не устойчив к действию щелочей и высоких температур (меняет цвет на коричневый). Применяют лазурь с масляными и полимерными связующими для окраски по дереву и металлу.

Зеленые пигменты, применяемые в строительстве, весьма многочисленны. Чаще других используют зелень свинцовую, хромовую и цинковую и оксид хрома.

Зелень свинцовая хромовая — механическая смесь желтых свинцовых кронов с лазурью и наполнителем. По техническим свойствам она аналогична свинцовым кронам, т. е. обладает высокой красящей способностью и укрывистостью, светостойка и стойка к коррозионным воздействиям, но не щелочестойка. Применяют   ее для окрасок по металлу, дереву и штукатурке.

Зелень цинковая разнообразных оттенков от желтовато-зеленого до сине-зеленого представляет собой смесь цинкового желтого крона с лазурью и наполнителем. Обладает высокой атмосферостойкостью и антикоррозионными свойствами. Применяют цинковую зелень в масляных красках — по металлу и дереву, в клеевых — по штукатурке.

Оксид хрома (Сг2Оз)—высококачественный пигмент, обладающий светостойкостью, щелоче- и кислотостойкостью, стойкостью к действию высоких температур. Его можно смешивать с любыми другими пигментами и применять со всеми видами связующих.

Рис.5. Оксид хрома

Красные пигменты многочисленны и разнообразны по свойствам. В строительстве наиболее часто применяют мумию искусственную, крон красный, сурик свинцовый, редоксайд.

Мумия искусственная — смесь обожженного сернокислого кальция и оксида железа. Она является светостойким пигментом с высокой красящей способностью н большой укрывистостью. Применяют мумию для окрасок по дереву и штукатурке.

Крон красный [РbСг2О4-Рb(ОН)2]—пигмент ярко-красного цвета; обладает хорошей светостойкостью и высокими антикоррозионными свойствами; применяют для окрасок по металлу.

Сурик свинцовый (Рb3О4) — пигмент от ярко-оранжевого до красного цвета; обладает высокой щелочестойкостью и пониженной кислостойкостыо. Особенно высоки антикоррозионные свойства свинцового сурика, благодаря чему его применяют для красок по стали, подвергающейся длительному воздействию воды.

Рис.6. Сурик свинцовый

Редоксайд — железоокисный пигмент, устойчивый к действию щелочей. Применяют для окрасок по дереву, штукатурке.

В качестве черного пигмента в строительстве применяют различные сажи. Сажа—продукт неполного сгорания органических веществ, имеет высокую кроющую и красящую способность, устойчива к действию кислот и щелочей. Применяют сажу во всех красках, кроме красок по черному металлу, так как она стимулирует развитие коррозии.

Металлические пигменты. Для окраски металлических конструкций часто применяют металлические порошки: пудру алюминиевую (тонкий порошок металлического алюминия) и пудру золотистую (тонкий порошок металлической бронзы), обладающие высокой свето- и атмосферостойкостью и антикоррозионными свойствами.

Органические пигменты. Эти пигменты представляют собой органические синтетические красящие вещества. Они обладают высокой красящей и кроющей способностью, чистым и ярким цветом. Органические пигменты свето- и атмосферостойки, однако щелочестойкость у них недостаточно высокая. Они пока дороги и дефицитны.

В строительстве применяют следующие органические пигменты: желтый светопрочный, красный, оранжевый, алый, голубой фталоцианитовый, зеленый фталоцианитовый и др.

Для экономии пигментов с высокой красящей способностью их разбавляют белыми наполнителями. Наполнители также повышают прочность, огнестойкость и другие свойства красочных составов. Для наружной окраски лучшими наполнителями являются тонкие порошки тяжелого шпата (BaSO4) и талька. Для внутренней отделки применяют более дешевые наполнители — тонкомолотые мел, известняк, гипс.