Родная сестра пороха. Нитроцеллюлозные эмали

Что такое эмаль?

С филологической точки зрения слово «эмаль» (от франц. email) - типичный омоним. Во-первых, так именуют стеклобразное покрытие, наносимое на металл (или, например, керамику) и закрепляемое обжигом. Такую эмаль изготовляют из легкоплавких цветных стекол с добавлением оксидов металлов и пигментов. За примерами далеко ходить не надо - эмалированые тазы и кастрюли есть в каждом доме.

Во-вторых, эмалью или эмалевой краской называют пигментированный ЛКМ на основе раствора пленкообразователей или ЛКМ, полученный диспергированием пигментов в лаках - как вам больше нравится.

Как правило, эмалевая краска обладает высоким блеском (хотя встречаются и матовые эмали). С упомянутой стеклообразной эмалью ее связывает лишь некая схожесть внешнего вида и не более того.

Есть вопрос! А какая эмаль появилась раньше?

Ответ. Стеклообразная, поэтому во всех словарях и справочниках она упоминается в первую очередь. Но для автомобильных кузовов она не подходит - как по технологическим соображениям, так и из-за повышенной колкости покрытия. В дальнейшем под словом «эмаль» мы будем понимать ЛКМ.

Ниже мы рассмотрим основные виды автомобильных эмалей.

Не будем вдаваться в подробности покраски кузовов на заре автомобилестроения. Отметим лишь, что маляры использовали краски на основе природных смол, скипидара и олифы с добавками сажи и других пигментов. В двадцатые годы на смену таким краскам пришла нитроэмаль.

Ее история такова. После окончания Первой мировой войны производственные мощности по выпуску пороха оказались незагруженными. Но химики мгновенно сообразили: позвольте, ведь пироксилин (тринитрат целлюлозы), применяемый в производстве пороха, и коллоксилин, идущий на изготовление нитролака - «близнецы-братья»! И тот, и другой являются сложными эфирами целлюлозы и азотной кислоты и различаются, в частности, содержанием азота.

Вот и получилось, что многие пороховые заводы занялись выпуском кинопленки, а также нитролаков и нитроэмалей на основе нитроцеллюлозы. А нитроэмали являют собой не что иное, как суспензии пигментов в нитролаках с добавками пластификаторов, в частности, алкидных смол - без них покрытие получается слишком хрупким (что такое алкидные смолы, сказано ниже).

Кратко напомним некоторые свойства нитроэмалей. Низкое содержание нелетучих веществ в растворе коллоксилина определяет малую толщину пленки при высыхании, поэтому для получения качественного покрытия толщиной 75-125 мкм требуется наносить до десяти слоев эмали. Готовое покрытие стойко к действию температур в диапазоне от -40 до +60oС. Если же нитроэмалевое покрытие нагреть до 100oС и более, пленка разрушится и даже может самовозгореться.

Для своего времени нитроэмали были, безусловно, хороши: они быстро высыхали при комнатной температуре и неплохо противостояли воздействию масел, бензина, солнечных лучей и атмосферных осадков. Правда, для сохранения высокого блеска они требовали частой полировки, но с этим приходилось мириться.

Есть вопрос! За счет чего происходит полимеризация нитроэмали?

Ответ. Запомним раз и навсегда: никакой полимеризации в нитроэмалях не происходит! Отверждение, а точнее высыхание, осуществляется за счет испарения летучих растворителей - это чисто физический процесс. После высыхания образуется обратимая пленка, которая может быть снова растворена в растворителе.

Под маркой НЦ нитроэмали выпускаются и по сей день. В сегодняшних автомобильных делах они применяются ограниченно - разве что частными владельцами и так называемыми «гаражниками» при ремонте небольших повреждений лакокрасочного покрытия. Кроме того, ими иногда красят кабины грузовиков перед техосмотром - получается «дешево и сердито».

Безусловно, по всем показателям, кроме, пожалуй, цены, нитроэмали проигрывают современным ЛКМ, поэтому в тематических обзорах их принято ругать и «пинать ногами». Мы же относимся к этим материалам с искренним уважением - все же «они были первыми».

И еще: в советские времена правительственные «зилы» и «чайки» окрашивали только нитроэмалями. Покрытия насчитывали до 12 слоев, включая грунтовочные, и выглядели те «членовозы» великолепно. Правда, их почти непрерывно подкрашивали и полировали - благо было кому...

Нитроцеллюлозные эмалиявляются суспензиями пигментов в нитролаках с добавлением пластификаторов и смол. Высыхание нитроэмалей происходит вследствие испарения летучих раство­рителей при комнатной температуре 18—20 °С. При высыхании образуется обратимая пленка, способная вновь растворяться в растворителях. Вслед­ствие слабой адгезии по отношению к металлам нитроэмали наносят на хо­рошие грунты.

Покрытия из нитроэмалей относи­тельно стойки к воздействию мине­ральных масел, бензина, а также сла­бых щелочных растворов. Длительное воздействие воды приводит к отслаи­ванию покрытия. Покрытия стойки к действию температур в пределах -40...60 °С, а при температурах выше 90 °С разрушаются и могут самовоспла­мениться.

При высыхании нитроэмалей обра­зуется полуглянцевая поверхность, ко­торую можно довести до зеркального блеска полированием. Для повышения способности нитропленок к полирова­нию последний слой эмали покрытия сушат при температуре 50...60 °С.

Нитроэмали наносят на окрашивае­мую поверхность кузова с помощью краскораспылителей, реже – кистью.

Быстрота высыхания нитроэмалей обуславливает их широкое применение для окраски кузовов при отсутствии устройств для горячей сушки покры­тий.

При ремонтной окраске применяют эмали МЛ-152, МЛ-1195 и НЦ-11. Покрытия из эмали МЛ-1198 обладают металлическим эффектом.

«Алкид»

Алкидные эмали у нас называют «эмалями воздушной сушки» - и вполне справедливо, поскольку отверждение их пленок происходит при комнатной температуре с участием кислорода воздуха. Впрочем, об этом чуть ниже, а пока поговорим о терминологии.

Начнем с формального определения: алкидная эмаль - это суспензия пигментов в алкидных лаках с добавками модификаторов. И тут возникает закономерный вопрос: а что такое алкидные лаки? Пожалуйста: это растворы алкидных смол.

А что такое «алкидные смолы»? Слово «алкидный» происходит от англ. alcohol - спирт и acid - кислота. Соответственно, алкидные смолы получают на основе многоатомных спиртов и многоосновных кислот. Попутно заметим, что термина «алкид» в фундамeнтальной химии не существует, это слово из лакокрасочного лексикона.

К алкидным смолам относится, например, глифталевая смола, получаемая при взаимодействии глицерина (трехатомного спирта), фталевого ангидрида и растительного масла (сложный эфир глицирина и высших жирных кислот).

Можно вспомнить и пентафталевую смолу, ингредиентами которой являются пентаэритрит (четырехатомный спирт) и тот же фталевый ангидрид. На основе этих смол российские лакокрасочные заводы выпускают лаки и эмали, маркируемые соответственно ГФ и ПФ. Это - классические алкидные ЛКМ.

К алкидным относятся и некоторые зарубежные ремонтные автоэмали. Возможно, кто-то удивится: неужели наша ПФ-115 и звучные импортные продукты стоят в одном ряду? Да, с точки зрения механизма отверждения это так. В отличие от нитроцеллюлозных, при сушке алкидных материалов параллельно протекают два процесса: испарение растворителя (физическая сушка) и химическое превращение компонентов связующего в пространственно-сшитый полимер. После полного отверждения растворить такую пленку невозможно, поэтому ее называют необратимой.

Необходимо помнить: в химическом отверждении (пленкообразовании) всех эмалей, дающих необратимую пленку, обязательно участвуют два компонента.

Есть вопрос! Но алкидные эмали считаются однокомпонентными материалами. Покупая банку с эмалью, мы не получаем никакого отвердителя...

Ответ. Давайте различать коммерческое название и химическую суть. Действительно, двухкомпонентными (2К) материалами называют ЛКМ, поставляемые в двух упаковках: вот, положим, акриловая грунтовка, а вот отвердитель к ней.

В банке с алкидной эмалью находится один реакционноспособный компонент - раствор алкидной смолы, модифицированный растительным маслом. От растительного масла продукту достаются «хвосты» высших жирных непредельных кислот, содержащих сопряженные двойные связи.

Второй компонент алкидных эмалей - это кислород воздуха. Благодаря его взаимодействию с указанными двойными связями образуется высокомолекулярное соединение, то есть происходит полимеризация. А поскольку каждая молекула алкидного компонента имеет несколько двойных связей, полимер получается «пространственно-сшитым». Так что кислород - полноценный компонент связующего, его вполне можно считать отвердителем.

Можно привести показательный бытовой пример: как тщательно ни закрывай банку с эмалью ПФ, все равно в ней образуется пленка. Это результат реакции алкидной составляющей с кислородом, находящимся под крышкой банки. А вот у эмалей марки МЛ (о них будет рассказано ниже) такого явления не наблюдается.

Всем известно, что алкидными эмалями легко и удобно красить, но срок службы такого покрытия недолог. Поэтому алкидные эмали часто используют для окраски подержанных автомобилей перед продажей - вид получается отменный, а что там дальше будет, пусть новый хозяин думает. Ну, и конечно, обновление кабин грузовиков перед техосмотром - здесь наши ПФ успешно конкурируют с нашими же нитроэмалями.

На конвейерах алкидные эмали не применяются.

Есть вопрос! Маляры знают, что пленка алкидной эмали хорошо сохнет «сверху», а вот «вглубь» - хуже...

Ответ. Это характерно при отверждении кислородом - по мере полимеризации его доступ «вглубь» затрудняется. Подобных недостатков лишены автоэмали, которые мы рассмотрим в следующих разделах.

Меламиноалкидные эмали «Синтетика»

Поговорим о меламиноалкидных эмалях. Как и в предыдущем случае, при отверждении этих ЛКМ одновременно протекают два процесса: испарение растворителя и поликонденсация смол (образование необратимой пленки).

Во втором процессе участвуют два компонента - но до поры, до времени они мирно соседствуют в банке (о механизме отверждения говорится ниже). Что же это за компоненты? Во-первых, это алкидная составляющая, модифицированная растительным маслом, во-вторых - меламинформальдегидная смола.

Есть вопрос! Меламиноалкидные эмали наши мастера давно и упорно именуют «синтетикой». Почему?

Ответ. Одна из этимологических версий такова: при создании алкидной части этих эмалей химики использовали синтетические жирные кислоты. Отсюда и пошло - «синтетика», «покрасить синтетикой».

Но вернемся к компонетам эмали. В отличие от эмалей воздушной сушки, алкидная составляющая меламиноалкидных эмалей содержит мало двойных связей, но обязательно имеет реакционноспособные гидроксильные группы ОН, как у спирта.

Что это означает на практике? Да то, что в отличие от алкидных эмалей, алкидная составляющая здесь практически не вступает в реакцию с кислородом воздуха. Но зато при повышении температуры упомянутые гидроксильные группы ОН начинают взаимодействовать с метилольными группами меламинформальдегидной смолы.

Дата добавления: 2014-01-14