что значит сухой остаток в краске
Классификация ЛКМ по сухому остатку и VOC: LS, MS, HS, UHS/VHS
В современном мире ужасы всемирного похолодания сменяются угрозами глобального потепления, и наоборот. Объяснение этому одно: человечество загрязняет окружающую среду. Лакокрасочная индустрия тоже вносит в это свой печальный вклад, загрязняя атмосферу растворителями и другими вредными веществами, содержащимися в ЛКМ. Поэтому вполне логично, что в ходе эволюции лакокрасочных материалов одним из приоритетных направлений было улучшение экологических свойств ЛКМ. В конце концов, жить в чистом мире хотят все.
Именно вопросы сохранения окружающей среды на протяжении многих лет заставляют экологов большинства развитых стран, прежде всего Западной Европы, предъявлять к производителям ЛКМ и автосервисам все более жесткие требования к экологической чистоте лакокрасочных продуктов. Главная задача — добиться сокращения выбросов в атмосферу вышеупомянутых растворителей или, как их называют в ученых кругах, — летучих органических соединений (volatile organic compounds, VOC).
C природой шутки плохи
Исследователи подсчитали, что доля растворителей, испаряющихся в атмосферу при производстве и применении одних лишь лакокрасочных материалов, составляет 32% от общей массы выбросов летучих органических веществ.
Чем опасны органические растворители? Помимо того, что они негативно влияют на здоровье работников и повышают пожаро- и взрывоопасность во время хранения и использования ЛКМ, они представляют еще более глобальную угрозу.
Летучие органические соединения относятся к веществам, которые способствуют образованию озона вблизи поверхности Земли, создающего так называемый летний смог.
И хотя озон является природной составляющей атмосферы и защищает Землю от избытка солнечного ультрафиолета, его переизбыток может негативно сказываться на здоровье людей и других живых организмов.
Так, повышенная концентрация озона во вдыхаемом человеком воздухе может стать причиной неизлечимой астмы, вызывать боли и расстройства дыхательных путей. Так что вполне понятна такая озабоченность европейских экологов, стремящихся добиться резкого сокращения выбросов вредных веществ при производстве ЛКМ и покраске.
Как же с этим обстоят дела у нас? Скажем так: в Росии и странах СНГ отношение к вопросам экологии пока не настолько трепетное. Более того, даже стандарты в этой области у нас в корне отличаются от западных. Если в Европе в первую очередь считают то количество веществ, что испарилось (обозначая этот параметр аббревиатурой VOC и измеряя его в граммах на литр), то у нас наоборот — важно не то, что улетело, а то содержание материала, что осталось на поверхности после испарения всех растворителей — так называемое содержание сухого остатка.
LS, MS, HS, UHS/VHS/HD
Эти аббревиатуры как раз и говорят нам о содержании сухого остатка в готовой к применению смеси того или иного лакокрасочного материала — эмали, грунта, лака:
В технической документации эта характеристика чаще всего указывается в процентах. Например, указанная величина — 65%. Это означает, что из приготовленного и нанесенного лакокрасочного материала после испарения всех растворителей на поверхности останется тех самых 65%. Остальное — улетело в атмосферу, отравляя маляра и загрязняя окружающую среду.
К материалам с различным содержанием сухого остатка в лакокрасочной терминологии часто применяются такие термины как «низконаполненный» (это относится к LS-материалам), «средненаполненный» (MS), «высоконаполненный» (HS).
Лучше понять, что здесь имеется в виду под различной степенью наполненности ЛКМ поможет такой простой пример: возьмем немного сахара и насыплем его в воду, пытаясь растворить. Что произойдет? Поначалу сахар будет растворяться хорошо, но если мы постепенно будем досыпать его все больше и больше, то в определенный момент насыщение раствора достигнет критической точки, после которой произойдет его кристаллизация. В таком растворе сверх того, что уже растворилось, больше ничего раствориться не сможет.
Также у нас не получится продолжать растворение с помощью какой-то другой жидкости, если мы добавим ее в этот кристаллизовавшийся раствор, поскольку более эффективного растворителя чем вода, для сахара не существует.
Теперь перенесем эту картинку на ЛКМ, где сахар — это пленкообразователи (смолы), а вода — растворители. Растворимость смолы зависит от ее молекулярной массы и химического состава, а также от применяемых растворителей. Под растворителями здесь имеется в виду не то, что мы наливаем, когда готовим ЛКМ (эти жидкости правильнее называть разбавителями), а те жидкости, которые вводятся в ЛКМ при изготовлении на заводе.
Так вот, в случае с ЛКМ пространства для маневра гораздо больше, чем в нашей аналогии с сахаром. Благодаря совершенствованию полимеров и разработке эффективных растворителей, химикам удалось значительно повысить концентрацию «сахарного сиропа»: от низконаполненного (LS), до средне- (MS), а затем высоконаполненного (HS) и сверхвысоконаполненного (UHS/VHS).
LS и MS
LS-материалы уже давно запрещены на законодательном уровне и официально почти никем не производятся. Но у нас такие продукты нет-нет да и промелькнут на рынке, например под видом какой-нибудь эконом-линейки акриловых лаков. На упаковке аббревиатуры LS вы, разумеется, не увидите.
Обратившись к цифрам, мы увидим, что летучесть LS-материалов составляет порядка 820-840 г/л (тот самый VOC). Показатель сухого остатка у этих материалов очень низок — порядка 30-40%, в связи с чем наносить их нужно было не меньше, чем в три слоя. В противном случае добиться рабочего слоя краски в 50-60 мкм, особенно на вертикальной поверхности, было невозможно.
Почему? Потому что молекулы у такого низкоконцентрированного материала гораздо крупнее, чем у МS или НS-продуктов, и расположены они намного реже. Поэтому нужная толщина пленки при использовании LS-материалов набирается только за три прохода. Если же мы попытаемся набрать такую толщину за один слой, нас ждет фиаско — эмаль попросту стечет на пол, и дело с концом.
Неудивительно, что материалы класса LS устраивали мало кого. И не только по экологическим соображениям, но и с точки зрения экономии. Получается, что из литра такой краски не оставалось практически ничего, если учесть, сколько материала при покраске уходило в опыл (из-за низкого коэффициента переноса пистолетов того времени), а сколько просто улетучивалось в атмосферу (60-70%!).
Все это привело к тому, что химики стали искать способ сделать лакокрасочные материалы менее летучими. Так на свет появились материалы MS.
Здесь нужно понимать один момент — MS-материалы не стали более густыми, нет. В том-то весь фокус и состоит, что при большей концентрации полимера вязкость материала не изменилась. Полимер ведь остался тот же — акриловая смола, но с более низкой молекулярной массой, что позволило повысить ее растворимость в меньшем количестве растворителя.
Ведь использование смолы с меньшей молекулярной массой, наоборот, делает материал более текучим. Вот и получается, что использование такой смолы при меньшем количестве растворителя не изменило вязкость материала. В конце-концов, если бы мы могли без конца перенасыщать раствор (как с сахаром), то в конечном итоге получили бы что-то похожее на шпатлевку.
А вот содержание VOC в MS-материалах значительно снизилось — в среднем до 600 г/л. Что касается сухого остатка, то его величина у этих материалов стала составлять от 40 до 55%.
Вместе с «летучестью» MS-продуктов уменьшился и непродуктивный расход материала. Более концентрированным MS-материалом мы стали достигать необходимой толщины покрытия уже за два прохода.
HS и UHS/VHS
Но и 600 г/л не стали пределом. В конце 2000 года законодательные органы Европейского Союза опубликовали постановление о планируемом в 2007 году ужесточении требований к изготовлению, продаже и применению ЛКМ в зависимости от уровня содержания в их составе летучих растворителей. Ограничения должны были затронуть весь перечень ЛКМ: от шпатлевок и обезжиривателей до лаков и красок.
Теперь содержание органических растворителей в литре приготовленной базовой краски, 2K эмали или лака предполагалось снизить до 420 г/л.
Производители ЛКМ были предупреждены о введении данных ограничений заблаговременно, поэтому у них в запасе оставалось еще семь лет для строительства производств и разработки продукции, которая соответствовала бы новым экологическим нормам.
Чтобы соответствовать этим нормам, нужно было еще больше поднять сухой остаток (снизить VOC). Для этого химикам пришлось поломать голову над синтезом новых полимеров-связующих. Как говорилось выше, чтобы поднять сухой остаток необходимо использовать смолы с низкой молекулярной массой.
Но если в LS и MS материалах для получения пространственно сшитых полимерных пленок в реакциях сшивания должно прореагировать сравнительо небольшое количество функциональных групп, то в случае с продуктами с высоким сухим остатком их должно прореагировать намного больше.
Иными словами, чтобы получить покрытие с необходимыми физическими и химическими характеристиками при меньшей молекулярной массе смолы, эта смола должна обладать более высокой реакционной способностью. Только таким образом можно существенно поднять сухой остаток, сохранив при этом высокие потребительские характеристики покрытия, его хорошую способность к отверждению. Этим и занялись ученые — начали предпринимать действия, направленные на повышение реакционной способности пленкообразователей.
Логично предположить, что физические параметры высоконаполненных HS-материалов в таком случае уже не могут не отличаться от свойств материалов MS и LS. Действительно, из-за высокой концентрации полимера (который сам по себе намного более реакционноспособный) и значительного сокращения количества растворителя, система получается настолько заряженной и плотной, что это уже не может не повлиять на вязкость. Молекул так много и настолько они близко к друг другу, что банка аж трещит!
Высоконаполненные материалы стали более вязкими, что привнесло некоторые изменения в процесс работы с ними. HS-материалы уже за полтора слоя позволяют достигать толщины покрытия в 50-60 микрон, а содержание сухого остатка в них достигло 55-65%.
Но бесконечно уменьшать количество растворителя в краске невозможно — вязкость станет слишком большой. Если бы мы захотели получить получить 100% сухого остатка в банке, в конечном итоге получили бы порошковую краску.
Максимальный предел находится где-то в районе 82-85%, и этого удалось достичь у современных «сверхнаполненных» UHS/VHS-материалов, многие из которых допускается наносить и вовсе в один слой! (или в полтора, но первый — очень легкий).
Наполнить материал еще выше уже невозможно по определению.
Свое слово экологи сдержали и с октября 2007 года в Европе все малярные предприятия обязаны соответствовать новым экологических стандартам.
Если кому интересно, для полного перечня ЛКМ максимально допустимые величины VOC в соответствии с современным законодательством выглядят следующим образом:
О базовых эмалях
А вот с базовыми эмалями история получилась немного другая. Нам известно, что это материалы жидкие, с большим количеством растворителя и тонкослойным нанесением. Низкий сухой остаток и большое количество растворителя нужны здесь для правильной «укладки» металлических пигментов относительно подложки. Если взять и увеличить содержание сухого остатка по аналогии с акриловыми материалами, металлические частицы уже не смогут правильно ориентироваться, что негативно скажется на визуальных свойствах покрытия.
Поэтому, чтобы добиться снижения VOC в базовых эмалях, пришлось переделывать их «под воду». За счет замены органических растворителей водой удалось добиться экологичности базовых эмалей при сохранении их низкого сухого остатка. Как вы могли догадаться, вода для этих красок идет не та, что из-под крана, а специально обработанная. 🙂
Вот так водоразбавляемые базовые покрытия, а также лаки и грунты на сольвентной основе, но с очень высоким сухим остатком и низким VOC позволяют соответствовать современным экологическим требованиям.
Разработчики ЛКМ даже стали выделять продукты, отвечающие этим требованиям, в отдельные группы материалов и давать им специальную маркировку. Обычно такие материалы можно распознать по аббревиатуре VOC или словосочетании Low VOC (LV). Если речь о лаках, то такие лаки часто называют просто VOC-лаками.
Такая маркировка дает возможность специалистам кузовных предприятий при выборе ЛКМ не тратить время на подсчет VOC. Если это материал заслуживающего доверие производителя, то все уже посчитано, а легитимность расчетов утверждена в экологических органах. Ведь часто производитель пишет на банках: HS, VHS, а проверишь — в лучшем случае MS, если не LS.
Но дело здесь не только в экологии.
Любой маляр знает, что если некоторое количество готового к нанесению лака оставить в банке, то через некоторое время образуется не твердое вещество, а некая желеобразная субстанция. Дело в том, что, хотя процесс полимеризации протекает во всем объеме материала, испарение растворителей происходит только с его поверхности. А остатки растворителя резко снижают прочность полимера и ответственны за набор твердости лака и его долговременную усадку.
Поэтому, чем меньше растворителя в материале, тем более толстыми слоями его можно наносить, и тем выше прочность образовавшейся пленки.
Кроме того, при равной толщине пленки материалом с большим сухим остатком можно укрыть большую поверхность. Так, одним литром лака HS можно покрыть площадь примерно на треть большую, чем лаком серии MS.
Так что, как видите, распространение материалов с высоким сухим остатком продиктовано не только экологическими, но и чисто практическими мотивами.
Рассуждая об экологии нельзя забывать и о том, как ведут в работе себя те или иные лаки, как правильно понимать: два или полтора слоя лака нанесено и т.п. О практических тонкостях работы с лаками мы поговорим уже в следующей статье.
Краска для внутренних работ: из чего состоит и как выбрать
В данном разделе планируется цикл статей, посвященных выбору краски и разрешению основных проблем, с которыми сталкиваются покупатели.
Нужно уточнить, что в рамках данной статьи пойдет речь о красках для внутренних работ, так как краски для наружных поверхностей относятся к отдельной линейке специализированных покрытий. Итак, любая краска состоит из воды, растворителей, связующего, наполнителей, пигментов и различных добавок. Рассмотрим наиболее значимые характеристики ЛКМ и разберемся, какую роль они играют.
Вода и растворители поддерживают необходимую среду для объединения всех составляющих и обеспечивают вязкость состава.
На современном российском рынке ЛКМ предлагаются преимущественно воднодисперсионные краски, которые, в зависимости от типа связующего, подразделяются на акриловые, силиконовые, акрилосиликоновые, стиролакриловые, ПВА и др. В отличие от устаревших водоэмульсионных составов, воднодисперсионные краски не боятся влажной уборки, обладают длительным сроком службы. Кроме того, краски на водной основе экологичны, не имеют резкого запаха, быстро сохнут и выветриваются.
Наилучшими показателями обладают краски на основе акрила(латекса) или силикона – они существенно дороже аналогов, но полностью оправдывают свою стоимость за многолетнюю беспроблемную эксплуатацию.
Укрывистость и сухой остаток являются важнейшими параметрами краски. Они обеспечиваются такими компонентами, как наполнители и пигменты, влияют на расход и способность краски противостоять воздействию солнца или коррозии.
Сухой остаток – это те вещества, которые останутся на окрашенной поверхности после испарения воды и растворителей, то есть после высыхания краски. Фактически, сухой остаток влияет на толщину лакокрасочной пленки, и чем больше этот показатель, тем дольше прослужит покрытие. Содержание сухого остатка в качественной краске должно быть не менее 20%.
Пигменты (колоранты) придают краске цвет, являясь вспомогательным компонентом, добавляющемся на этапе продажи краски конечному потребителю. Уважающий себя продавец будет использовать только рекомендованные конкретным производителем пигменты и колеровочное оборудование, обеспечивающие стабильность рабочих характеристик краски и точность подбора оттенков.
Добавки не относятся к главным характеристиками краски, тем не менее, играют важную роль, позволяя усилить эксплуатационные показатели. Добавки улучшают определенные свойства краски: это могут быть вещества, стабилизирующие однородность состава или время высыхания, антисептики, загустители, воски и т.п.
Степень блеска. Все традиционные краски и прочие лакокрасочные материалы разделяются по уровню блеска: матовые, глянцевые или полуглянцевые. Подобная классификация позволяет реализовывать различные декораторские эффекты, скрывая недостатки и подчеркивая достоинства. Например, матовые ЛКМ хорошо маскируют мелкие дефекты за счет того, что практически не отражают свет. Правда, матовое покрытие быстрее загрязняется и более подвержено истиранию.
Следующая категория ЛКМ – так называемые полуматовые («блеск яичной скорлупы»), или с шелковистым блеском, что, по сути, практически одно и то же. Они более устойчивы к износу, истиранию, мытью, обладают средней степенью блеска. Такие покрытия актуальны для помещений с высокой влажностью – ванных комнат, кухонь; или для поверхностей, которые испытывают повышенные нагрузки – двери, детские комнаты, коридоры и пр.
Розничная цена 1л качественной импортной краски от надежного производителя не может быть меньше 1000-1500 рублей. Это, прежде всего, обусловлено использованием качественного дорогостоящего сырья, а также оборудования, высококвалифицированного персонала, строгой системой проверки качества и сертификации; проведением исследовательских научных работ по разработке и/или улучшению формул, лабораторных испытаний продукции. Ну и конечно, на цену влияет логистика, таможня, складские расходы и прочие факторы – эти расходы составляют примерно 10-15% от стоимости краски.
Однако, считать цену краски в литрах или килограммах не совсем правильно, потому что итоговая стоимость, как уже упоминалось выше, напрямую зависит от расхода краски. К примеру, для окраски одинаковой площади можно купить 10 банок дешевой краски или 4 банки «дорогой», затратив в итоге одинаковую сумму. Но дешевую краску придется обновлять через 2-3 года, а «дорогая» прослужит минимум в три раза дольше.
Определение сухого остатка в лакокрасочных материалах
Содержание сухого остатка в жидком лакокрасочном материале — один из важнейших показателей.
Чем выше его содержание в лакокрасочном материале при рабочей его вязкости, тем экономичнее материал, так как уменьшаются непроизводительные затраты растворителей, меньше слоев наносится на изделие для получения покрытия необходимой толщины.
Для определения сухого остатка обычно пользуются методом высушивания навески материала (ГОСТ 6989 — 54). Во взвешенную на технических весах чистую жестяную чашу диаметром в 8—9 см и высотой борта 0,8—1см наливают 2 г лака или краски и взвешивают с точностью до 0,01 г, после чего навеску высушивают. Сушат ее под лампой инфракрасного излучения, устанавливая напряжение, подаваемое на лампу, или расстояние от нее до чаши с таким расчетом, чтобы температура на дне чаши при сушке нитроцеллюлозных материалов составляла 125±5°С, а при сушке масляных и масляносмоляных лакокрасочных материалов 140±5° С.
Через 5 мин выдержки под лампой чашу с навеской охлаждают и взвешивают. Взвешивание повторяют через каждые 3—5 мин сушки под лампой до получения разницы в весе не более 0,01 г. Содержание растворителя в лаке или эмали определяют по формуле.
Для определения содержания растворителей и сухого остатка в густых материалах, например карандашных эмалях, ГОСТ 6989 — 54 рекомендует пользоваться парой чистых дюралюминиевых пластинок. На середину одной из пластинок наносят примерно 2 г лака или краски. Первую пластинку накрывают второй и взвешивают, после чего пластинки раскрывают, сушат под лампой и взвешивают, как и в предыдущем случае.
Разделение лакокрасочных материалов по сухому остатку
Чтобы контролировать толщину слоя необходимо соблюдать ряд правил:
Вяжущие свойства материала определяют его проходимость через сопло и толщину слоя. Жидкий ЛКМ способен создавать тонкие слои, вязкий – толстые. Чем более густой и вязкий материал, тем больше должен быть диаметр сопла.
Нам известно, что оптимальная толщина слоя составляет от 50 до 60 мкм. Превышение данного норматива нежелательно. Это может привести к ухудшению качества лакокрасочного покрытия, снижению его защитных свойств, плотности и т.д. Важно соблюдать технологию нанесения ЛКМ с разным количеством твердого вещества. Далее рассмотрим ее подробнее.
Сухой остаток определяет основные характеристики материала и его экологические особенности. Наиболее высокое содержание органических веществ является прямым показателем количества растворителей в материале. При высоком сухом остатке растворителей мало, данный фактор снижает количество выбросов вредных веществ в окружающую среду.
LS (Low Solid) – низкий показатель сухого остатка. Материалы с низким содержанием сухого остатка встречаются довольно редко. Они имеют высокое содержание летучих веществ (VOC более 800 г/л) и оказывают негативное воздействие на окружающую среду. Процентное содержание сухого остатка составляет порядка 40 %. LS-материалы состоят из больших молекул, имеющих разреженное расположение. Толщина одного слоя у таких материалов составляет до 20 микрон. Необходимо наносить в 3-4 слоя. Данные материалы на сегодняшний день не используются.
MS (Medium Solid) – средний показатель сухого остатка. Материалы MS создают более плотный слой. Содержат более 50% сухого остатка и умеренное количество летучих веществ (VOC около 600 г/л). Молекулы средней величины и расположены ближе друг другу. Толщина слоя составляет около 30 микрон. Чтобы толщина достигла 60 мкм нужно два равномерных слоя MS-материала. Время сушки каждого слоя должно составлять не менее 10 минут при 20 °C.
HS (High Solid) – высокий показатель сухого остатка. Материалы HS более насыщены твердыми веществами, чем MS. Сухой остаток составляет более 60%, что обеспечивает экономичный расход материала. Имеют сниженное количество летучих веществ (VOC до 400 г/л). Данный фактор делает их наименее экологически вредными. По свойствам вязкие и плотные. Наносятся в 1,5 слоя. Первый слой необходимо наносить тонко (10-20 мкм). Второй слой должен быть толстым порядка 40-50 мкм. Выдержка после первого слоя около 3-5 минут. Оптимальная температура для сушки составляет около 20 °С.
UHS/VHS (Ultra High Solid/Very High Solid) – ультравысокий показатель сухого остатка. Данные материалы обладают наибольшей плотностью. Содержат более 80% сухого остатка, что на сегодняшний день является абсолютным максимумом. Летучие вещества сведены к минимуму (VOC до 200 г/л). Их консистенция позволяет добиться слоя в 60 мкм за одно нанесение. Тем не менее, для большей надежности и усиления адгезии лучше наносить в два слоя. Первый посадочный слой должен быть максимально тонким насколько это возможно. Второй слой наносится в полноценном виде, он очень толстый и является завершающим. Выдержка между слоями не требуется. При работе с такими материалами необходимы особые производственные условия.
Что такое краски с высоким содержанием сухого остатка и каковы их основные преимущества?
Краски с высоким содержанием сухого остатка имеют множество преимуществ с точки зрения производительности, юридических вопросов и производственных затрат.
Благодаря содержанию сухого остатка более 60 %, такие краски имеют ряд преимуществ по сравнению с красками с низким и средним содержанием сухого остатка. Выполняя работы с использованием красок с высоким содержанием сухого остатка, вы получаете преимущества окраски премиум-класса и снижаете экологические риски, экономя при этом деньги благодаря наилучшей укрывистости.
Использование красок с высоким содержанием сухого остатка имеет множество преимуществ с точки зрения производительности, юридических вопросов и производственных затрат. Чтобы понять в чем заключаются эти преимущества, важно знать, как производятся эти краски и какие компоненты они содержат.
Ингредиенты краски
Краски содержат различные твердые и жидкие вещества. Изменяя их количество и соотношение, вы получаете покрытия разного качества. Жидкости, содержащиеся в краске, называются растворителями. Они действуют как носители, которые помогают связывать пигменты и смолу, улучшая их текучесть и обеспечивая более ровное нанесение краски.
Растворители разбавляют твердые частицы, которые имеют три возможные формы:
Разница между красками с низким, средним и высоким содержанием сухого остатка.
По содержанию сухого остатка краски можно разделить на три группы: с низким, средним и высоким содержанием. Данная классификация является официальной системой, но, в целом, используются следующие принципы:
Преимущества красок с высоким содержанием сухого остатка
Краски с высоким содержанием сухого остатка дают несколько важных преимуществ:
При толщине сухой пленки 50 микрон 1 литр краски с высоким содержанием сухого остатка 60 % покроет примерно 12 м2. 1 литра краски со средним содержанием сухого остатка 40 % хватит только на 8 м2.
Растворитель 60 % + 40 % сухого остатка
1 литр на 10 м2 покрытия
Растворитель 40 % + 60 % сухого остатка
1 литр на 15 м2 покрытия
Вывод: краски, содержащие на 50 % больше сухого остатка позволяют окрасить на 50 % больше площади.
Вывод: высокое содержание сухого остатка дает лучшие результаты и позволяет сэкономить деньги
Выполняя работы с использованием красок с высоким содержанием сухого остатка, вы получаете более яркое и непрозрачное покрытие, экономя при этом деньги благодаря наилучшей укрывистости.