Термины «paint» и «surface coating» часто используются как взаимозаменяемые. Термин «surface coating» является более общим и применим к любому материалу, который может быть использован в виде тонкой сплошной пленки на поверхности. Термин «paint» (краска, лакокрасочное покрытие) традиционно использовался для описания пигментированных материалов с целью отличить их от прозрачных пленок, которые более правиль­но называть лаками («lacquers» или «varnishes»). В данной книге будут рассматриваться главным образом «paints» (то есть пиг­ментированные лакокрасочные материалы и покрытия); однако, как мы увидим, современные процессы окрашивания могут вклю­чать получение составных систем, в которых общее покрытие состоит из нескольких тонких пленок, причем не все они могут быть пигментированными. Мы будем использовать оба термина в соответствии с контекстом, в котором обсуждаются конкретные лакокрасочные композиции.

Лакокрасочные покрытия выполняют двоякую функцию. Они обеспечивают удовлетворение эстетических требований, выпол­няют защитные функции, или и те и другие одновременно. Напри­мер, при окраске автомобилей лакокрасочное покрытие должно улучшить внешний вид автомобиля, то есть придать ему цвет и блеск, а если корпус изготовлен из малоуглеродистой стали, то оно должно обеспечить и защиту от коррозии. Если же корпус изготовлен из стеклопластика, тогда функция покрытия будет только декоративной. Существуют очень веские экономические причины, по которым лучше окрашивать только наружную по­верхность изделий, например из пластмасс, вместо окраски во всем объеме за счет использования пигментированных материа­лов при их изготовлении. Преимущества применения лакокрасоч­ных покрытий особенно ясны в тех случаях, когда необходимо иметь широкий набор цветовых эффектов. Эта тема будет рас­смотрена в главах, посвященных лакокрасочным материалам и покрытиям целевого назначения (гл. 8—11).

При рассмотрении природы красок станет совершенно ясно, что очень важное значение имеет взаимосвязь между покрытием и подложкой. Различны требования к краскам для древесины и для металла. Более того, методы нанесения и сушки красок могут сильно различаться. При разработке рецептуры краски для кон­кретной цели важно знать, где, в каких условиях будет эксплуа­тироваться окрашенное изделие, каковы требования к физиче­ским и механическим характеристикам. Исследователь должен знать, каким методом краска будет наноситься и отверждаться. Так, краски для изделий из литой стали должны обладать хоро­шим сопротивлением к разрушению при ударе (то есть отслаива­нию) , в то время как к покрытиям для жестяных банок предъяв­ляется требование высокой гибкости. Эти различные требования будут описаны в гл. 8—11, посвященных различным областям использования лакокрасочных материалов.

Уже давно поняли, что трудно, если вообще возможно вполне удовлетворить разнообразным требованиям, используя только один слой краски. Достаточно перечислить требования, предъяв­ляемые к типичному покрытию. Обычно требуются многие, если не вое, из следующих свойств: укрывистость, цвет, глянец, шеро­ховатость поверхности (текстура), адгезия к подложке, необхо­димы^ механические или физические свойства, химическая стой­кость] защита от коррозии и все то, что вкладывается в понятие долговечность. Долговечность — очень важный показатель, к которому мы будем часто возвращаться. Число различных слоев, из которых состоит система покрытия, будет определяться типом подложки и условиями эксплуатации окрашенного объекта. Ти­пичная система глянцевого покрытия может состоять из грунто­вочного слоя, промежуточного слоя и верхнего слоя. Каждый из этих слоев может быть получен из пигментированных компо­зиций, причем для формирования каждого слоя может быть ис­пользовано неоднократное нанесение соответствующего лакокра­сочного материала. Например, может быть один слой грунтовки, промежуточный слой, полученный двукратным нанесением, и верхний слой также двукратного нанесения. Назначение каж­дого из слоев и, соответственно, их состав сильно различаются. Грунтовка должна укрыть подложку и обеспечить достижение хорошей адгезии между подложкой и промежуточным слоем. Она может также дополнительно повышать укрывистость, но это не является ее основной функцией. Промежуточный слой имеет два назначения: обеспечить укрывистость подложки и вы­равнивание поверхности, по которой будет нанесен верхний слой. Гладкую поверхность получают путем шлифования шлифовочной шкуркой после высушивания каждого слоя. Затем наносят верх­ний слой, который также вносит вклад в укрывистость и обеспе­чивает соответствующий эстетический эффект, например, цвет и глянец. В целом покрытия должны обеспечить защиту деревян­ных, металлических и других подложек, на которые они нанесены.

Целесообразно рассмотреть взаимосвязь между этими слоями. Механические и физические свойства каждого из слоев весьма различны. О назначении грунтовки обеспечить адгезию уже упо­миналось. Кроме этого, может появиться необходимость умень­шить напряжения, которые возникают в покрытии при отвержде­нии и вследствие появления хрупкости верхнего (и промежуточ­ного) слоя в результате процесса старения, или воспринять напряжения, возникающие при различных движениях подложки. Известно, что мягкие сорта дерева, используемые для оконных рам, расширяются и сжимаются в сухих (летом) и влажных (зи­мой) условиях почти на 10% поперек волокна, но намного меньше вдоль волокон. Цвет промежуточного слоя должен приблизитель­но соответствовать цвету верхнего слоя. Обычно содержание пигментов в нем высокое, в противоположность верхнему слою. Причина этого в том, что от верхнего слоя требуется обеспечение максимального глянца и растяжимости. Использовать лакокра­сочные материалы верхнего слоя в промежуточных слоях поэтому нецелесообразно. /

Очень часто грунтовка должна обеспечить защиту от ifoppo - зии. Поэтому при использовании по стальным подложка^ она должна содержать в своем составе химически активный антикор­розионный пигмент. Коррозионная защита может быть достигнута дополнительно другими методами, в частности химической обра­боткой подложки. Поэтому обычно технология получения покры­тий включает предварительную химическую обработку металла, главным образом алюминиевых или железных подложек. Послед­ние наиболее часто обрабатывают фосфатным раствором, который обеспечивает образование кристаллического фосфатного слоя. Поэтому последующий слой грунтовки наносится на кристалли­ческий неорганический слой, а не прямо на чистую поверхность металла.

Поверхности редко бывают тем, чем кажутся. За исключением благородных металлов, на поверхности почти всех других метал­лов, по которым наносятся покрытия, находится не собственно металл, а оксидный слой. Поэтому чистота поверхности может быть неизвестна. Так как состояние поверхности сильно влияет на адгезионную прочность лакокрасочного покрытия, очень важ­но иметь это в виду. Поскольку большинство поверхностей «за­грязнены» и качество их не всегда одно и то же>, необходимо, чтобы лакокрасочные материалы и получаемые покрытия не были очень чувствительны к загрязнениям и непостоянству состава поверх­ностей. Такие материалы должны допускать присутствие на по­верхности различных загрязнений в умеренных количествах; их часто называют «устойчивыми к загрязнениям» («robust»). Одна­ко это не означает, что промышленные технологические процессы окраски не требуют предварительной обработки поверхностей, например, обезжиривания и упомянутой выше химической об­работки.

Разрушение покрытий при их эксплуатации в различных усло­виях обусловлено в основном изменениями в химической природе пленкообразователя с последующими изменениями в его механи­ческих свойствах. Поэтому усиленно проводятся исследования по созданию полимеров и смол с целью повышения долговечности покрытий при их эксплуатации. Разработка новых более каче­ственных пигментов может повысить срок службы покрытий, но в большинстве случаев наиболее слабым звеном в системе покры­тия является пленкообразователь. Одним из следствий этого яв­ляется необходимость разработки материалов и покрытий для конкретных областей использования. Этот подход позволяет из­бежать компромиссов, на которые приходится идти в случае материалов общего назначения. По экономическим или другим причинам наилучший материал для данного конкретного приме­нения может быть недоступен, вследствие чего неизбежен - ком­промисс между ценой и эксплуатационными качествами. Дейст­вительно, соотношение цена — эффективность конкретной лако­красочной композиции обычно является доминирующим по срав­нению с другими факторами на рынке промышленных красок.