Грунтовки - для разных покрытий
Грунтовками называют материалы, образующие нижний слой лакокрасочных покрытий. Их основное назначение - обеспечение надежного сцепления покрытия с окрашиваемой поверхностью. Поэтому грунтовки должны обладать хорошей адгезией как к материалу основания, так и к слоям, наносимым поверх грунтовки. Кроме того, грунтовки могут выполнять и другие функции: защищать металл от коррозии, укреп-лять структуру пористого основания (например, бетона), "выявлять" структуру дерева, заполнять поры на окрашиваемой поверхности и т. д.
В литературе содержится ряд примеров классификации грунтовок. Ниже приводится, пожалуй, наиболее полный перечень их типов.
Итак, грунтовки подразделяются в зависимости от:
- типа окрашиваемого материала (для черных и цветных металлов, алюминиевых сплавов, бетона, дерева, пластмасс, ткани т. д.);
- вида изделий (автомобильные, авиационные, судовые, для холодильников, стиральных машин и т. д.);
- метода нанесения (кистью или валиком, окунанием, распылением, ано- или катафорезом и др.);
- способа сушки (холодная или горячая, ИК или УФ излучение и др.);
- условий эксплуатации (различный климат, агрессивная среда, морская вода, механические нагрузки и т. д.);
- типа пленкообразующего (алкидные, фенолоформальдегидные, эпоксидные, полиуретановые, акриловые и др.);
- наличия и типа пигмента (лаковые или пигментированные, свинцово- или железосуричные, цинкхроматные, металлонаполненные и др.);
- состава летучей части (содержащие или не содержащие летучие растворители, с высоким сухим остатком, водно-дисперсионные и др.);
- наличия дополнительных функций (с преобразователями ржавчины, грунт-шпатлевки, грунт-эмали и др.).
ГРУНТОВКИ, НАНОСИМЫЕ ПО МЕТАЛЛУ
Основное назначение таких грунтовок - защита металла от коррозии. Согласно общепринятой электрохимической теории, для протекания коррозионного процесса на поверхности металла необходимо наличие влаги и кислорода. Лакокрасочная пленка должна служить барьером, препятствующим проникновению этих веществ к защищаемому субстрату, т. е. обладать изолирующими свойствами. Ниже показано, сколько влаги (в мг/кв. см) проникает за 10 суток через лаковые пленки на основе различных пленкообразующих:
- фторсодержащий полимер - 3;
- эпоксидная смола - 7;
- перхлорвиниловая смола - 12;
- полиуретановая смола - 20;
- пентафталевый алкид:
горячей сушки - 32;
холодной сушки - 47;
- нитрат целлюлозы - 90.
Легко видеть, что наилучшими влагозащитными свойствами обладают пленки на основе эпоксидных и фторсодержащих полимеров, а нитроцеллюлоза вряд ли может быть предложена в качестве пленкообразующих для грунтовок.
Изолирующие грунтовки обычно содержат в своем составе наполнители (тальк, барит). Часто в них добавляют также цинковые белила, которые образуют в пленке на основе масляных или алкидных связующих нерастворимые в воде мыла, уменьшающие скорость коррозии металла. Наиболее распространенными марками грунтовок изолирующего действия являются грунтовка ВЛ-02, алкидная ГФ-021, грунтовка АК-070 и эпоксидная шпатлевка ЭП-0010, причем толщина пленки обычно составляет 15-25 мкм.
Изолирующие грунтовки наносятся в основном по черным металлам.
Пассивирующие грунтовки.
Следует отметить, что поскольку все полимерные покрытия в той или иной степени пропускают влагу, применение изолирующих грунтовок позволяет только отдалить начало коррозионного процесса, но не предотвратить его. Необходимо использовать способы защиты, основанные на снижении электрохимической активности металла. С древних времен в состав масляных красок, применяемых для защиты металла, вводили свинцовый сурик. Исследования показали, что свинцовый сурик, взаимодействуя с поверхностью металла, образет оксидную пленку, которая снижает коррозионную активность поверхности, т. е. пассивирует ее. К сожалению, свинцовый сурик не удовлетворяет санитарным требованиям по токсикологии. Но аналогичным пассивирующим действием обладают хроматные пигменты, замедляющие коррозию стали, магниевых, алюминиевых сплавов и других металлов. Это объясняется тем, что соли шестивалентного хрома, например, хромовокислый стронций или цинк (так называемые "кроны"), растворяясь в воде, диссоциируют с образованием ионов CrO42-, которые, будучи сильными окислителями, пассивируют поверхность металла. Установлено, что содержание пассивирующего пигмента в грунтовке должно составлять 15-20% от массы пленкообразующего. Типичными примерами пассивирующих грунтовок являются алкидная грунтовка ГФ-0119 и эпоксидная ЭП-о76. Они наносятся на поверхность металла слоем толщиной 10-25 мкм.
Фосфатирующие грунтовки.
При образовании на поверхности стали фосфатных соединений повышается адгезия и усиливается антикоррозионное действие лакокрасочного покрытия. Однако не каждые изделия можно фосфатировать в ванне, поэтому были созданы специальные фосфатирующие или, как их раньше называли, протравные грунтовки. Они выполняют две функции: фосфатируют сталь, находясь в жидком состоянии, и пассивируют ее при наличии электролита, когда уже сформировалось покрытие. В качестве пленкообразующего в таких грунтовках чаще всего используется поливинилбутираль, а в качестве пассивирующего пигмента - цинковый крон. Перед нанесением покрытия в грунтовку вводится спиртовой раствор ортофосфорной кислоты.
По защитным свойствам пленка, полученная при нанесении фосфатирующей грунтовки, несколько уступает фосфатной, полученной в ванне фосфатирования, но она незаменима в тех случаях, когда необходимо окрасить, например, стальные детали в уже собранной конструкции, т. к. для высыхания протравной грунтовки не требуется горячая сушка.
Следует отметить еще одну важную область применения фосфатирующих грунтовок: окраска оцинкованной стали, к которой большинство лакокрасочных материалов не имеет достаточной адгезии. А уже для создания верхнего декоративного покрытия могут использоваться любые эмали, например, алкидные. Типичными промышленно выпускаемыми марками фосфатирующих грунтовок являются ВЛ-02, ВЛ-05, ВЛ-023. Обычно они наносятся на металл тонким слоем - 8-10 мкм.
Протекторные грунтовки.
Отличительной особенностью данного вида грунтовок является большое содержание (80-90%) в их составе высокодисперсных металлических порошков, чаще всего цинка, иногда свинца или металлических сплавов. У этих порошков электродный потенциал должен быть меньше, чем у защищаемого металла. В этом случае порошок, являясь анодом по отношению к металлу, в растворе электролита разрушается, тем самым защищая окрашиваемый металл. Одновременно продукты окисления пигмента уплотняют пленку грунтовки, значительно снижая ее влагопроницаемость. В качестве пленкообразующего для протекторных грунтовок чаще всего применяют эпоксидно-полиамидные составы, жидкое стекло, органосиликаты, алкидно-стирольные смолы и др. Важно отметить, что при образовании царапины на лакокрасочном покрытии и обнажении металла частицы металлического цинка оказывают защитное действие, т. е. выполняют функции протектора. Особенно хорошо эти грунтовки защищают от коррозии стальные поверхности, находящиеся в морской воде (подводные части морских судов и береговых сооружений). В качестве примеров таких грунтовок можно указать ЭП-057, ЭП-0284, составы ЦИНЭП и др. Толщина пленок протекторных грунтовок обычно составляет 50-70 мкм.
Ингибированные грунтовки.
Этот тип грунтовок получил широкое распространение сравнительно недавно, но в последние годы он завоевывает все более прочные позиции на рынке грунтовок. Дело в том, что введение ингибиторов коррозии позволяет не только улучшить защитные свойства грунтовок, но и создать новый вид лакокрасочных материалов - грунт-эмали, сочетающие достоинства как грунтовок, так и эмалей, т. е. избежать применения специальных грунтовок и получить покрытие с удовлетворительным внешним видом и высокими показателями физико-механических и защитных свойств. Используемые в рецептурах ингибиторы коррозии можно разделить на 2 группы: водорастворимые и маслорастворимые. Из водорастворимых ингибиторов, используемых в рецептурах водно-растворимых грунтовок, следует упомянуть в первую очередь хромовокислый гуанидин. Для снижения стоимости и уменьшения токсичности данный ингибитор рекомендуется применять совместно с фосфатом цинка в соотношении 1:75 (соответственно). Круг маслорастворимых ингибиторов весьма широк; ими могут быть разнообразные амины, аминокислоты, алкалоиды, сульфокислоты, тиосоединения и др. Из используемых в промышленных масштабах ингибиторов можно упомянуть такие марки, как АКОР М-1, ВНХ-40 и др. Значительный объем исследованной по составу и механизму защитного действия ингибиторов коррозии выполнен в институте физхимии РАН, разработан ряд марок новых ингибиторов (ИФХАН-110 и др.). Одним из лидеров в разработке рецептур и производства ингибированных грунтовок и грунт-эмалей является подмосковное предприятие ОАО "Виктория" с опытным заводом (бывший НИИ ТЛП), где выпускаются грунтовки марок ЭП-0199 инкор, ЭП-0180, Гремируст, Корника.
Грунтовки-преобразователи ржавчины.
Этот вид грунтовок весьма важен в практическом отношении, поскольку при проведении окрасочных или ремонтных работ зачастую затруднительно, а иногда и просто невозможно должным образом подготовить поверхность металла к окраске, например, использовать дробеструйный метод очистки. Принципиальной основой таких грунтовок является введение в их состав модификаторов, способствующих переводу оксидов железа (ржавчины) и прокатной окалины в нерастворимые, плотно сцепленные с поверхностью металла соединения, не нарушающие адгезию и коррозионную устойчивость покрытия. В качестве таких модификаторов используются производные фосфорной кислоты и некоторые дубильные вещества, например, таннин. Новым и весьма интересным направлением является использование в рецептурах грунтовок так называемых комплексонов - органических хелатообразующих соединений, содержащих в молекуле способные к координации атомы N,S и (или) P, а также карбоксильные, фосфоновые, фосфонистые и др. группы, и образующие, в частности, с ионами трехвалентного железа устойчивые, нерастворимые в воде комплексы. В качестве примера выпускаемых в промышленном масштабе грунтовок, содержащих преобразователи ржавчины, можно отметить ХВ-0278, производимую в Ярославле в СНК "ЯрЛИ" (бывший ЯрНИИ ЛКП). Это предприятие интересно и тем, что на нем производятся практически все типы вышеуказанных грунтовок в комплекте с различными эмалями для самого широкого спектра областей применения (защита металлоконструкций, транспортных средств, трубопроводов, нефтепромыслового оборудования, резервуаров и др.). Из новых водоразбавляемых материалов следует назвать разработанную в Нижнем Новгороде грунтовку "Владан", содержащую преобразователь ржавчины. Московская фирма "Браско Интер" производит состав СФ-1 - фосфатирующий модификатор ржавчины, который может использоваться в различных агрессивных средах (кислоты, щелочи, растворы солей) в широком температурном диапазоне (от -60 оС до 600 оС). Данный состав, наносимый тонким слоем (2,8-3,5 г/кв. м), можно наносить как на черный металл, так и на оцинкованную сталь, при этом покрытие не только не препятствует проведению сварочных работ, но и улучшает качество сварочного шва. Материал прошел широкую проверку на железнодорожном транспорте, в нефтяном и газовом машиностроении, в судостроении и ремонте судов, в строительстве и коммунальном хозяйстве.
Широкой известностью (благодаря рекламе) пользуется рекомендуемый для нанесения по ржавчине английский состав Hammerite. Впрочем, согласно результатам сравнительных испытаний, выполненных в ОАО "Виктория", отечественные материалы, разработанные в частности на этом предприятии, не уступают названным западным аналогам и при этом значительно дешевле.
Таким образом, промышленность выпускает для антикоррозионной защиты металла широкий ассортимент грунтовок и грунт-эмалей. Возникает естественный вопрос: в каких случаях следует п