Грунтовки - Необходимый Элемент Лакокрасочных 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 алкидная грунтовка ГФ-021 и эпоксидная грунт - 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 применять ту или иную грунтовку, - т. е. о критериях ее правильного выбора. Это определяется рядом факторов: типом металла (черный или цветной), состоянием поверхности и способом ее подготовки, технологией нанесения и сушки и главным образом назначением и техническими требованиями к покрытию. От назначения покрытия зависит в первую очередь вид эмали, наносимой поверх грунтовки, что и определяет тип грунтовки. Здесь зачастую действует принцип "подобное к подобному", т. е. алкидные эмали лучше наносить по алкидным грунтовкам, эпоксидные - по эпоксидным, перхлорвиниловые - по грунтовкам на основе ПХВ и т.д. Важнейшей характеристикой грунтовки является высокая адгезия как к материалу субстрата (подложки), так и к верхним слоям покрытия. С этой точки зрения предпочтение следует отдать материалам на основе эпоксидных пленкообразующих, обладающих одновременно высокой адгезией к большинству материалов и хорошей водо- и химстойкостью. Действительно, эпоксидные грунтовки являются в значительной степени универсальными, предпочтительными для многих областей применения. Конечно же, это положение нельзя возводить в абсолют, в каждом конкретном случае его надо рассматривать в комплексе с техническими, эксплуатационными и экономическими факторами. Срок службы покрытий с одними и теми же эмалями, но наносимыми по различным грунтовкам, приведен в нижеследующей таблице. Атмосферостойкость (в годах) различных покрытий на стальных изделиях: - Покрытие с цинк-протекторной эпоксидно-полиамидной грунтовкой - ~6,5-7,5; - Покрытие с пассивирующей или фосфатирующей грунтовкой - 4,0-5,0; - Покрытие с изолирующей грунтовкой - 2,5-3,5; - Покрытие без грунтовки - 1,0. Легко убедиться в необходимости нанесения эмалевых покрытий - в данном случае, алкидных, по грунтовкам. В то же время вполне очевидно, что самая высокая атмосферостойкость получена с использованием цинк-протекторной эпоксидной грунтовки, а самая низкая - с грунтовкой изолирующего действия (по-видимому, ГФ-021). Спрашивается, почему же грунтовка ГФ-021 занимает лидирующие позиции на российском рынке, а, к примеру, протекторные грунтовки производятся в весьма незначительном объеме? Во-первых, изолирующие грунтовки существенно дешевле всех остальных. Во-вторых, исторически сложилась такая ситуация, что алкидная грунтовка ГФ-021 появилась на отечественном рынке достаточно давно (более 40 лет назад) и вошла в большинство нормалей по применению систем покрытий с ее участием во многих отраслях. Кроме того, эпоксидные лакокрасочные материалы обычно выпускаются в виде двуупаковочных составов с ограниченной жизнеспособностью (после смешения), что в определенной степени ограничивает масштабы их применения. Кстати, современной тенденцией в производстве грунтовок является выпуск материалов с ускоренным режимом сушки (~1-2 часа вместо 18-24 часов). Таковы, например, грунтовки "Праймер" и "Спринт", выпускаемые московской фирмой "Лакма-Колор", грунтовка ПФ-0294 производства уже упомянутого выше СНК "ЯрЛИ". Резюмируя сказанное, нужно подчеркнуть, что в данной статье изложены самые общие сведения о типах грунтовок, их характерных особенностях и тенденциях развития. Разумеется, если речь идет о конкретных промышленных объемах их применения, надо учитывать весь комплекс вопросов: подготовку поверхности, шпаклевание, нанесение грунтовочных слоев и нанесение финишных слоев эмали или лака. По мнению специалистов, массовая доля грунтовок в общем покрытии составляет 25-30%. Во всех случаях надо говорить о системе покрытия для каждого конкретного случая. Именно так строят свою работу такие ведущие организации-разработчики покрытий, как ОАО НИИ ЛКП "Виктория", СНК "ЯрЛИ", ВИАМ и другие. ГРУНТОВКИ, НАНОСИМЫЕ ПО БЕТОНУ Поверхности бетонных конструкций в реальных условиях эксплуатации в значительной степени разрушаются под действием содержащихся в атмосфере кислорода, воды, углекислого газа, а в промышленной атмосфере еще и азот- и серосодержащих выбросов. При этом происходит образование водорастворимых солей, их вымывание, образование гипса, который, расширяясь, разрывает поверхность бетона. Поэтому основная задача защитных покрытий - в первую очередь изолировать бетонное основание от внешней среды. Но при этом, с гигиенической точки зрения, в большинстве случаев следует сохранить определенную пористость покрытия - оно должно "дышать", т. е. сохранять достаточную паропроницаемость. С другой стороны, грунтовочное покрытие должно обеспечивать плотное сцепление основания с верхними слоями лакокрасочного материала, т. е. обладать хорошей адгезией, водо- и щелочестойкостью. Наиболее полно этим требованиям удовлетворяют эпоксидные смолы. Применяемые в строительстве и ремонтных работах грунтовки подразделяются на прозрачные (непигментированные) и непрозрачные, содержащие наполнители и пигменты. Непигментированные эпоксидные грунтовки совершенно необходимы при устройстве наливных полов, т. к. только в этом случае обеспечивается адгезия верхнего покрытия к бетонному основанию. Обычно их применяют в виде растворов смол 50-90%-ной концентрации, зачастую с добавлением пластификаторов и активных разбавителей. Они впитываются в верхние слои бетона, дополнительно укрепляя его. Для более надежной связи с верхними слоями покрытия производится посыпка еще недостаточно отвержденного слоя грунтовки сухим кварцевым песком заданного фракционного состава. В случае, когда требуется обеспечить паропроницаемость покрытия, например, для влажных оснований и при недостаточно надежной гидроизоляции, используются грунтовки в виде водных дисперсий. При нанесении наливных полиуретановых полов наряду с эпоксидными используются полиуретановые грунтовки, чаще всего одноупаковочные, отверждаемые влагой воздуха. Они связывают остаточную влагу, содержащуюся в бетоне, дополнительно укрепляя его. Для наружных и внутренних поверхностей зданий и сооружений обычно применяются недорогие силикатные грунтовки. Состав грунтовок зависит от того, какими красками или другими отделочными материалами планируется производить дальнейшие работы. Предприятие, выпускающее краски, обычно рекомендует для их применения те или иные грунтовочные составы. Для создания таких комплексных покрытий основным является вышеупомянутый принцип "подобное к подобному", т. е. в красках и грунтовках (под них) применяется одно и тоже связующее. Особенно важное значение приобретают грунтовки при ремонте старых, частично разрушенных бетонных поверхностей. В этом случае необходимо применение укрепляющих грунтовок или специальных грунтовок глубокого проникновения в сочетании со шпаклевочными составами. ГРУНТОВКИ, НАНОСИМЫЕ ПО ДЕРЕВУ Как известно, лакокрасочные покрытия по дереву выполняют две функции: предохраняют дерево от гниения и придают изделиям декоративный внешний вид. В ряде случаев эти покрытия понижают горючесть дерева, повышают его стойкость к агрессивным средам, улучшают эксплуатационные свойства и т. д. Применяемые в качестве первого слоя, грунтовки должны заполнять поры на поверхности подложки, не втягиваться в них ("не проседать") в процессе сушки и легко шлифоваться. Различают грунтовки по их применению - под прозрачные и непрозрачные (укрывистые) покрытия по дереву. Первые представляют собой концентрированные растворы или водные дисперсии связующих, не содержащие пигментов и наполнителей. В качестве связующих в грунтовках для таких покрытий используют нитрат целлюлозы, нитрокарбамидные составы, поливинилацетат, полиакрилаты и т. д. Их обычно наносят методом втирания тампоном или нанесением кистями, валиками, шпателями и т. д. Для грунтования древесины крупнопористых пород (дуба, ореха, ясеня) применяют так называемые порозаполнители (например, марок КФ-1 и КФ-2). В качестве грунтовок под укрывистые покрытия по дереву можно использовать недорогие грунтовки по металлу изолирующего действия, не требующие горячей сушки. Часто в качестве наполнителя применяют тонко измельченные деревянные опилки. Таким образом, правильный выбор грунтовок позволяет "продлить жизнь" лакокрасочного покрытия и обеспечить эффективность его применения.