АзовСинтезСклад лакофарбових матеріалів
Лакофарбовий матеріал це не одна речовина, а суміш із чотирьох груп компонентів. Плівкоутворювач, тобто смола, зв'язує все в тверду плівку. Пігменти й наповнювачі це тверді порошки, що дають колір, укривистість і тіло. Розчинник або вода роблять масу текучою й потім випаровуються. Функціональні добавки, частки відсотка, керують матовістю, реологією та міцністю. Пропорції гуляють від типу матеріалу, але логіка одна: половина банки органорозчинної емалі після висихання зникає, а те, що лишилось на стіні, і є фарба.
Розберу кожну групу по черзі: за що вона відповідає, скільки її кладуть і що з цього складу реально возять тоннами, а не малюють на етикетці.
Чотири групи компонентів у банці фарби
Будь-який лакофарбовий матеріал складається з чотирьох функціональних груп. Плівкоутворювач (алкідна, акрилова, поліуретанова смола або водна дисперсія) зв'язує все в тверде покриття. Пігменти й наповнювачі це тверді порошки: перші дають колір і укривистість, другі тіло, матовість і бар'єр. Розчинник або вода переводять масу в текучий стан і випаровуються при висиханні. Функціональні добавки, від 0,1 до 3%, керують матовістю, реологією та стійкістю плівки. У сухому залишку емалі порошків і смоли приблизно порівну, а летка частина сягає половини маси банки.
Проста мапа, куди який компонент і скільки його в рецептурі, виглядає так.
| Компонент | Роль у рецептурі | Приклад сировини | Типова частка |
|---|---|---|---|
| Плівкоутворювач (смола) | зв'язує пігмент і наповнювач у тверду плівку, тримає адгезію | алкід, акрил, поліуретан, епоксид, водна дисперсія | 20–50% сухого залишку |
| Розчинник / розріджувач | робить масу текучою, випаровується при висиханні | уайт-спірит, ксилол, ефіри; у водних вода | до 50% маси |
| Пігмент | колір, укривистість, захист від UV | діоксид титану, оксид цинку, залізооксидні | 5–30% |
| Наповнювач | тіло, матовість, реологія, нижча ціна | тальк, крейда, діоксид кремнію, каолін | 5–40% |
| Функціональні добавки | матовість, реологія, диспергування, консервація | стеарати металів, поліетиленовий віск, сикативи | 0,1–3% |
Летка й нелетка частина: за що платить закупівельник
Склад ділять на дві частини за поведінкою при висиханні. Летка частина це розчинник або вода, вона випаровується й у покритті не лишається; в органорозчинних емалях це приблизно половина маси. Нелетка частина, або сухий залишок, це смола, пігмент, наповнювач і добавки, тобто те, що стає плівкою. Ціну матеріалу рахують на сухий залишок, а не на кілограм банки: фарба з 45% сухого вкриє меншу площу, ніж та сама за об'ємом з 60%.
Найдорожчий урок закупівлі я бачив саме на цій арифметиці. Виробник меблів рахував бюджет на фарбування по ціні кілограма й узяв дешевшу органорозчинну емаль. Сухий залишок у неї був близько 45%, у дорожчої конкурентної 60. На той самий метраж дешевої пішло помітно більше банок, бо кожна десята з них по суті випарувалась у цех. Кінцева ціна квадратного метра вийшла вищою, ніж у дорожчого матеріалу. Тому в специфікації на ЛФМ перший рядок, який дивиться технолог, це масова частка нелетких речовин, а не ціна тари.
Плівкоутворювач: те, що тримає покриття разом
Плівкоутворювач це основа рецептури: полімер або олігомер, що при висиханні зшивається в суцільну плівку й утримує в ній усі порошки. Від його типу залежить решта: алкіди сохнуть на повітрі за рахунок окиснення, акрилові й водно-дисперсійні тверднуть випаровуванням води, поліуретанові й епоксидні зшиваються із затверджувачем. Смола задає адгезію, блиск, твердість і хімічну стійкість, а пігмент із наповнювачем лише розподілені в ній.
Саме тому одну й ту саму назву кольору на алкіді й на акрилі не можна вважати однаковою фарбою: сохнуть, жовтіють і тримають розчинник вони по-різному. Плівкоутворювач це найдорожчий компонент нелеткої частини, і виробники економлять на ньому наповнювачем, а не навпаки.
Розчинник і розріджувач: у чому різниця
Обидва це летка рідина, але роль різна. Розчинник переводить тверду смолу в рідкий стан, без нього плівкоутворювач узагалі не нанести. Розріджувач лише знижує в'язкість уже готової фарби перед роботою, розчиняти смолу він не зобов'язаний. У водно-дисперсійних матеріалах роль розчинника грає вода, органіки там мінімум, звідси майже нульовий запах. Помилка з розріджувачем видима одразу: не той тип помутнить лак або згорне смолу пластівцями просто в банці.
Пігмент чи наповнювач: обидва порошки, різниця в заломленні
Пігмент і наповнювач це обидва тверді порошки в сухому залишку, і на око їх не розрізнити. Різницю робить показник заломлення світла. У пігмента він високий і сильно відрізняється від смоли, тому частинка розсіює світло й кроє: в оксиду цинку це близько 2,02, у діоксиду титану 2,70. У наповнювача показник близький до смоли (тальк близько 1,57 проти приблизно 1,5 у зв'язуючого), тому в плівці він майже прозорий і працює не кольором, а об'ємом та реологією.
Ця межа рухома: за посібником Г. І. Гуріної «Пігменти» (ХНУМГ) той самий порошок в одній системі кроє, а в іншій стає прозорим, якщо показники заломлення збіглися. Оксид цинку тут пограничний випадок: кроє слабше за титанові білила, зате працює як фунгіцид і UV-екран, тому у фасадну фарбу його беруть не заради білизни (докладніше в розборі оксиду цинку). Класичні наповнювачі, крейда, тальк, каолін, кольору не дають зовсім; їхнє завдання це тіло плівки й нижча ціна замість частини дорогого пігменту.
Навіщо наповнювачі: матовість, реологія і бар'єр
Наповнювач у фарбі робить три речі одночасно: дає плівці тіло й товщину, керує матовістю й заміщає частину дорогого пігменту. Рівень матовості задає не сам факт наповнювача, а помел: тонкий тальк вбирає надлишок зв'язуючого, груба фракція створює рельєф. У нашій партії мікротальку 5-SW (10/9/N) середній розмір частинки d50 4,35 мкм при білизні 95,10%, тому пластинки лягають однаково й блиск не гуляє від партії до партії. Осаджений діоксид кремнію NK-70 з питомою поверхнею 112 м²/г у тій самій ролі йде реологічним загусником при 0,5–2%.
Тальк це гідратований силікат магнію з пластинчастими частинками: ламелі лягають паралельно підкладці й дають бар'єр проти вологи та рівне матування ґрунтовок і меблевих лаків. Кремнезем працює інакше, через високу поверхню: 0,5–2% NK-70 будують тиксотропну сітку, вона рветься під валиком і миттєво відновлюється на стіні, тож фарба не стікає патьоками, а шар лягає рівний. Що з них брати під матування прозорого лаку й чому грубий тальк дає сіру димку, розібрано в порівнянні тальку й діоксиду кремнію. Крейда з каоліном дешевші й ідуть туди, де потрібне просто тіло без вимог до реології.
Функціональні добавки: маленька частка, велика різниця
Функціональні добавки це частки відсотка, що вирішують, чи буде партія товарною. Тиксотропний загусник тримає пігмент завислим, щоб фарба не розшаровувалась у банці: стеарат алюмінію будує структурну решітку при частці близько 0,5%, у нашій партії 18M/10D його температура плавлення 166 °C і вміст Al₂O₃ 12,16%. Матовість і стійкість до подряпин дає поліетиленовий віск, 0,5–2% лаку опускають блиск до 20–50 GU. Диспергатори, сикативи, піногасники й біоциди кожен важать менше за відсоток, але без них рецептура не працює.
Металеві стеарати тут універсальні. У порошкових фарбах стеарат кальцію з мікротальком повертають гранулам сипкість після складу. У шліфувальні ґрунти по дереву стеарат цинку кладуть 1–3%, щоб плівка шліфувалась у суху пудру, а не засалювала шкурку. Поліетиленовий віск при висиханні мігрує на поверхню й лягає захисним шаром, тому покриття перестає легко дряпатись (механіка розібрана в статті про поліетиленовий віск). Ще одна тиха добавка це стеаринова кислота: 1–3% від маси наповнювача гідрофобізують поверхню крейди чи оксиду цинку й скорочують час помелу пасти. Як влаштований увесь клас стеаратів, зібрано в огляді металевих стеаратів.
Фарба, лак, емаль чи ґрунтовка: різниця у складі
Чотири звичні назви це не різні хімії, а різні набори тих самих груп компонентів. Лак це плівкоутворювач у розчиннику без пігменту, тому він прозорий. Фарба це лак із доданим пігментом і наповнювачем. Емаль це фарба на лаковій основі з підвищеним блиском і твердістю. Ґрунтовка це та сама фарба, але з високим вмістом наповнювача та спеціальних пігментів для адгезії й антикорозії, а не для декору.
| Матеріал | Плівкоутворювач | Пігмент | Наповнювач | Результат |
|---|---|---|---|---|
| Лак | так | немає | мало або немає | прозоре блискуче покриття |
| Фарба | так | так | так | укривне кольорове покриття |
| Емаль | лакова основа | так | помірно | твердий глянець |
| Ґрунтовка | так | антикорозійні, адгезійні | багато | зчеплення з основою, не декор |
Скільки чого в банці: об'ємна концентрація пігменту
Співвідношення порошків і смоли описують об'ємною концентрацією пігменту, тобто часткою об'єму, яку займають пігмент і наповнювач у сухому залишку. У глянцевих емалей вона низька: смоли з надлишком, кожна частинка обгорнута плівкою, поверхня гладка й блищить. У матових і фасадних фарбах концентрація висока, вище критичної точки, коли смоли вже не вистачає заповнити проміжки, і плівка стає пористою й матовою. Тому матовість це передусім геометрія наповнення, а не окрема добавка.
З цієї геометрії випливає й решта поведінки покриття. Нижче критичної точки плівка щільна, блискуча й міцна на стирання, тому глянцеві емалі так тримають вологу. Вище критичної точки покриття дихає й легше пропускає пару, зате без фунгіцидного пігменту раніше починає крейдувати на сонці. Через це фасадну матову фарбу рецептують інакше за інтер'єрну глянцеву, хоча набір груп компонентів у них однаковий.
Що з цього складу можна взяти в Азовсинтезі
Готову фарбу ми не робимо, а возимо компоненти сухого залишку: наповнювачі (мікротальк 5-SW, осаджений діоксид кремнію NK-70), білий пігмент оксид цинку та функціональні добавки (стеарати алюмінію, кальцію й цинку, поліетиленовий віск). На кожну партію йде паспорт якості з реальними цифрами: помелом наповнювача, чистотою пігменту, температурою плавлення добавки. Повний перелік задач і рішень для галузі зібраний у розділі лаки та фарби. Повернуся до арифметики з початку: платите ви за суху речовину, і саме її показники в паспорті визначають, як поведеться плівка на стіні.