Полиэфирные краски

Полиэфирные краски — это лакокрасочные материалы, изготавливаемые на основе ненасыщенных полиэфирных смол, которые отверждаются в результате химической реакции сшивки (полимеризации) с использованием отвердителей (инициаторов) и ускорителей. Относятся к классу реакционных (двухкомпонентных) покрытий, образующих прочную, твёрдую и химически стойкую плёнку. Широко применяются в промышленности для защиты и декорирования изделий из металла, дерева, пластика и других материалов.

История

Разработка полиэфирных смол началась в 1930-х годах в США и Германии. Первые промышленные составы на основе ненасыщенных полиэфиров были созданы в 1940-х годах и использовались для изготовления стеклопластиков. В 1950-х годах технология была адаптирована для производства лакокрасочных материалов, что позволило получать покрытия с высокой твёрдостью и атмосферостойкостью. В СССР промышленное производство полиэфирных красок освоено в 1960-х годах на предприятиях химической промышленности (например, на Лакокрасочном заводе в Ярославле). С 1970-х годов полиэфирные краски стали массово применяться в автомобильной промышленности, машиностроении и производстве бытовой техники.

Состав и механизм отверждения

Основные компоненты

Полиэфирные краски состоят из двух основных компонентов, смешиваемых непосредственно перед нанесением:

• Полиэфирная смола (основа) — ненасыщенный полиэфир, растворённый в реакционноспособном мономере (чаще всего стироле, реже — метилметакрилате или других акрилатах). Содержит двойные связи, способные к полимеризации.
• Отвердитель (инициатор) — органический пероксид (например, пероксид бензоила, метилэтилкетонпероксид), который при разложении образует свободные радикалы, запускающие цепную реакцию полимеризации.
• Ускоритель — соли металлов переменной валентности (обычно кобальта, реже — марганца или ванадия), которые катализируют разложение пероксида при комнатной температуре. В некоторых системах отверждение инициируется нагреванием или ультрафиолетовым излучением.
• Пигменты — неорганические (диоксид титана, оксид железа, сажа) или органические соединения, придающие цвет и укрывистость.
• Наполнители — мел, тальк, барит, микрокальцит, улучшающие механические свойства и снижающие стоимость.
• Добавки — диспергаторы, стабилизаторы, тиксотропные агенты (например, аэросил), регуляторы вязкости.

Химия отверждения

При смешивании основы с отвердителем и ускорителем начинается радикальная полимеризация по двойным связям полиэфира и мономера. Процесс экзотермичен — выделяется тепло. Время жизни смеси (жизнеспособность) составляет от 10 минут до нескольких часов в зависимости от рецептуры и температуры. Полное отверждение при комнатной температуре занимает от 1 до 24 часов, при нагреве (60–120 °C) — от 5 до 30 минут. В результате образуется трёхмерная сшитая полимерная сетка, нерастворимая и неплавкая.

Классификация

По способу отверждения

• Холодного отверждения — полимеризация при комнатной температуре с использованием ускорителя. Применяются в условиях, где невозможен нагрев (ремонт, крупногабаритные изделия).
• Горячего отверждения — отверждение при нагреве (60–120 °C) без ускорителя или с ним. Обеспечивают более высокую скорость и равномерность полимеризации, используются в промышленных конвейерных линиях.
• УФ-отверждаемые — полимеризация под действием ультрафиолетового излучения. Отличаются мгновенным отверждением (секунды), применяются в полиграфии и электронике.

По назначению

• Грунтовочные — для первичной защиты и адгезии к подложке.
• Эмалевые (финишные) — для декоративного покрытия с высокой твёрдостью и глянцем.
• Специальные — термостойкие (до 200 °C), химически стойкие, электроизоляционные, антикоррозионные.

По типу растворителя

• Содержащие стирол — традиционные составы с характерным резким запахом, токсичны, требуют вентиляции.
• Бесстирольные (низкоэмиссионные) — на основе акрилатов или других мономеров с меньшей летучестью и запахом, более экологичны.

Свойства

Физико-механические

• Твёрдость — высокая (по карандашной шкале 2H–6H), устойчивость к царапинам и истиранию.
• Адгезия — хорошая к металлам, стеклопластику, дереву, бетону (при правильной подготовке поверхности).
• Эластичность — ограниченная, покрытие склонно к растрескиванию при сильных деформациях.
• Ударная прочность — средняя, зависит от рецептуры.

Химические

• Стойкость к растворителям — высокая (к спиртам, эфирам, углеводородам).
• Стойкость к кислотам и щелочам — умеренная, лучше у специальных составов.
• Водостойкость — хорошая, но при длительном контакте с водой возможно набухание.

Эксплуатационные

• Атмосферостойкость — высокая, особенно у пигментированных составов (не выцветают, не мелятся).
• Термостойкость — до 120–150 °C (кратковременно до 200 °C).
• Электроизоляционные свойства — хорошие, используются в электротехнике.

Применение

Промышленность

• Автомобилестроение — грунтовки и эмали для кузовов, деталей интерьера, колёсных дисков.
• Машиностроение — покрытие корпусов станков, сельскохозяйственной техники, насосов.
• Судостроение — защита корпусов катеров, яхт, лодок из стеклопластика.
• Производство бытовой техники — корпуса холодильников, стиральных машин, пылесосов.
• Мебельная промышленность — покрытие столешниц, фасадов, дверей (особенно в стиле «хай-тек»).

Строительство

• Металлоконструкции — антикоррозионная защита мостов, опор, ограждений.
• Бетонные и каменные поверхности — грунтовки и эмали для полов, стен, фасадов.
• Полимерные покрытия — для стеклопластиковых элементов (кровля, сантехника).

Ремонт и реставрация

• Авторемонт — восстановление лакокрасочного покрытия, шпатлёвки.
• Реставрация мебели — обновление поверхностей, имитация ценных пород дерева.

Достоинства и недостатки

Достоинства

• Высокая твёрдость и износостойкость.
• Отличный глянец и глубина цвета.
• Хорошая химическая стойкость.
• Быстрое отверждение при нагреве.
• Возможность нанесения толстых слоёв (до 200–300 мкм за один проход).

Недостатки

• Токсичность стирола (необходимость вентиляции и средств защиты).
• Ограниченная жизнеспособность смеси.
• Низкая эластичность — склонность к трещинам при ударных нагрузках.
• Сложность колеровки (необходимость точного дозирования отвердителя).
• Высокая горючесть жидких составов.

Технология нанесения

Подготовка поверхности

• Очистка от загрязнений, ржавчины, старого покрытия.
• Шлифовка (абразив зернистостью 120–240) для улучшения адгезии.
• Обезжиривание (растворителями, например, уайт-спиритом или ацетоном).
• Нанесение грунтовки (при необходимости).

Смешивание

• Компоненты смешиваются в строго заданной пропорции (обычно 100:2–100:4 по массе основы к отвердителю).
• Ускоритель добавляется в основу до отвердителя (во избежание бурной реакции).
• Тщательное перемешивание в течение 1–2 минут.

Способы нанесения

• Пневматическое распыление — краскопульт с соплом 1,5–2,5 мм, давление 3–5 атм.
• Безвоздушное распыление — для больших площадей.
• Кисть, валик — для мелких деталей и ремонта.
• Окунание — для серийных изделий.

Сушка

• При комнатной температуре (20–25 °C) — 2–6 часов до отлипа, полное отверждение за 24 часа.
• При нагреве (60–80 °C) — 15–30 минут.
• УФ-сушка — 1–10 секунд.

Меры безопасности

Полиэфирные краски содержат летучие токсичные мономеры (стирол) и органические пероксиды. При работе необходимы:

• Приточно-вытяжная вентиляция или респиратор с фильтром от органических паров.
• Защитные очки, перчатки (нитриловые или латексные).
• Искробезопасное оборудование (пероксиды взрывоопасны).
• Утилизация отходов в соответствии с местными нормативами.

Сравнение с другими красками

Интересные факты

• Полиэфирные краски широко используются в производстве стеклопластиковых корпусов спортивных автомобилей (например, Chevrolet Corvette, Lotus) благодаря сочетанию лёгкости и прочности.
• В СССР полиэфирные эмали марки ПФ-115 (пентафталевые) были одними из самых распространённых для окраски металлических изделий, хотя по составу они относятся к алкидным, а не к ненасыщенным полиэфирам.
• Современные бесстирольные полиэфирные краски разработаны для снижения вредного воздействия на здоровье и окружающую среду, но их механические свойства несколько уступают традиционным составам.

Источники

• ГОСТ 23352-78 «Эмали полиэфирные. Технические условия» (Россия).
• Химическая энциклопедия: в 5 т. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1995. — Т. 4. — С. 456–460.
• Справочник по лакокрасочным материалам / под ред. И. А. Толмачёва. — Л.: Химия, 1989. — 576 с.
• Технология лакокрасочных покрытий / В. А. Смирнов, А. М. Суворов. — М.: Химия, 2005. — 320 с.
• Патент US 2,443,741 (1948) — первые полиэфирные краски на основе стирола.