Характеристики красок

Лакокрасочными материалами (ЛКМ) называют непрозрачные суспензии пигментов и наполнителей в растворе или дисперсии пленкообразующего вещества с добавлением функциональных и технологических добавок. Суспе?нзия, или взвесь (лат. suspensio, буквально — подвешивание) — смесь веществ, где твёрдое вещество распределено в виде мельчайших частичек в жидком веществе во взвешенном (неосевшем) состоянии.

1. Состав

Большинство лакокрасочных материалов, которые включают в себя не только лаки и краски, но эмали, грунтовки, шпаклевки изготавливаются по единой схеме компонентов. Они должны содержать:

• плёнкообразователи или связующую основу, то есть тот материал, который приводит к образованию пленки на поверхности;
• пигмент, который придает материалу первоначальный цвет;
• наполнитель, который экономит пигмент и задает продукту физические свойства, такие как прочность, блеск, свойства при нанесении;
• растворители и специальные добавки - пожаростойкий пеногаситель, фунгицидные вещества, защищающие материал от плесени и грибков.

От того насколько качественно подобраны и смешаны компоненты, напрямую зависит и уровень самого продукта. Краска уважающего себя производителя содержит от 8 до 20 компонентов. Надо отметить, что хорошие компоненты обходятся производителям довольно дорого, поэтому они вынуждены держать довольно высокие цены.

Значение плёнкообразователя - связывать все компоненты краски и сцеплять ее с подложкой. Основные характеристики краски, ее стойкость и адгезия к подложке зависят, в первую очередь, от плёнкообразователя или, проще говоря, от связующего. Связующее влияет на стойкость, срок службы покрытия в разных условиях эксплуатации, блеск и время высыхания, а также малярные свойства.

Для улучшения адгезии, эластичности и других свойств полимерных материалов в состав полимерной пленки вводятся специальные функциональные группы. Последний способ реализуется либо за счет сополимеризации связующего, либо вводом добавок при производстве непосредственно краски. Таким образом, сополимер синтетической смолы - это полимер, в состав макромолекул которого входят различные мономерные звенья, что позволяет управлять эксплуатационными свойствами полимеров в широких пределах.

Грамотно выбирая второй компонент, можно, например, уменьшить стоимость дисперсии, не ухудшив ее потребительских свойств. Это относится в первую очередь к краскам на основе стиролакрилатов, винилакрилатов и винилацетатов. Используется также термин терполимер для названия полимера, полученного из трёх мономеров. По химической природе связующего, все краски делятся на следующие основные типы: масляные, алкидные, эпоксидные, эмульсионные, силикатные.

Пигменты представляют собой мелкозернистые красители, которые “отвечают” за укрывистость и цвет краски. Цветными наполнителями обычно являются: флоковые частицы, чипсы, натуральная и колерованная каменная крошка или кварцевый песок, нерастворимые в воде пигментированные частицы с цветными красителями. Цветные пигменты традиционно разделяют на органические и неорганические.

Наполнитель — это целевая добавка. Природные неорганические наполнители, используемые для лакокрасочных материалов, получают путем измельчения, обогащения, термической обработки горных пород и минералов. Наполнителями для ЛКМ могут служить:

• каолин (глина);
• микрокальцит (молотый мрамор, карбонат кальция кристаллический)
• тальк (микротальк, тальк технический)
• мел, слюда и др.

Так, при введении в систему талька, частички которого имеют плоскую форму, материал не только упрочняется, но и повышается его атмосферостойкость. Молотая слюда улучшает термостойкость, препятствует растрескиванию пленки при высоких температурах.

Условно, растворяющие вещества можно подразделить на растворители и разбавители. В чем принципиальное различие? Растворитель растворяет связующее и одновременно понижает вязкость, то есть увеличивает текучесть краски. Разбавитель только понижает вязкость. Производитель обязан указать подходящий для данного типа краски растворитель. По типу растворителя лакокрасочные материалы классифицируют на два класса: водно-дисперсионные и органорастворимые.

Для повышения технологических и эксплуатационных характеристик красок используют различные добавки. Эти добавки (стабилизаторы, эмульгаторы, антисептики, фунгицидные добавки, и т.д.) содержатся в красках в очень небольших количествах, но они могут решающим способом улучшить те или иные свойства покрытия. К тому же их стоимость существенно сказывается на цене конечного продукта.

2. Характеристики.

Перечислим основные показатели лакокрасочных материалов:

• Укрывистость.
• Расход краски.
• Степень глянца.
• Устойчивость к мокрому истиранию.
• Перетир или максимальный размер зерна.
• Атмосферная стойкость.
• Светостойкость.
• Гидрофобность.
• Тиксотропность.
• Адгезия.
• Экологичность.

Укрывистость - это способность лакокрасочных материалов при нанесении на подложку скрывать цвет поверхности. Укрывистость проверяется нанесением ЛКМ на поверхность, где чередуются черно-белые участки, до полного исчезновения разницы в оттенке между ними. В соответствии с ГОСТ, укрывистость выражается в граммах количества высохшего лакокрасочного материала, требуемого для укрытия одного квадратного метра подложки. Укрывистость краски зависит от многих параметров, но в первую очередь от разности показателя преломления связующего и пигмента, связующего и наполнителя, от размера частиц наполнителя и пигмента, а также от количества последнего. Чем выше укрывистость, тем меньше расход краски.

В соответствии с немецким стандартом DIN EN 13300 градация по классам укрывистости осуществляется на основании данных производителя об укрывистости краски при закрашивании черно-белого основания (шахматки). Контрастное соотношение определяет отличие окрашенной поверхности с черным основанием относительно окрашенной поверхности с белым основанием.

Расход краски показывает, какое количество жидкой краски необходимо для укрывания одного квадратного метра обыкновенной поверхности. Так как поверхность может быть впитывающей и не впитывающей, иметь разный цвет и т. д., расход всегда колеблется в определённых рамках (от и до). Расход, безусловно, связан с укрывистостью краски.

Простейший способ расчёта расхода краски, при известной укрывистости и сухом остатке, приводится ниже.

Укрывистость – 180 г/м2.

Сухой остаток – 60%.

Расход = (Укрывистость / Сухой остаток) * 100%.

Расход = 300 г/м2.

Для расчёта расхода на однослойное покрытие необходимо полученную цифру разделить на два (150 г/м2) и определить рамки колебания расхода от типа поверхности (+/- 20%). Таким образом, расход на однослойное покрытие равен 120 – 180 г/м2.

Степень глянца.

При попадании света на лакокрасочное покрытие часть света диффузно рассеивается, а часть отражается под тем же углом; отношение интенсивности отраженного света к интенсивности всего рассеянного дает качественную характеристику глянцу.

В категорию “полуглянцевый” входит также и “полуматовый” и “шелковистый блеск”, которые отличаются меньшим глянцем, чем “полуглянцевый”. Такие свойства покрытий как стойкость к мытью и истиранию, легкость уборки, возможность применения моющих средств, и т.п. выше у глянцевых красок.

Устойчивость к мокрому истиранию.

Устойчивость покрытия к мокрому истиранию проверяется по DIN 13300 (немецкий стандарт) следующим образом:

- наносится слой материала толщиной 250 мкм;

- измеряется толщина высохшего слоя;

- специальная губка проходит в обе стороны по поверхности материала ровно 200 раз;

- измеряется толщина оставшегося слоя.

По величине стёртого губкой слоя материалы делятся на классы.

Перетир или максимальный размер зерна - параметр, характеризующий размеры частиц пигмента в красках.

Атмосферная стойкость - свойство лакокрасочного покрытия, определяющее устойчивость декоративных и эксплуатационных свойств к разрушающему воздействию различных климатических факторов: дождь, солнце, ветер, высокие и низкие температуры. Лакокрасочные материалы анализируют на атмосферостойкость при помощи натурных испытаний, или при ускоренных испытаниях в климатических камерах, где один цикл испытаний состоит из попеременного воздействия на образец УФ-излучения, высокой и низкой температуры и различной относительной влажности, а также парами сероуглерода.

Светостойкость - способность краски противостоять воздействию солнечного света и в особенности ультрафиолета (длина волны ультрафиолетового излучения 270-400 нм). Применяется, в основном, к связующему, определяя его пригодность для наружного использования. Помимо выцветания пигментов, что определяется их цветоустойчивостью, может происходить разрушение лакокрасочной пленки, что, чаще всего, выражается в пожелтении и помутнении краски и лака. Светоустойчивость может быть откорректирована использованием специальных добавок УФ-абсорберов.

Гидрофобность – свойство лакокрасочного покрытия, характеризующее склонность пленки не смачиваться водой и полярными растворителями. Гидрофобность характеризует только поверхность покрытия и может быть усилена применением гидрофобизирующих добавок, восков. Гидрофобность коррелируется со свойствами водопоглощения и атмосферной стойкости, что очень важно для фасадных красок.

Тиксотропность – способность материала восстанавливать свои физические свойства после внешнего воздействия. Тиксотропная краска не стекает с вертикальной поверхности. При перемешивании она становится довольно жидкой, резко понижается вязкость краски, но после прекращения перемешивания, краска тут же становится гуще. Так же тиксотропная краска ведет себя при распылении, она довольно легко проходит через распылитель, но при попадании на поверхность происходит резкое возрастание вязкости.

Адгезия – прилипание лакокрасочного покрытия к окрашиваемой поверхности, одна из основных характеристик ЛКМ. Адгезия может иметь механическую, химическую или электромагнитную природу и измеряется силой отрыва на единицу площади. Для улучшения адгезии полимерных материалов к подложке в состав полимерной пленки вводятся специальные функциональные группы.

Экологичность - это безвредность для здоровья и окружающей среды. В последнее время в линейке каждого производителя появляются материалы, изготовленные с использованием экологически чистых компонентов, так называемые «Зеленые краски». Они совершенно не выделяют вредных испарений. Эти краски рекомендуют использовать в помещениях, где будет жить ребенок или человек страдающий аллергией. Во многих европейских странах действует целый ряд законодательных и нормативных актов, ограничивающих применение материалов изготовленных с использованием вредных веществ, для внутренних работ. Поэтому большинство серьезных производителей постепенно исключают вредные компоненты (пусть, даже если их влияние еще недостаточно изучено) из состава своей продукции. Во всяком случае, держа в руках краску для внутренних работ, изготовленную в Западной Европе или США, вы можете смело утверждать, что в ней отсутствуют ртуть, цинковые белила, свинец, соединения кадмия, хлорированные фенолы - словом, вещества, крайне негативно влияющие на самочувствие и здоровье человека. Большинство производителей, при производстве экологической серии краски, присваивают ей специальное обозначение, помогающее потребителю понять, что перед ним экологически безопасный продукт. Экологически чистые краски под торговой маркой Tex-Color® обозначают знаком “ELF” и “Голубой ангел”.

3. Виды красок

По химической природе связующего, все краски делятся на несколько типов. Рассмотрим некоторые из них, а именно: алкидные, водно-дисперсионные, силикатные.

Алкидные краски.

Их связующим элементом является алкидная смола. Понятие Alkyd было введено в 1927 г. и происходит из сокращения двух слов: alkohol und acid. (спирт и кислота). Алкидную смолу получают в результате варки растительных масел (льняного, талового, соевого и др.) вместе с кислотами. Эластичность покрытия напрямую зависит от жирности алкидной смолы. Специальные добавки – сиккативы – регулируют скорость высыхания алкидных смол. Алкидные краски разбавляют олифой, скипидаром, уайт-спиритом (очищенным керосином).

Положительными свойствами алкидных красок являются:

• самоотверждение при комнатной температуре в виде однокомпонентных систем;
• очень широкий спектр совместимости и растворимости;
• возможность практически безгранично изменять свойства, выбирая соответствую-щие исходное сырье и условия синтеза;
• хорошее смачивание пигментов;
• хорошая способность к растеканию, приводящая к качественному распределению ЛKMпо поверхности;
• сравнительно низкая стоимость.

Алкидные краски служат для защиты поверхностей от коррозии как внутри, так и снаружи здания. Они хорошо подходят для покрытия дерева или металла, могут использоваться как в помещении, так и на открытом воздухе. Алкидные краски подходят для окрашивания дверей, оконных рам, мебели, батарей отопления. Часто они используются для окраски стен и потолков в кухнях, ванных комнатах. Для окраски некоторых поверхностей, в том числе радиаторов, алкидные краски подходят исключительно. Они образуют покрытие более плотное и прочное, чем водно-дисперсионные составы.

Эти краски нетоксичны, свето- и водоустойчивы, время высыхания у них гораздо меньше, чем у масляных красок.

Недостатками алкидных красок являются:

• пожароопасность;
• неудовлетворительная химическая стойкость (особенно к щелочам);
• повышение хрупкости и пожелтение со временем (даже в отсутствие света);
• сравнительно быстрая потеря блеска (с мелением);
• сравнительно медленное высыхание (особенно при высоком содержании остатков жирных кислот).

По экологичности они уступают водно-дисперсионным краскам. Специфический запах краски сохраняется и после высыхания. В некоторых случаях непроницаемость для паров воды тоже является их недостатком. Алкидные краски обладают высокой атмосферостойкостью. Как правило пленка эмали устойчива к изменению температуры от минус 50?С до плюс 60?С. Краскимогут быть глянцевыми, матовыми, полуматовыми. Так, например, для наружных работ предпочтение следует отдавать глянцевым алкидным краскам, поскольку срок службы глянцевой алкидной краски на 20% выше, чем у других алкидных красок. Алкидная краска обладает достаточной стойкостью к истиранию. Благодаря этим своим свойствам алкидная краска подходит для окрашивания не только стен и потолков, но и для пола.

Водно-дисперсионные краски.

Водно-дисперсионная краска (старое название водно-эмульсионная краска)— это водный состав, в котором в качестве связующего используются водные дисперсии:

• винилацетатных (ПВА);
• акриловых;
• бутадиен-стирольных (латексных);
• силоксановых и силиконовых;
• полиуретановых сополимеров.

Дисперсия – это взвесь твердых частиц в жидкостях.

Водно-дисперсионные краски разводятся водой (не растворяются). Их связующая основа и красящие частицы распределены в водной среде, образуя устойчивую дисперсию. В процессе испарения воды они сближаются и при наступлении контакта прилипают друг к другу, образуя пленку. Краска после высыхания водой не смывается. Зато от неё легко отмыть руки и инструменты (пока она не высохла).

Водно-дисперсионные краски относятся к числу наиболее экономичных и удобных в нанесении продуктов. Они легко наносятся на поверхность, в том числе влажную, методами распыления, налива, а также валиком, кистью и высыхают при обычных температурах, образуя матовые, пористые, паро- и воздухопроницаемые плёнки. Краски имеют хорошую укрывистость. В интерьерах они применяются, в основном, для окрашивания стен и потолков.

Водно-дисперсионные составы практически не содержат органических растворителей, поэтому они не имеют запаха и экологически чисты.

Как правило, водно-дисперсионные материалы теряют свои свойства при замерзании, поэтому в холодное время они должны храниться в отапливаемых помещениях.

Краски на основе ПВА

Дисперсии на основе гомополимера винилацетата не применяются больше в ЛKM из-за относительно высокой хрупкости пленок и низкой стойкости к гидролизу. Сопо¬лимеры же со сложными виниловыми эфирами высших карбоновых кислот, акрилатами или этиленом позволяют получать пленки с превосходными эластич¬ностью, атмосферо- и водостойкостью и широко используются в водоэмульсионных красках и штукатурках на основе синтетических смол.

Дисперсии сополимеров винилацетата с этиленом обладают способностью к пленкообразованию даже при пониженных температурах, а пленки на их основе обладают светостойкостью, а также сравнительно устойчивы к щелочному гидролизу.

Сополимеры такого состава по свойствам напоминают каучуки. Сополимер винилацетата с этиленом легкий и упругий материал, обладающий хорошими амортизирующими свойствами, превосходит полиэтилен по прозрачности и эластичности при низких температурах, обладает повышенной адгезией к различным материалам. Сополимеры этилена и винилацетата – это уникальные продукты, которые, по мере увеличения содержания ацетатных фрагментов, демонстрируют весь спектр свойств, характерных для перехода от полиэтилена к поливинилацетату.

Акриловые краски.

Водоразбавимые краски на акриловой основе являются самыми популярными, эти краски имеют более широкий диапазон использования, ими можно красить не только потолок, но и стены. Они не боятся влажной уборки, имеют хорошую стойкость к истираемости, поэтому ей можно красить во влажных помещениях. Еще одним преимуществом акриловых красок является большой выбор цветов для колеровки, от светлых до темных. Акриловые краски хорошо сохраняют цвет и выдерживают интенсивное УФ-излучение. К тому же они просты в применении и быстро высыхают. Для получения качественного финишного покрытия достаточно нанести на поверхность два слоя. При этом покрытие оказывается не только «дышащим» (что позволяет успешно применять эти краски для минеральных поверхностей), но и достаточно эластичным. Помимо этого, оно имеет отличную адгезию к окрашиваемой поверхности, обладает повышенной стойкостью к мытью и мокрому истиранию. Только акрилы позволяют изготавливать краски с высокой эластичностью, с водоотталкивающими свойствами и одновременно высокой паропроницаемостью. Подходят для щелочных оснований.

Латексные краски.

Основным преимуществом латексных красок перед другими водоразбавимыми красками является: повышенная стойкость к влажному истиранию, возможность получения шелковисто матовых поверхностей, и возможность покрывать основание тонким слоем.

Все это дает возможность, производить окраску стен по обоям и фактурной штукатурке, сохраняя их фактуру.

Латексные краски отличаются по степени глянца готовой поверхности. При этом краска с большей степенью глянца является более стойкой к влажной уборке. Но у глянцевой краски есть минус, она выявляет все неровности стены, поэтому если вы решили использовать такую краску, необходимо позаботиться о хорошей подготовке стены.

Силоксановые и силиконовые краски - наиболее современные фасадные краски, сочетающие в себе практически все лучшие свойства акриловых и силикатных красок. Связующим веществом в них являются эмульгированные кремнийорганические смолы.
CH3 CH3
-Si-O-Si-O-…
CH3 CH3
Кремнийорганическая цепочка, состоящая из чередующихся атомов кремния и кислорода, называется силоксан. Молекулы, содержащие несколько связанных между собой цепочек силоксана, называются полисилоксан или силикон.

Различие между силиконовыми и силоксановыми материалами заключаются в следующем. Силоксановые материалы содержат акриловые смолы с добавлением небольшого количества (в большинстве случаев около 1%) силоксанового наполнителя. Силоксан, служит преимущественно только для отталкивания воды и увеличения паро- и газопроницаемости. Во время высыхания слоя материала молекулы силоксана всплывают на поверхность и образуют водоотталкивающий слой. Вследствие того, что они находятся на поверхности, ультрафиолетовый свет и атмосферные воздействия постепенно разрушают их (примерно за 3 – 5 лет).

Силиконовые краски, напротив, содержат эмульсию силиконовой смолы т.е. настоящее силиконовое вяжущее средство (обычно 2% - 5%). При высыхании силиконовая эмульсия распределяется по всему объёму плёнки, обеспечивая уникальными свойствами весь объём материала, а не только его поверхность. Силиконовая эмульсия не разрушается ультрафиолетовым излучением и не поддается атмосферным воздействиям.

Силиконовые краски обладают паропроницаемостью, сопоставимой с силикатными красками, в сочетании с высокой степенью гидрофобности. В отличие от силикатных красок, они образуют несмачиваемую водой поверхность, на которой дождевая вода остается каплями, не промачивая основание. Плёнка, образуемая силиконовыми красками, обладает наивысшей эластичностью и не вызывает поверхностных напряжений на подложке, и, следовательно, не образует микротрещин.

После высыхания краски поверхность выглядит, как натуральный природный материал. Структура пленки обладает способностью к самоочищению. Силиконовые покрытия обладают хорошей адгезией, хорошо пропускают углекислый газ и отталкивают воду, обеспечивают защиту от УФ-излучения, обладают большой эластичностью, а значит, и долговечностью. Их можно наносить практически на все имеющиеся в строительной практике подложки. В отличие от акриловых полимеров, силиконовые смолы не термопластичны, то есть не смягчаются при повышении температуры и электрически нейтральны. В сочетании с высокими водоотталкивающими свойствами это означает, что поверхность, окрашенная силиконовыми красками, практически не загрязняется. Силиконовые краски подходят практически для всех типов минеральных поверхностей. Они также хорошо совместимы как с минеральными, так и с акриловыми или латексными красками. Считается, что силиконовыми красками можно перекрашивать даже старые силикатные и известковые покрытия. Важнейшим отличием силоксановых красок от акриловых является их устойчивость к щелочам.

Силиконовые покрытия, также как и силикатные, не поддерживают развитие микроорганизмов. Поэтому они не нуждаются в применении специальных фунгицидных и альгицидных добавок, которые необходимы в акриловых красках. Работа с силоксановыми и силиконовыми красками практически не требует мер предосторожности – в отличие от силикатных красок, они не агрессивны.

Их единственный недостаток - это высокая стоимость.

Полиуретановые краски.

Полиуретановые лакокрасочные материалы бывают одно- и двухкомпонентными.

Двухкомпонентные краски отверждаются путем химической реакции. Однокомпонентные краски отверждаются влагой атмосферного воздуха и представляют собой обычные краски, модифицированные полиуретаном.

Однокомпонентные полиуретановые краски не являются конкурентом двухкомпонентных, однако, они тоже обладают замечательными свойствами:

• они обладают исключительно хорошей адгезией;
• быстро сохнут;
• образуют на поверхности покрытие и твердое, и эластичное одновременно;
• имеют повышенный уровень износостойкости и способны противостоять механическим нагрузкам, в том числе ударным;
• они успешно противостоят давлению, воздействию воды, повышенной температуры, светостойки и морозоустойчивы;
• малочувствительны к химическим воздействиям, в том числе частому применению моющих средств или масел;
• обеспечивают коррозийную защиту поверхностей из металла.

К тому же такие ЛКМ не имеют ядовитого запаха. Это самые лучшие и наиболее долговечные краски. Термические качества полиуретанового покрытия открыли ему широкую дорогу для использования при производстве мебели и ламинированного паркета.

Силикатные и дисперсионно-силикатные краски.

Силикатные краски в принципе можно разделить на две группы:

1. Двухкомпонентные силикатные краски (2К, именуемые также чисто силикатными красками), состоящие из жидкого калиевого стекла, пигментов и наполнителей. Они не содержат органических компонентов.
2. Дисперсионно-силикатные краски на основе жидкого калиевого стекла, пигментов, наполнителей, синтетической дисперсии и, при необходимости, гидрофобизатора. Общая доля органических веществ не должна превышать 5%.

Двухкомпонентные силикатные краски используются для покрытия минеральных оснований более 120 лет. Существует жидкое калийное стекло и жидкое натриевое стекло. Для производства красок используется преимущественно жидкое калийное стекло, поскольку натриевое стекло не имеет таких прочностных характеристик и стойкости к атмосферным условиям, как жидкое калийное стекло. Кроме жидкого калиевого стекла, в качестве связующего, в состав краски входят минеральные пигменты, устойчивые к щелочам, и наполнители. В результате получаются покрытия с открытыми порами, обладающие высокой проницаемостью для воды, водяного пара и углекислого газа. Силикатная краска отвердевает благодаря окремнению. В ходе этого процесса из растворимого в воде жидкого калиевого стекла, которое называют также закрепителем, образуется нерастворимое водой, устойчивое к кислоте стеклообразное связующее.

Дисперсионно-силикатные краски.

Дисперсионно-силикатные краски производятся уже более 35 лет. По сравнению с чисто силикатными красками они в первую очередь более просты в использовании, и отличаются большим количеством вариантов применения. Они обеспечивают диффузию водяного пара и дополнительно содержат водоотталкивающие добавки. Поэтому демонстрируют очень хорошие физико-строительные свойства и оптимально защищают окрашиваемую поверхность от наносящей вред стенам здания влаги. Хорошая стойкость основывается на так называемом двойном окремнении, при котором жидкое калиевое стекло реагирует как со специальными наполнителями, так и с окрашиваемой минеральной поверхностью.

К недостаткам силикатных красок относится невозможность их применения на поверхностях, ранее окрашенных синтетическими красками на органической основе.