В целом ряде отраслей промышленности применяются процессы отделки, окраски, лакирования различных поверхностей. Нанесение защитных пленок на металлические части машин, в том числе — наземного, водного и воздушного транспорта, отделка зданий, покрытие лаками тары пищевой промышленности, отделка мебели, отделка кожи специальными эмалями, окраска и лакировка тканей для технических и декоративных целей — вот далеко неполный перечень, позволяющий судить о разнообразии областей применения лаков.
Различна также и природа естественных и искусственных полимеров, применяемых в качестве связующего лакокрасочных покрытий. Значительной сложностью отличаются способы нанесения покрытий, разнообразны методы их испытаний.
Одной из важнейших задач, имеющей колоссальное значение для хозяйства нашей страны, является предохранение металла от коррозии. Установлено, что коррозия ежедневно пожирает тысячи тонн металла. В СССР большая и плодотворная работа по теории коррозии и по методам борьбы с коррозией проводилась В. А. Кистяковским и Г. В. Акимовым. Г. В. Акимов организовал в 1927 г. первую научно-исследовательскую лабораторию по изучению коррозии металлов. В настоящее время в нашей стране организована сеть коррозионных станций, процессы коррозии исследуются в различных климатических условиях.
Одним из самых экономичных и простых способов защиты металлов от коррозии является покрытие их лакокрасочными пленками. Коррозия — электрохимический процесс и идет особенно интенсивно в присутствии воды. Защитная пленка задерживает доступ влаги к металлу, но все же до сих пор не найдено еще такого покрытия, которое было бы абсолютно водонепроницаемым. Влага может проникать или по порам пленки или же при набухании пленки в воде.
Обычным способом защиты является покрытие поверхности металла масляной краской. Защитные свойства высыхающих масляных пленок повышаются при уплотнении масел, сплавлении их со смолами и в присутствии красящего вещества — пигмента. Неорганические пигменты уменьшают водопроницаемость, улучшают механические свойства пленки и повышают ее кроющую способность (укрывистость). Это последнее свойство связано с оптическими особенностями пленки и заключается в том, что пленка, нанесенная тонким слоем на подкладку, способна маскировать ее цвет. Чем выше степень дисперсности пигмента в пленке, т. е. чем мельче он раздроблен, тем больше световых лучей будет отражено от поверхности, так как общий эффект отражения складывается из отражений от каждой отдельной частицы. Однако это имеет значение только до известного предела, так как при очень малых размерах частиц (меньше 0,2 μ) укрывистость уменьшается.
Степень дисперсности красителя не является единственным фактором, определяющим укрывистость лакокрасочной пленки. В этом отношении имеет значение также и разность показателей преломления пленки и пигмента. При значительном различии показателей преломления лакокрасочная пленка обладает высокой кроющей способностью, в противном случае получаются просвечивающие так называемые лессировочные слои.
Введение пигмента не только дает окрашенную в желаемый цвет пленку, но оказывает также весьма значительное влияние на ее защитные свойства. С повышением степени дисперсности пигмента, введенного в пленку, последняя становится более прочной и менее проницаемой для воды. Так, например, введение в лак графита или порошка алюминия, придающего покрытию красивый серебристый цвет, делает пленку водонепроницаемой, что связано с особым чешуйчатым строением частиц пигмента. Свинцовые и цинковые белила, свинцовый сурик образуют с полимеризующимися маслами (связующим пленки) сложные комплексные соединения и дают водоустойчивые покрытия.
Кислая реакция способствует коррозии, поэтому пигменты с высокой кислотностью не применяются в качестве защитных покрытий металла. Более пригодными являются пигменты, обладающие основными свойствами. Цинковый крон и соли хромовой кислоты замедляют при некоторых условиях процесс коррозии, поэтому, например, цинковый крон широко применяется в качестве грунта по металлу. При смешении пигмента с маслом большую роль играет свойство пигмента, обозначаемое как его маслоемкость. Оно характеризуется количеством масла, необходимого для превращения смеси в пасту, удобную для работы. Это свойство следует рассматривать с точки зрения, развиваемой акад. П. А. Ребиндером, который связывает устойчивость суспензии (каковой является паста) со способностью раздробленных частиц окружаться защитной оболочкой, образованной молекулами так называемых поверхностно активных веществ, присутствующих в суспензии. Поверхностно активные вещества концентрируются у поверхности частицы, как говорят, адсорбируются ею и сообщают системе устойчивость.
Чрезвычайно большое значение имеют также механическая прочность и другие механические свойства лакокрасочных пленок, особенно — поверхностная твердость.
В тех случаях, когда пленка служит в качестве электроизоляции, к ней предъявляются требования высокой пробивной прочности в сухом и влажном состоянии.
Естественные пленкообразующие вещества и способы лакирования были известны в глубокой древности.
В наше время с развитием органической химии и методов органического синтеза появилось громадное количество разнообразных синтетических пленкообразующих веществ. Имеются также попытки получения синтетической олифы и высыхающих масел, хотя в этой области еще не достигнуто значительных успехов. Разрабатываются научные основы методов нанесения защитных покрытий и испытания их качества. Ценные труды в этом направлении принадлежат советским ученым: А. Я. Дринбергу, Б. Н. Рутовскому, С. В. Якубовичу и др.
Громадное количество разнообразных лаков А. Я. Дринберг, в основном, подразделяет на следующие группы:
1. Лаки на олифах или окисленных растительных маслах. Образование твердой пленки в этом случае происходит в результате химических реакций полимеризации и окисления. Введение особых веществ — сиккативов ускоряет эти процессы. В основе представлений о характере химических процессов, протекающих при пленкообразовании у этих лаков, лежит теория самоокисления А. Н. Баха.
2. Масляные лаки. В отличие от олиф в этих лаках имеется смоляной компонент. Твердая пленка образуется вследствие реакции окисления и совместной полимеризации двух компонентов.
3. Смоляные лаки. Они могут приготовляться на основе естественных и синтетических смол, а также битумов. В последнее время большое значение приобрели смолы: фенольно-альдегидные, полиамидные, поливиниловые, полиуретановые, полиакриловые, полистирольные и др.
4. Лаки на основе эфиров целлюлозы. Затвердевание пленки происходит путем испарения растворителя. На практике эфирцеллюлозные лаки обычно применяются совместно с маслами и смолами.
Способ нанесения защитного покрытия зависит от рода лака и характера покрываемой поверхности. Обычно процесс лакирования подразделяется на несколько стадий. Предварительно производится зачистка поверхности, затем ее грунтовка, шпатлевка и, наконец, нанесение лака.
Очистка металлической поверхности производится наждаком или пескоструйным аппаратом, после чего следуют промывка и протирание сухой тряпкой.
Деревянную поверхность зачищают шкуркой и укрепляют при помощи лака имеющиеся сучки. После этого производят грунтовку жесткой кистью. В состав грунтов обычно входит олифа, сиккатив, цинковые белила или сажа и разбавители. Вообще же грунты могут иметь различный состав. Высыхание грунта происходит приблизительно сутки. Затем при помощи шпателя наносится шпатлевка, которая представляет собой очень густую пасту, в состав которой входит мел, цинковые белила, сажа, железный сурик, масляный лак и другие вещества. Нанесение шпатлевки производится несколько раз с промежуточным подсушиванием наносимых слоев (в течение 2—3 часов). Через 14—16 часов после нанесения последнего слоя производится шлифовка поверхности и зачистка тонкой шкуркой. Затем наносится масляная краска в несколько слоев. Окончательное покрытие лаком производится при работе кистью сначала в одном направлении, а затем в направлении, перпендикулярном первому. При хорошем качестве лака кисть должна ходить легко и свободно. Следы кисти после нанесения лака должны быстро исчезать. Это свойство называется «разливанием» лака. Высыхание грунтов и лаков в зависимости от их природы длится различное время. Различают высыхание «от пыли», т. е. наступление такого момента, когда пыль перестает прилипать к пленке, и «высыхание до отлипа», когда палец, надавливая на пленку, не оставляет на ней следа.
Кроме лакирования поверхности металла, дерева, штукатурки и других твердых поверхностей, лаки применяются также для покрытия кожи и ткани. Ткани покрываются лаком с целью сообщения им водонепроницаемости, а также для защиты от едких и отравляющих веществ (боевая защитная одежда). Аэролаки применяются в авиации, например для тканей, идущих на оболочку дирижаблей, на детали самолетов и т. п.
В технике широко применяется пульверизационный метод окраски, при котором краска наносится на поверхность в распыленном состоянии. В последнее время применяется метод распыления и нанесения краски на поверхность в электростатическом поле постоянного тока высокого напряжения. Это дает экономию краски, так как достигается почти полное ее использование, и позволяет автоматизировать процесс.