Прието Дж., Кине Ю. Древесина. Обработка и декоративная отделка

Подождите немного. Документ загружается.

68 Глава 3. Лакокрасочные системы покрытий для окраски древесины и древесных материалов

Таблица 3.1.2. Содержание азота и степень этерификации различных типов нитроцеллюлозы

Тип нитрата целлюлозы

Содержание азота

10,9-11,3%

11,3-11,8%

11,8-12,3%

Число эфирных групп

на одну структурную единицу

11,80-12,30

2,06-2,20

2,20-2,33

ции (содержания азота) возрастает растворимость нитроцеллюлозы в спиртах,

а с повышением — увеличивается растворимость в неполярных растворителях,

таких как эфиры. Влияние растворителей будет рассмотрено в дальнейшем.

Различают следующие типы нитроцеллюлозы в зависимости от растворимости:

Тип Е^ — стандартный тип нитроцеллюлозы, растворимый в эфирах, кетонах

и гликолевых эфирах, и используемый для отделки древесины и кожи. Он хо-

рошо совмещается с различными другими пленкообразователями и поэтому

хорошо подходит для так называемых нитрокомби лаков. По сравнению с дру-

гими типами нитроцеллюлозы тип Е отличается образованием прочных пле-

нок, быстрой отдачей растворителей, хорошей разбавляемостью спиртом и

ароматическими углеводородами и проявляет хорошие механические свой-

ства. Тип А — тип нитроцеллюлозы с низкой степенью этерификации. Он рас-

творим в спиртах, эфирах, кетонах и гликолевых эфирах и благодаря своим

термопластическим свойствам применяется для термоплавких покрытий на

фольге (в частности, на алюминиевой фольге).

Т_ип AM — тип нитроцеллюлозы, который по своей растворимости занимает

среднее положение и в этой части не будет рассмотрен.

Растворители

По характеру растворения нитроцеллюлозы различают три вида раствори-

телей [3].

Истинные (собственные) растворители нитроцеллюлозы, не требующие дру-

гих добавок, — эфиры, кетоны, гликолевые эфиры, производные гликолевых

эфиров и ацетаты.

Латентные (скрытые) растворители, которые нуждаются в добавлении истин-

ных растворителей для растворения нитроцеллюлозы. Они увеличивают рас-

творяющую способность истинных растворителей. К ним относятся высшие

спирты (однако, метанол

и этанол относятся к истинным растворителям).

Вещества не являющиеся растворителями, но увеличивающие растворяю-

щую способность истинных растворителей. К этой категории относятся аро-

матические и алифатические углеводороды.

Растворители играют важную роль и их подбираются в соответствии с их тех-

нологическими, экологическими и экономическими параметрами. Они необ-

ходимы и в производстве ЛКМ, и в процессе его нанесения, и в процессе ис-

парения растворителя из жидкой пленки и формирования покрытия. Раство-

ритель считается хорошим, если раствор нитроцеллюлозы определенной кон-

центрации имеет небольшую вязкость.

Обозначение Е означает растворимость в эфире; А — в спирте (алкоголь); AM — среднерас-

творимый в спирте.

Метанол из-за своей токсичности больше не применяется.

Глава 3. Лакокрасочные системы покрытий для окраски древесины и древесных материалов 69

Таблица 3.1.3. Разбавляемость истинных растворителей в применении к нитрату

целлюлозы

Растворитель

Ацетон

Метилэтилкетон (МЕК)

Метилизобутилкетон (MIBK)

Этилацетат (ЕЕ)

н-Бутилацетат (ВА)

МЕК/ MIBK 1:1

МЕК/ MIBK 20:80

ЕЕ/ВА 65:35

Разбавитель

Ароматические углеводоро-

ды, например, толуол

4,4

4,3

3,6

3,3

2,6

3,8

3,6

3,0

Алифатические

углеводороды

0,8

0,9

1,0

1,3

1,5

—

Эффективность истинного растворителя определяется тем, в каком соотно-

шении он может смешиваться с нерастворяющим компонентом.

Разбавляемость истинного растворителя определяется соотношением: ко-

личество добавляемого разбавителя/количество истинного растворителя.

Данные, приведенные в табл. 3.1.3, означают, что 1 часть ацетона (истин-

ный растворитель) совместима с 4,4 частями ароматического углеводорода

(в данном случае толуола), однако может быть смешана только с 0,8 части али-

фатического углеводорода, прежде чем наступит гелирование или коагуляция

нитроцеллюлозы.

Растворители играют существенную роль в пленкообразовании и влияют на

механические свойства покрытия. Задача состоит в том, чтобы выбрать рас-

творитель, в котором молекулы нитроцеллюлозы имеют развернутую конфор-

мацию и могут образовывать безупречные пленки. Как и в других лакокрасоч-

ных системах, тип и количество растворителей должны быть согласованы со

свойствами используемых разбавителей.

Важнейшим параметром рецептур НЦ ЛКМ и их технологических свойств

является вязкость. Она определяется типом нитрата целлюлозы и зависит

от длины цепи нитроцеллюлозных молекул. Критерием длины цепи является

средняя степень полимеризации (ССП), которая указывает на среднее число

мономерных глюкозных звеньев в молекулярной цепи. ССП технической ни-

троцеллюлозы изменяется в широких пределах, но имеет решающее значение

для механических свойств образующейся из раствора пленки покрытия. При

уменьшении длины молекул до значения ССП ниже 250 (молекулярный вес —

70000) прочность пленки нитроцеллюлозы сильно падает.

На практике типы нитроцеллюлозы классифицируются по вязкости их рас-

творов, причем даются различные методы определения вязкости. Европей-

ские производители признают классификацию, соответствующую ISO 14446

(DIN 53179). В этом случае указывается концентрация нитрата целлюлозы

(предварительно подсушенного и нелетучего), которая необходима для полу-

чения вязкости раствора от 375 до 425 мПа-с. В качестве растворителя исполь-

зуют ацетон с содержанием воды 5%. Вязкость определяют на универсальном

70 Глава 3. Лакокрасочные системы покрытий для окраски древесины и древесных материалов

Таблица 3.1.4. Товарные типы и стандартные маркировки нитратов целлюлозы

ISO 14446

(DIN 53179)

4Е

9Е

25Е

27Е

28Е

Концентрация

стандартного

раствора, %

4,0

9,0

25,0

27,0

28,0

Производители

Hagemann

Н4

Н9

—

Н27

—

Hercules

RS 1300"

RS 15"

—

RS"

—

Wolff

Е1440

Е959

Е510

—

Е400

Таблица 3.1.5.

Тип

Е1440

Е 1160

Е950

Е840

Е620

Е510

Е400

Е375

ЕЗЗО

Физико-механические свойства пленок нитроцеллюлозных лаков

Относительное удлинение, %

24-30

23-28

20-25

12-18

8-12

5-10

Прочность при растяжении, Н/мм

98-103

88-98

78-88

69-78

59-69

39-49

29-49

вискозиметре Гепплера. Подробное описание этого процесса можно найти

в литературе [7]. В таблице 3.1.4 представлены ходовые товарные типы нитро-

целлюлозы.

Как видно из таблицы 3.1.4, некоторые производители нитроцеллюлозы сле-

дуют этим правилам, в то время как другие выбирают для маркировки опреде-

ляемую степень набухания.

Наряду с вязкостью, важными параметрами растворов нитроцеллюлозы яв-

ляются также сухой остаток (содержание нелетучих) и физико-механические

свойства, зависящие от вязкости, как показано в таблице 3.1.5 [7].

Высоковязкие типы нитроцеллюлозы образуют гибкие пленки, в то время как

низковязкие дают хрупкие покрытия. Смешивать высоковязкие и низковязкие

типы для получения средневязких нитратов целлюлозы не рекомендуется, так

как пленки таких смесей чаще всего по своим механическим свойствам хуже,

чем пленки нитроцеллюлозы однородного типа. Для покрытий при окраске дре-

весины чаще всего используются средневязкие типы нитроцеллюлозы. За счет

применения добавок-пластификаторов можно улучшить механические свойства

низкомолекулярных типов нитроцеллюлозы так, что относительное удлинение и

прочность при растяжении могут стать такими же, как и у средневязких типов.

Глава 3. Лакокрасочные системы покрытий для окраски древесины и древесных материалов 71

Пластифика торы

Как говорит уже само название, пластификаторы служат для того, чтобы по-

высить гибкость и эластичность пленок. Они ведут себя аналогично раствори-

телям, однако имеют по сравнению с ними существенно меньшее давление

пара и остаются в пленке. Различают желирующие и нежелирующие пласти-

фикаторы.

Желирующие пластификаторы образуют с пленкой нитроцеллюлозы твер-

дый раствор, при этом образуется единая эластифицированная структура по-

крытия. Выветривания или выделения пластификатора из покрытия в этом

случае не происходит.

Нежелирующие пластификаторы не образуют гомогенную систему и склон-

ны к тому, чтобы при нагревании выделяться («выпотевать») из пленки. Поэто-

му пленка теряет эластичность. Чтобы избежать выпотевания пластификатора

комбинируют желирующие и нежелирующие пластификаторы. Пластификато-

ры должны соответствовать следующим критериям:

• физиологическая безопасность;

. хорошая совместимость с пленкообразующими и растворителями;

• низкий цветовой индекс;

. светостойкость;

• миграционная устойчивость;

• отсутствие запаха;

• хорошее пластифицирующее действие.

С точки зрения химического состава пластификаторы разделяются следую-

щим образом:

• эфирные пластификаторы;

• эфиры фталевой, адипиновой, себациновой кислот с высшими алифати-

ческими моноспиртами;

• эфиры лимонной кислоты;

• эфиры фосфорной кислоты со спиртами с длинной углеродной цепочкой;

• эфиры бензойной кислоты с двухатомными спиртами;

• эфиры жирных кислот с алифатическими спиртами;

i двойные сложные эфиры с простыми эфирами полиэтиленгликоля;

• пластификаторы на базе эпоксидированных жирных кислот или масел;

• углеводородные пластификаторы;

• хлорированные парафины;

• другие пластификаторы.

Широко использовавшийся ранее дибутилфталат и другие эфиры фталевой

кислоты и низших алифатических спиртов сегодня исключены из применения

из-за их высокой токсичности, так же как и различные галогенированные аро-

матические углеводороды и некоторые эфиры фосфорной кислоты. В 2002 г.

ЕС ввел новые ограничения на использование дибутилфталата (DBP). Покры-

тия, в которых содержание дибутилфталата больше 0,5%, признаны ядовиты-

ми. Этот пластификатор давно внушал опасения из-за своего возможного гор-

монального воздействия. В качестве альтернативы сейчас используют эпок-

сидированное соевое масло, эфиры адипиновой кислоты (адипинаты), а так-

же специальные эфиры лимонной кислоты, которые даже имеют разрешение

к применению от

FDA — Food and Drug Administration — Управление по контролю за качеством пище-

вых продуктов, медикаментов и косметических средств Министерства торговли США.

72 Глава 3. Лакокрасочные системы покрытий для окраски древесины и древесных материалов

Обычно в рецептуры нитроцеллюлозных покрытий в качестве желирующих

вводят эфирные пластификаторы. Их количество по отношению к нитрату цел-

люлозы составляет 1 : 2.

Пленкообразовател и

При использовании нитроцеллюлозы в качестве единственного пленкообра-

зующего получаются очень сухие жесткие пленки. Поэтому нитроцеллюлозу

совмещают, как уже было отмечено ранее, с пластификаторами и/или плен-

кообразующими.

Для покрытий древесины нитрат целлюлозы совмещают, прежде всего, с

алкидными смолами (так называемые нитрокомби лаки). Натуральные смо-

лы, как, например, даммара, шеллак или канифоль, сегодня мало применяют-

ся в рецептурах нитроцеллюлозных покрытий. Пластифицирующее действие

на нитрат целлюлозы оказывают тощие или среднежирные алкидные смолы

на базе насыщенных жирных кислот, таких как синтетические жирные кислоты

или жирные кислоты кокосового масла. Это справедливо и для алкидных смол

олеинового ряда (например, арахисового масла) или смол на базе жирных

кислот касторового масла. Для корректировки степени блеска и наполнения, а

также для увеличения доли твердого вещества вводят смолы, плавящиеся при

высоких температурах. Системы нитроцеллюлозно-алкидных ЛКМ могут быть

построены чрезвычайно разнообразно. В некоторых случаях рецептура может

состоять только из нитроцеллюлозы и алкидной смолы, разбавленных подхо-

дящей смесью растворителей. В этом случае пластификатор не нужен, если

используется высоковязкая нитроцеллюлоза, а алкидная смола обеспечивает

достаточную пластичность.

Пигменты, наполнители, адцитивы

В рецептурах НЦ ЛКМ принципиально возможно использовать любые неор-

ганические и органические пигменты, пригодные для работ внутри помеще-

ний. Функции и свойства пигментов вообще-то уже упоминались. Все извест-

ные наполнители, такие как карбонат кальция, сульфат бария, каолин, тальк,

слюда, силикат алюминия и т.д., универсальны по применению.

В качестве добавок в рецептурах применяют, прежде всего, матирующие

средства, воски, пеногасители, вспомогательные шлифующие средства и

компоненты, улучшающие растекание.

3.1.2.3. Примеры рецептур НЦ материалов

Уже многие десятилетия нитроцеллюлозный лак является классикой для ку-

старного и промышленного производства мебели. Он широко применяется в

ЛКМ для окраски мебели для жилых комнат, спален и детских комнат, а также

мелких предметов. Широкая совместимость с другими смолами способствует

многообразию применения. НЦ ЛКМ известны простотой использования при

нанесении методом распыления и облива, быстрым физическим высыханием

и очень хорошей воспламеняемостью. Из нитроцеллюлозы в сочетании с под-

ходящими модификаторами получают эластичные защитные и декоративные

пленки. Так как НЦ лаки имеют низкое содержание твердых веществ — прибли-

зительно от 15 до 25% (НЦ непигментированный лак) — они оптимальны для

окраски мебели из древесины с открытыми порами, например дуба.

НЦ лаки соответствуют DIN 68861 ч. 1, где изложены требования по хими-

ческой стабильности мебельных покрытий. Благодаря своей простоте они ис-

Глава 3. Лакокрасочные системы покрытий для окраски древесины и древесных материалов 73

Таблица 3.1.6. Пример рецептуры шлифующихся НЦ грунтовок

Компонент

Коллоксилин Е 510; 30%-ный раствор

в изопропаноле

Смесь растворителей, состоящая из

эфиров, кетонов, спиртов, алифати-

ческих и/или ароматических углево-

дородов

Алкидная смола в виде 75%-ного

раствора в эфире (модифицирован-

ная арахисовым маслом)

(2 ч. эфира адипиновой кислоты/

1 ч. бутилстеарата)

Стеарат цинка

Назначение

Нитроцеллюлозный

пленкообразователь

Регулирование вязкости

и испаряемости

Пленкообрзователь

Смесь пластификаторов

Добавка, улучшающая

шлифуемость

Массовая доля

15,00

69,00

12,00

3,00

1,00

100,00

Нелетучие вещества: 23,5%.

Вязкость по вискозиметру с соплом 4 мм: около 25 с.

Таблица 3.1.7. Пример рецептуры бесцветного пропиточного НЦ грунта

Компонент

Коллоксилин Е 400 в виде 30%-ного

раствора в изопропаноле

Смесь растворителей, состоящая из

эфиров, кетонов, спиртов, алифати-

ческих и/или ароматических углево-

дородов

Алкидная смола в виде 75%-ного

раствора в эфире (например, моди-

фицированная арахисовым маслом)

Малеиновая смола

0,6 ч. касторового масла + 1,4 ч. ади-

пиновой кислоты + 2 ч. бутилстеа-

рата

Стеарат цинка

Назначение

Нитроцеллюлозный

пленкообразователь

Регулирование вязкости

и испаряемости

Пленкообразователь

Пленкообразователь для

повышения порозаполнения

и твердости

Смесь пластификаторов

Добавка, улучшающая

шлифуемость

Массовая доля

18,00

67,00

8,00

2,00

4,00

1,00

100,00

Доля нелетучих веществ: 24,5%.

Вязкость по вискозиметру с соплом 4 мм: около 22 с.

74 Глава 3. Лакокрасочные системы покрытий для окраски древесины и древесных материалов

Таблица 3.1.8. Пример рецептуры НЦ грунта-порозаполнителя

Компонент

Коллоксилин Е 400 в виде 30%-ного

раствора в изопропаноле

Смесь растворителей, состоящая из

спиртов, эфиров, кетонов и алифати-

ческих и/или ароматических углево-

дородов,

Алкидная смола в виде 75%-ного

раствора в эфире (например, моди-

фицированная арахисовым маслом)

Малеиновая смола

(0,8 ч. касторового масла + 1,7 ч.

эфира адипиновой кислоты + 2,5 ч.

бутилстеарата)

Стеарат цинка

Назначение

Нитроцеллюлозный

пленкообразователь

Регулирование вязкости

и испаряемости

Пленкообразователь

Пленкообразователь для

повышения порозаполнения

и твердости

Смесь пластификаторов

Добавка, улучшающая

шлифуемость

Массовая доля

18,00

57,50

16,00

2,00

5,00

1,50

100,00

Доля нелетучих веществ: 33,0%,

Вязкость по вискозиметру с соплом 4 мм: около 70 с.

Таблица 3.1.9. Пример рецептуры осветлительной НЦ грунтовки

Компоненты

Коллоксилин Е 620 в виде 30%-ного

раствора в изопропаноле

Смесь растворителей, состоящая из

эфиров, кетонов, спиртов и алифати-

ческих и/или ароматических углево-

дородов

Алкидная смола в виде 75%-ного

раствора в эфире (например, моди-

фицированная арахисовым маслом)

Ацетобутират целлюлозы

(1 ч. эфира адипиновой кислоты

+ 2 ч. бутилстеарата)

Стеарат цинка

Назначение

Нитроцеллюлозный

пленкообразователь

Регулирование вязкости

и испаряемости

Пленкообразователь

Несовместимый пленкообра-

зователь, служит для

осветления

Смесь пластификаторов

Добавка, улучшающая

шлифуемость

Массовая доля

12,00

75,50

7,00

2,00

3,00

0,50

100,00

Доля нелетучих веществ: 19,1%.

Вязкость по вискозиметру с соплом 4 мм: около 30 с.

Глава 3. Лакокрасочные системы покрытий для окраски древесины и древесных материалов 75

Таблица 3.1.10. Пример рецептуры матового НЦ покрывного лака

Компоненты

Коллоксилин Е 400 в виде 30%-ного

раствора в изопропаноле

Смесь растворителей, состоящая из

эфиров, кетонов, спиртов и алифати-

ческих и/или ароматических углево-

дородов

Алкидная смола в виде 75%-ного

раствора в эфире (например, моди-

фицированная арахисовым маслом)

Альдегидная смола

Эфир адипиновой кислоты

Полиэтиленовый воск

Кремниевая кислота, обработанная

органическими веществами

Силиконовое масло в виде 10%-ного

раствора в бутил ацетате

Назначение

Нитроцеллюлозный

пленкообразователь

Регулирование вязкости

и испаряемости

Пленкообразователь

Пленкообразователь для

повышения порозаполнения

и твердости

Пластификатор

Сглаживание поверхности,

эффект скольжения

Матирующее средство

Средство улучшения розлива

Массовая доля

15,00

71,40

8,00

1,50

3,00

0,50

0,10

100,00

Доля нелетучих веществ: 22%.

Вязкость по вискозиметру с соплом 4 мм: около 30 с.

Таблица 3.1.11. Пример рецептуры НЦ наполнителя

Компоненты

Коллоксилин Е 400 в виде 30%-ного

раствора в изопропаноле

Смесь растворителей, состоящая из

эфиров, кетонов, спиртов и алифати-

ческих и/или ароматических углево-

дородов

Алкидная смола в виде 75%-ного

раствора в эфире (например, моди-

фицированная жирными кислотами)

Диоксид титана

Эфир адипиновой кислоты

Соевый лецитин

Бентонит

Назначение

Нитроцеллюлозный

пленкообразователь

Регулирование вязкости

и испаряемости

Пленкообразователь

Пигмент, окрашивание

Пластификатор

Диспергирующая добавка

Уменьшение седиментации,

регулирование тиксотропии

Массовая доля

8,00

39,00

12,00

3,00

0,50

76 Глава 3. Лакокрасочные системы покрытий для окраски древесины и древесных материалов

Продолжение таблицы 3.1.11.

Компоненты

Кремниевая кислота

Сульфат бария

Каолин

Стеарат цинка

Тальк

Назначение

Матирующая добавка

Наполнитель

Добавка, улучшающая

шлифуемость

Наполнитель

Массовая доля

0,50

8,00

0,50

8,00

100,00

Доля нелетучих веществ: 54%.

Вязкость по вискозиметру с соплом 4 мм: около 50 с.

Таблица 3.1.12. Пример рецептуры шелковисто-матового покрывного НЦ лака

Компоненты

Коллоксилин Е 400 в виде 30%-ного

раствора в изопропаноле

Смесь растворителей, состоящая из

эфиров, кетонов, спиртов и алифати-

ческих и/или ароматических углево-

дородов

Алкидная смола 75%-ного раствор

в эфире (например, модифицирован-

ная жирными кислотами)

Диоксид титана

3 части адипиновой кислоты

Соевый лецитин

Сульфат бария

Бентонит

Пирогенная кремневая кислота

Кремниевая кислота, обработанная

органикой

Полиэтиленовый воск

Силиконовое масло в виде 10%-ного

раствора в бутилацетате

Назначение

Нитроцеллюлозный

пленкообразователь

Регулирование вязкости

и испаряемости

Пленкообразователь

Пигмент, окрашивание

Пластификатор,

пластфицирование

Диспергирующая добавка

Наполнитель

Уменьшение седиментации,

регулирование тиксотропии

Уменьшение седиментации

Матирующая добавка

Сглаживание поверхности,

эффект скольжения

Добавка, улучшающая розлив

Массовая доля

12,00

42,00

15,00

18,00

3,00

0,30

8,00

0,30

0,50

0,10

100,00

Доля нелетучих веществ: 50,5%.

Вязкость по вискозиметру с соплом 4 мм: около 50 с.

эытий для окраски древесины и древесных материалов 77