Глава 1.
Многообразие автомобильных эмалей
Люди красили все и всегда. Сегодня уже трудно с определенной достоверностью установить, когда возникли первые красители. Еще задолго до появления ремесел, и уж тем более промышленности, первобытные люди стремились как-то обозначить свое право владения теми или иными вещами и выделить их из ряда себе подобных, принадлежащих соплеменникам. Вот, наверное, с той поры одним из символов, характеризующих индивидуальную принадлежность, и стала оригинальная окраска.
Вначале в ней нуждались простейшие орудия труда и охоты, домашняя утварь и т. д., но по ходу эволюции человеческого общества все больше предметов различного предназначения требовали персонификации, все насыщеннее, интереснее и ярче становились цвета. Да и спектр цветовых оттенков значительно расширился.
В тему:
Краски — однородные суспензии пигментов в пленкообразующих веществах. Изготавливаются на основе олиф (масляные краски), лаков (эмалевые краски), водных растворов некоторых органических полимеров (клеевые краски) и жидкого стекла (силикатные краски), водных дисперсий полимеров (эмульсионные краски).
(«Большой энциклопедический словарь», 2000 г.)
Появление промышленного производства, его рост, унификация и стандартизация различных областей жизнедеятельности человека поставили перед окраской новые задачи. Тонкие слои краски, образующие при высыхании непрозрачные покрытия, теперь должны были не просто идентифицировать, а в гораздо большей степени защищать поверхность от воздействия агрессивных сред и придавать ей красивый, запоминающийся внешний вид (как производная от персонификации).
Хотя, по большому счету, до второй половины XIX в. требования к внешним покрытиям с точки зрения их физических и химических свойств были адекватны уровню технического прогресса того времени, их с успехом удовлетворяли существовавшие сотни лет традиционные материалы на основе органических смол, и необходимости введения каких-либо новых веществ просто не было. Минеральные краски на основе природных пигментов - охра, желтый сурик, киноварь, мумие, мел, ляпис-лазурь и др., прекрасно подходили для нанесения на ткани, дерево, бумагу. Ими окрашивали фасады зданий, внутренние помещения, дорожные коляски, одежду и пр. Органические красители служат человеку и сегодня. Их применяют, например, в строительной отрасли (олифа).
Но в конце XIX в. появились автомобили. Поначалу это были низкоскоростные, менее проходимые, со значительно меньшим ресурсом транспортные средства, сродни каретам или дилижансам. Поэтому на первом этапе требования к лакокрасочному покрытию самодвижущихся экипажей тоже были несопоставимы с современными. Постепенное выделение автомобилестроения в отдельную отрасль промышленности и дальнейшее развитие этой отрасли (а следовательно, и техническое усовершенствование автомобилей) как раз и заставило ученых-химиков задуматься над решением возникшей проблемы, связанной с ужесточением требований, которые стали предъявляться к лакокрасочному покрытию все более и более технологичных, прогрессивных транспортных средств.
Каким же образом изготовить лакокрасочное покрытие, обладающее значительно более высокими износостойкими характеристиками? Ведь металл кузова, а в дальнейшем и пластиковые элементы, требовали надежной защиты от механических повреждений (трещин, сколов), атмосферных воздействий (ультрафиолет, влага), кислот, щелочей и т. д.
Естественно, автомобиль в процессе своего существования проходит через весь спектр неблагоприятных условий эксплуатации, поэтому уровень качества, которому должно соответствовать его лакокрасочное покрытие, диктуется именно способностью этого покрытия противостоять всем негативным воздействиям, не теряя своих первоначальных характеристик и, самое главное, привлекательного внешнего вида.
Органические материалы, крайне плохо противостоящие агрессивной окружающей среде, для этих целей не годились. Для внутренних отделочных строительных работ органика великолепно подходит, и это понятно, в комнатах преимущественно тепло, сухо, агрессивность минимальна (конечно, если никто не царапает гвоздями стены). Скамейки в парках, фонарные столбы, урны на улицах мы тоже легко можем покрасить масляной краской, ведь сезон она продержится, а на следующий год нам не составит никакого труда, благо удовольствие это недорогое, все перекрасить и обновить.
Другое дело автомобиль — дорогой сам по себе, дорогой в производстве. При его создании используются далеко не дешевые расходные материалы, он рассчитан на длительный срок эксплуатации, поэтому каждый раз его перекрашивать будет накладно, ведь автомобильные эмали стоят изрядных денег.
Форсировать ситуацию и дать новый толчок развитию смог химический синтез и изготавливаемые в его процессе синтетические краски. Они великолепно удовлетворяют четырем основным требованиям, предъявляемым к лакокрасочному покрытию автомобиля: это износостойкость, атмосферостойкость (противостояние атмосферным воздействиям), экологичность и декоративность.
Кстати, последние два требования до сих пор являются предметами совершенствования. В целях улучшения экологичности автомобильных эмалевых красок, как мы знаем, разработаны водоразбавимые материалы. Для придания автомобилю наиболее привлекательного внешнего вида постоянно придумываются такие невообразимые эффектные покрытия, что, кажется, предела совершенствованию в этой области нет и быть не может. Еще совсем недавно предметом вожделения любого автомобилиста был «металлик», а сегодня на рынке присутствуют и «перламутры», и недавно появившиеся «ксералики», и бог весть что еще. А что будет в дальнейшем — вообще неизвестно…
В тему:
Важно понимать, что в разговоре о красках и связанных с ними аспектах деятельности важную роль играет вопрос терминологии. Русский язык емок и многогранен, он, как губка, впитал и продолжает впитывать огромное количество заимствованных слов из наиболее широко распространенных языков (тюркских, угрофинских, языков франкороманской группы, английского и т. д.). В силу этого обстоятельства русский язык обладает широким синонимическим рядом, к которому, в свою очередь, нередко причисляются созвучные заимствования, имеющие не то чтобы противоположный, но далеко неидентичный смысл. Так, «эмаль» (от франц. email, а по-русски — «финифть») — прочное стеклообразное покрытие, наносимое на металлический предмет и закрепляемое обжигом, по своей сути не имеет ничего общего с эмалевыми красками на основе лаков, образующими твердые блестящие покрытия, которые напоминают (мы подчеркиваем: только напоминают) по внешнему виду эмаль.
Мы, конечно, ни в коей мере не осуждаем тех, кто вместо «автомобильные эмалевые краски» говорит сокращенно: «автоэмали». Русский язык тем и велик, что изъясняться на нем можно достаточно вольно, пренебрегая некоторыми правилами, и вас все поймут, но все-таки «автомобильные эмали» звучит не очень корректно. Поэтому мы будем вести речь об эмалевых красках, применяемых в автомобилестроении.
Этому в немалой степени способствует и ужесточение экологических требований, предъявляемых к лакокрасочным материалам. В течение как минимум двух последних десятилетий новые, более жесткие нормы законодательств многих стран в части охраны окружающей среды явились непосредственным двигателем прогресса в лакокраске. Врядли кто-нибудь по своей воле стал бы тратить деньги на разработку и внедрение высоконаполненных полимерных материалов, а тем более воды. «Старые» серии лакокрасочных материалов, как ни парадоксально, часто более технологичны, чем «ультрасовременные». Без усилий «зеленых» лакокраска, пожалуй, была бы одной из наиболее консервативных отраслей (как нефтеперегонка, например).
Дизайнерская мысль неутомима и трудно предсказуема. Это закладывает основное противоречие, или, вернее, проблему в работе с современными материалами, что привело к выделению целого направления в кузовном ремонте — колористики. Автопроизводители кровно заинтересованы в том, что-бы автомобили продавались как можно лучше. Для этого они должны быть не только функциональными с технологической точки зрения, но и красивыми. И не просто красивыми, а эффектными, запоминающимися, бросающимися в глаза, оригинальными. Ведь человеку, будущему хозяину авто, до сих пор свойственно идентифицировать и персонифицировать вещи, ему принадлежащие, и выделять их из массы похожих, показывая их исключительность. Поэтому в лабораториях и дизайнерских бюро автозаводов сначала изобретают новые удивительные цвета, а потом колористы или маляры в авторемонтных мастерских мучаются с цветоподбором.
Так что за свою более чем столетнюю историю, как бы пафосно это ни звучало, автомобильные краски действительно прошли грандиозную эволюцию, рассказ о которой мы начнем, пожалуй, с алкидных материалов, которые ни много ни мало - почти 40 лет просуществовали на автомобильных производствах.
Алкидные материалы
Алкидные эмалевые краски изготавливаются на основе алкидных смол. Это синтетические смолы, продукты поликонденсации многоосновных карбоновых кислот с многоатомными спиртами; высоковязкие жидкости. Наиболее распространены алкидные смолы, получаемые из фталевой кислоты и глицерина или пентаэритрита, называемые соответственно глифталевыми смолами (глифталями) и пентафталевыми смолами (пентафталями). Применяются главным образом для приготовления алкидных лаков.
Алкидные лаки — растворы алкидных смол (часто их смесей с карбамидными смолами или с другими полимерами) в органических растворителях. Образуют антикоррозийные и атмосферостойкие покрытия. Применяются для защиты дерева и металла, а эмалевые краски и грунтовки из алкидных лаков для отделки транспортных средств.
До сих пор алкидные лаки – довольно-таки широко распространенный вид лакокрасочной продукции, вот только из авторемонтной отрасли они безвозвратно ушли. Те, кто сталкивались с алкидными эмалевыми красками в своей практике, наверняка хорошо помнят все недостатки работы с ними. Но главным побудительным стимулом к их вытеснению с рынка стала все же их высокая токсичность, которая сильно не устраи-вала природозащитные организации. Это, наверное, один из немногих случаев, когда интересы экологов и авторемонтников пересеклись (хотя последним-то, конечно, глубоко все равно, насколько экологически вредны или безвредны используемые ими материалы, главное - чтобы ими было удобно работать).
Алкидными же эмалевыми красками работать было не совсем удобно. Как они ни модифицировались, как ни совершенствовались, существенных улучшений добиться так и не удалось. В них добавляли кислотные растворители, но кислота фактически разрушает структуру материала, при полимеризации молекулярные решетки сшиваются вообще бессистемно. Молибденовые присадки, делающие решетку более напряженной, ускоряли время сушки эмалевых красок, но за счет того, что твердость материала набирал ась очень резко, сколообразование увеличивалось в той же пропорции.
Более того: алкидные смолы после синтеза имеют желтоватый оттенок, причем ярко выраженный, не поддающийся полной оптической очистке. Поэтому при колеровке приходилось делать значительные корректировки, что существенно усложняло работу с этими материалами.
Ну и самый большой минус алкидных эмалевых красок, по сравнению с современными материалами — долгое время полимеризации. Ведь первичное высыхание алкидных материалов происходит только за счет испарения летучих веществ из лакокрасочного материала, которое и приводит к сшиванию молекул связующего в молекулярные цепочки. После высыхания образуется достаточно тонкая пленка, поскольку эти материалы содержат большое количество растворителя.
Однако по окончании полимеризации, всех ее этапов и циклов алкидные эмалевые краски по всем физическим и декоративным свойствам (твердость, глянец и т. д.), в принципе, вполне сравнимы с акриловыми, и большой разницы между ними нет. Правда, все эти свойства алкидная смола приобретает не за час, не за два, а за дни и месяцы.
Проблема в том, что первичная полимеризация, наблюдаемая при сушке, окончательно заканчивается только под воздействием воздуха, тепла и ультрафиолетового излучения через довольно-таки продолжительное время. Ремонтная окраска — это же не конвейер, когда в газовой или инфракрасной печи, единовременно разогретой до + 180...+200 оС, полимеризация протекает стремительно. В ремонтной мы себе этого позволить не можем.
Присутствующие на кузове автомобиля пластмассы, полиэфирные шпатлевки и т. д. держат максимум + 90 °С - при такой температуре полиэфир (стирол) распадается, в заводских же шпатлевках связующие делаются из других, более стойких к высоким температурам материалов.
Так что, как видим, высокая токсичность - не самое большое зло, исходившее от алкидных лаков. По крайней мере для авторемонтников - в любом случае находиться рядом с только что покрашенной машиной никто долго не намеревался. Да это и вряд ли удалось бы: пары алкидных смол настолько едки, что после покраски надо было пулей вылетать из камеры, чтобы не задохнуться.
Все эти минусы и привели к созданию революционного материала. Мы начали с ним знакомиться в начале 90-х, хотя во всем мире он используется уже лет 30.
Акриловые материалы
Акриловые лаки (полиакриловые лаки) — растворы полиакрилатов или их производных в органических растворителях. Образуют свето-, атмосферо- и водостойкие покрытия с хорошей адгезией к металлу. Применяются для антикоррозийной защиты алюминия и его сплавов, эмалевые краски на основе акриловых лаков используют при отделке самолетов, автомобилей и т. д.
Так чем же революционен акрил? Да тем, что полимеризуется он по совершенно иной схеме, нежели алкидные материалы — они однокомпонентны (1 К), по-этому полимеризуются под воздействием естественных процессов в окружающей среде. Здесь же мы имеем двухкомпонентный материал (2К), поэтому полимеризация перестает зависеть от множества неподконтрольных нам факторов.
Это приводит к тому, что мы получаем возможность значительно сократить время полного сшивания полимерных цепочек. Считается, что необратимые изменения во всех акриловых эмалевых красках при сушке в естественных условиях, т. е. при температуре около +20 оС и нормальной влажности около 80 %, завершаются примерно за 16 часов. Твердость затем набирается еще в течение нескольких суток, в зависимости от того, чем модифицирована краска. Чистое акриловое связующее при +10 оС полностью отвердевает за 2-3 суток. Если оно модифицировано полиуретаном, то за 7-10.
Происходит так потому, что сшивание молекулярной цепочки акриловой эмалевой краски осуществляется, в отличие от алкидной, за счет добавления отвердителя. Полимеризацию двухкомпонентных материалов обусловливает исключительно химическая реакция между связующим (акриловой смолой) и от-вердителем (полиизоционатом). Растворитель в этом случае добавляется только для получения требуемой вязкости.
В тему:
Естественная сушка на акриловых материалах влияет только на набирание твердости. То есть эмалевая краска гарантированно высохнет за 16 часов, но твердость она наберет за более долгий промежуток времени, чем если бы вы сушили ее в камере.
Однако сегодня у многих производителей есть линейки продукции, в которых растворителя нет вообще. Более того, он там и не нужен, и его не надо туда добавлять. Это современные высоконаполненные UHS-материалы, наносимые одним толстым слоем (классификацию материалов по наполненности мы рассмотрим ниже). Их вязкость фактически закладывается уже при производстве и соответствует оптимальным условиям покраски (под ними здесь и далее подразумеваются следующие: температура воздуха + 20 °С, влажность 80 %). Иностранные производители не сомневаются, что мы будем их соблюдать, что у нас имеются камеры и подготовленные, хорошо оборудованные цеха. Поэтому, даже если иностранные производители и ошибаются относительно качества и оснащенности наших сервисных станций, повторимся: разбавление таких материалов растворителем недопустимо.
А нельзя этого делать по следующей причине: в них и так присутствует достаточно сольвентов, которые при сушке испаряются, и для их испарения необходимо определенное время. Добавление же растворителя значительно сокращает время сушки, и сольвенты попросту не успевают улетучиться. При этом верхний слой полимеризуется быстрее, образуется пленка, препятствующая испарению «летучки» из жидких фракций, расположенных в нижних слоях (не забывайте, что наносятся такие материалы одним толстым слоем), и это приводит к образованию на поверхности лакокрасочного покрытия всем известных дефектов.
Кстати, подобный эффект наблюдается и на традиционных невысоконаполненных эмалевых красках, и даже на алкидных. Очень часто маляры первый слой наносят краской с нормальной вязкостью, а последующий делают пожиже, как говорится, для разлива. После покраски машина в камере стоит очень красивая, яркая, а из камеры выезжает уже матовая — пленка материала деформируется за счет слишком интенсивного испарения разбавителя с поверхности, что усугубляется, как правило, недостаточной вентиляцией. Исходя из этого, не советуем любителям добавлять слишком много растворителя. Может, разлив мы и получим, но глянец по-теряем наверняка.
Возвращаясь к общей характеристике акриловых материалов, надо заметить следующее. Как уже было сказано, длинные молекулярные цепочки сшиваются в процессе химической реакции между молекулами смолы и молекулами отвердителя, поэтому полимеризация, в принципе, может идти без доступа воздуха, в закрытом объеме и при низких температурах, хотя следует учитывать, что скорость реакции прямо зависит от температуры: при низкой сшивание идет значительно медленнее.
Мы знаем, что оптимальная температура полимеризации в камере составляет + 60 °С. Минут за 40-60 при такой температуре все необратимые реакции закончатся, и машина будет готова для выдачи клиенту.
В пользу акриловых материалов свидетельствует и тот факт, что они поддаются практически 100%-ной оптической очистке. Это позволяет колористам спокойно подбирать цвет ремонтируемых покрытий, не делая поправок на желтизну лака (хотя это спорный тезис: часто встречаются желтые акриловые лаки, но все относительно).
Основным же модификатором является полиуретан, способствующий увеличению слоя. Кроме того, он придает эмалевым краскам более высокую износостойкость за счет увеличения пластичности — лакокрасочная поверхность лучше противостоит летящему из-под колес гравию (от здоровенных булыжников он, конечно, не спасет).
На сегодняшний день на отечественном автомобильном производстве, когда речь идет о покраске на конвейере, акриловые материалы не применяются. Применяется акриловый 1К молочный лак в системе «база-лак» без отвердителя, полимеризующийся за счет очень высокой температуры сушки. А 2К акриловых красок на конвейерном производстве в России нет.
Водорастворимые эмалевые краски
Пути эволюции, как мы знаем, неисповедимы, поэтому она никогда не стоит на месте, требуя развития. Сегодня экологи уже убедили весь мир, что сольвентные краски вредны, опасны и т. д., а потому их надо запретить. И даже UHS-материалы теперь их не устраивают. Новое поколение водоразбавимых материалов все прочнее занимает позиции на рынке лакокрасочных покрытий.
Это действительно совершенно новые материалы. Работа с ними осуществляется по несколько измененной, усовершенствованной технологии, преимущества которой для многих очевидны. Хотя на данном этапе нельзя сказать, что они полностью вытеснили традиционную продукцию.
В России до этого еще очень далеко — настороженное отношение отечественных специалистов в области авторемонта ко всему новому играет здесь не последнюю роль, да и цена, по крайней мере пока, многих отпугивает.
Хотя «водной» базой пользуются уже на многих станциях, минусы уверенно уравновешены плюсами (беспрецедентная укрывистость, легкость нанесения, отсутствие эффекта «яблочности»). С успехом используются «водные» антигравийные покрытия и грунты. В откровенно «детском» возрасте пребывают лишь «водные» акриловые лаки и краски.
К тому же многие эксперты в нашей отрасли неоднозначно высказываются о качестве существующих акриловых материалов на водной основе, потому что, как они считают, все, что покрыто ими, на машины непохоже. С первичными слоями лакокрасочного покрытия — шпатлевками, грунтами и т. п., ситуация иная, поскольку практически в половине европейских государств сольвенты запрещены.
Так вот, о свойствах. Во-первых, водорастворимые материалы, как утверждают их разработчики, поддаются практически стопроцентной колеровке. Это обусловлено тем, что цветного пигмента в водорастворимой базе ровно в 10 раз больше, чем в классической. То есть если степень помола в традиционных эмалевых красках, растворяемых растворителем, составляет 10-15 мк, то в водорастворимой краске он измельчается до 1-1,5 мк. Естественно, и укрывистость у нас получается значительно выше.
Во-вторых, у водорастворимых красок значительно продолжительнее время сушки, что упрощает работу с такими инновационными цветами, как «металлики». Получаемая лакокрасочная поверхность никогда не будет «колючей», поскольку время сушки водных материалов в 6-8 раз больше, чем сольвентных. За этот промежуток времени все пигменты, инородные металлические частички и слюда равномерно распределяются (однообразно ориентируются, преимущественно параллельно поверхности) по всей толщине лакокрасочного слоя.
Но это и минус новаторских эмалевых красок. Длительное время сушки вследствие медленного испарения воды не позволяет ускорить процесс ремонта и требует оснащения мастерских камерами с воздухообменом не менее 18 000 мз в час.
Еще одним, хотя и весьма незначительным минусом работы с водными красками можно считать и то, что окрашиваемую поверхность перед их нанесением надо тщательнее обезжиривать. Ведь в них нет растворителя, который выступает и как дополнительное обезжиривающее вещество, присутствующее в сольвентных красках.
Хотя основные принципы работы не изменились. Тот же пистолет, те же приемы и пр., акриловые связующие эмульгируются посредством того, что каждая частичка пигмента окутана тончайшей латексной оболочкой. После попадания на поверхность эта оболочка разрушается, и получается обычная акриловая краска. Но доля акриловых связующих в ней безумно мала, порядка 8-10 %. То есть, вода служит только для переноса материала.
В заключение справедливости ради следует отметить, что, совершая экскурс в историю автомобильных эмалевых красок, мы коснулись только основной классификации этих красок, не углубляясь в их разветвленную типологию. Конечно, понятно, что в промышленных условиях применялось и применяется несравненно большее количество эмалевых красок, среди которых комбинированные нитроэмали, эмали горячей сушки на алкидных и меламиновых смолах, термопластические акриловые эмалевые краски, термореактивные акриловые эмалевые краски и т, д. Но свойства всех этих эмалевых красок, формирующих подклассы и подтипы основных и рассмотренных нами, очень сходны, поэтому отдельно останавливаться на каждом виде эмалевой краски мы не стали.
