Краска представляет собой любую пигментированную жидкую, разжижаемую или твердую мастичную композицию, которая после нанесения на основу тонким слоем превращается в твердую пленку. Чаще всего он используется для защиты, окраски или придания текстуры объектам. Краска может быть изготовлена или приобретена во многих цветах и во многих различных типах, таких как акварель или синтетика. Краска обычно хранится, продается и применяется в жидком виде, но большинство типов высыхают в твердом состоянии. Большинство красок либо на масляной, либо на водной основе, и каждая из них имеет различные характеристики. Во-первых, в большинстве муниципалитетов незаконно выбрасывать масляную краску в бытовые стоки или канализацию. Растворители для очистки также отличаются для красок на водной основе, чем для красок на масляной основе. Краски на водной и масляной основе отверждаются по-разному в зависимости от температуры окружающей среды окрашиваемого объекта (например, дома). Обычно окрашиваемый объект должен иметь температуру выше 10 ° C (50 ° F), хотя некоторые производители красок / грунтовок для наружного применения утверждают, что их можно наносить при температуре до 2 ° C (35 ° F).
Краска была одним из древнейших искусств человечества. Некоторые наскальные рисунки, нарисованные красной или желтой охрой, гематитом, оксидом марганца и древесным углем, могли быть созданы ранним Homo sapiens еще 40 000 лет назад. Краска может быть даже старше. В 2003 и 2004 годах южноафриканские археологи сообщили о находках в пещере Бломбос 100000-летней искусственной смеси на основе охры, которую можно было использовать как краску. Дальнейшие раскопки в той же пещере привели к отчету 2011 года о полном наборе инструментов для измельчения пигментов и изготовления примитивного вещества, похожего на краску.
Было обнаружено, что внутренние стены 5000-летнего Несса Бродгара включают отдельные камни, окрашенные в желтый, красный и оранжевый цвета с использованием охристого пигмента, сделанного из гематита, смешанного с животным жиром, молоком или яйцами.
Древние цветные стены в Дендере, Египет, которые годами подвергались воздействию стихии, все еще обладают ярким цветом, таким же ярким, как и тогда, когда они были окрашены около 2000 лет назад. Египтяне смешивали свои краски с клейким веществом и наносили их отдельно друг от друга, без смешивания или смешения. Похоже, они использовали шесть цветов: белый, черный, синий, красный, желтый и зеленый. Сначала они полностью покрыли область белым цветом, а затем обрисовали рисунок черным, исключив свет основного цвета. Они использовали minium для красного, обычно темного оттенка.
Самые старые известные картины маслом - буддийские фрески, созданные около 650 года нашей эры. Работы расположены в пещерных помещениях, высеченных в скалах афганской долины Бамиан, «с использованием масел грецкого ореха и мака». Плиний упоминает о некоторых расписных потолках в его время в городе Ардеа, которые были сделаны до основания Рима. По прошествии стольких столетий он выразил большое удивление и восхищение их свежестью.
В 13 веке масло использовалось для оформления темперных картин. В XIV веке Ченнино Ченнини описал технику рисования с использованием темперной живописи, покрытой тонкими слоями масла. Свойства медленного высыхания органических масел были широко известны ранним европейским художникам. Однако трудности с получением и обработкой материалов означали, что они использовались редко (и действительно, медленное высыхание считалось недостатком). Краска была сделана из яичного желтка, поэтому вещество затвердевало и прилипало к поверхности, на которую ее наносили. Пигмент изготавливали из растений, песка и разных почв. В большинстве красок в качестве основы (разбавителя, растворителя или носителя для пигмента) используется масло или вода.
Получивший образование фламандцев или находившийся под влиянием Антонелло да Мессина, которому Вазари ошибочно приписали введение масляной краски в Италию, кажется, действительно улучшил формулу, добавив глет, или оксид свинца (II). До сих пор сохранившийся пример масляной живописи домов 17-го века - Ham House в Суррее, Англия, где использовалась грунтовка вместе с несколькими грунтовками и тщательно продуманным декоративным покрытием; смесь пигмента и масла была бы растерта в пасту с помощью ступки и пестика. Художники сделали это вручную, и они подверглись отравлению свинцом из-за белого свинцового порошка.
В 1718 году Маршалл Смит изобрел в Англии «Машину или двигатель для шлифования красок». Неизвестно, как именно оно действовало, но это было устройство, которое резко повысило эффективность измельчения пигментов. Вскоре компания Emerton and Manby начала рекламировать исключительно недорогие краски, изготовленные с использованием трудосберегающих технологий:
Краска, используемая в повседневной жизни - белая краска на стенеК началу промышленной революции, в середине 18 века, краски измельчали на паровых мельницах, и альтернатива пигментам на основе свинца была найдена в виде белого производного оксида цинка. Внутренняя покраска домов все больше и больше становилась нормой по мере развития 19 века, как по декоративным причинам, так и потому, что краска эффективно предотвращала гниение стен от сырости. Льняное масло также все чаще использовалось в качестве недорогого связующего.
В 1866 году Шервин-Уильямс в США открылся как крупный производитель красок и изобрел краску, которую можно было использовать из жести без предварительной подготовки.
Искусственные смолы или алкиды были изобретены только после того, как стимулы Второй мировой войны привели к нехватке льняного масла на рынке поставок. Недорогие и простые в изготовлении, они также хорошо держали цвет и долго держались.
Автомобиль состоит из связующего; или, если необходимо разбавить связующее с помощью разбавителя, такого как растворитель или вода, это комбинация связующего и разбавителя. В этом случае, когда краска высохнет или затвердеет, почти весь разбавитель испарится, и на покрытой поверхности останется только связующее. Таким образом, важным количеством в составе покрытий являются «твердые вещества носителя», иногда называемые «твердыми веществами смолы» формулы. Это доля массы влажного покрытия, которая является связующим, то есть полимерной основой пленки, которая останется после сушки или полного отверждения.
Связующее является пленкообразующим компонентом краски. Это единственный компонент, который всегда присутствует среди всех различных типов составов. Многие связующие слишком толстые, чтобы их можно было наносить, и их нужно разбавлять. Тип разбавителя, если он присутствует, зависит от связующего.
Связующее придает такие свойства, как блеск, долговечность, гибкость и прочность.
Связующие включают синтетические или природные смолы, такие как алкиды, акрилы, винил-акрилы, винилацетат / этилен (VAE), полиуретаны, полиэфиры, меламиновые смолы, эпоксидные смолы, силаны или силоксаны или масла.
Связующие можно разделить на категории в зависимости от механизмов образования пленки. Механизмы термопласта включают сушку и коалесценцию. Под сушкой понимается простое испарение растворителя или разбавителя до образования когерентной пленки. Коалесценция относится к механизму, который включает сушку с последующим фактическим взаимопроникновением и сплавлением ранее дискретных частиц. Механизмы формирования термопластической пленки иногда называют «отверждением термопласта», но это неправильное название, поскольку для сшивания пленки не требуется никаких химических реакций отверждения. Механизмы термоотверждения, с другой стороны, являются истинным механизмом отверждения, который включает химические реакции между полимерами, составляющими связующее.
Термопластические механизмы: некоторые пленки образуются путем простого охлаждения связующего. Например, энкаустические или восковые краски жидкие в теплом состоянии и затвердевают при охлаждении. Во многих случаях они снова размягчаются или разжижаются при повторном нагревании.
Краски, которые высыхают при испарении растворителя и содержат твердое связующее, растворенное в растворителе, известны как лаки. При испарении растворителя образуется твердая пленка. Поскольку не происходит химического сшивания, пленка может повторно растворяться в растворителе; как таковые лаки не подходят для применений, где важна химическая стойкость. Классические нитроцеллюлозные лаки попадают в эту категорию, как и пятна, не вызывающие зернистости, состоящие из красителей, растворенных в растворителе. Характеристики варьируются в зависимости от состава, но лаки обычно имеют лучшую стойкость к ультрафиолетовому излучению и более низкую коррозионную стойкость, чем сопоставимые системы, отверждаемые путем полимеризации или коалесценции.
Тип краски, известный как эмульсия в Великобритании и латекс в США, представляет собой водную дисперсию субмикрометровых частиц полимера. Эти термины в соответствующих странах охватывают все краски, в которых в качестве связующих используются синтетические полимеры, такие как акрил, винил акрил ( ПВА ), стиролакрил и т. Д. Термин «латекс» в контексте краски в Соединенных Штатах означает просто водную дисперсию; латексная резина из каучукового дерева не входит в состав. Эти дисперсии получают эмульсионной полимеризацией. Такие краски отверждаются с помощью процесса, называемого коалесценцией, при котором сначала вода, а затем следы или коалесцирующий растворитель испаряются и стягиваются вместе, размягчают частицы связующего и сплавляют их вместе в необратимо связанные сетчатые структуры, так что краска не может повторно раствориться в растворитель / вода, из которого он изначально был нанесен. Остаточные поверхностно-активные вещества в краске, а также гидролитические эффекты некоторых полимеров приводят к тому, что краска остается чувствительной к размягчению и, со временем, разрушению под действием воды. Общий термин «латексная краска» обычно используется в Соединенных Штатах, в то время как термин «эмульсионная краска» используется для тех же продуктов в Великобритании, а термин «латексная краска» вообще не используется.
Механизмы термоотверждения: краски, отверждаемые путем полимеризации, обычно представляют собой одно- или двухкомпонентные покрытия, которые полимеризуются посредством химической реакции и отверждаются в сшитую пленку. В зависимости от состава им может потребоваться сначала высохнуть путем испарения растворителя. Классические двухкомпонентные эпоксидные смолы или полиуретаны попадают в эту категорию.
«Высыхающие масла», как это ни парадоксально, на самом деле отверждаются реакцией сшивания, даже если они не проходят цикл печи и, кажется, просто высыхают на воздухе. Механизм образования пленки в простейших примерах включает сначала испарение растворителей с последующей реакцией с кислородом из окружающей среды в течение нескольких дней, недель и даже месяцев для создания сшитой сетки. В эту категорию попадают классические алкидные эмали. Покрытия с окислительным отверждением катализируются осушителями на основе комплексов металлов, такими как нафтенат кобальта, хотя октоат кобальта более распространен.
Недавние экологические требования ограничивают использование летучих органических соединений (ЛОС), и были разработаны альтернативные способы отверждения, как правило, для промышленных целей. Краски, отверждаемые УФ-излучением, например, позволяют создавать составы с очень низким содержанием растворителя или даже без него. Это может быть достигнуто благодаря тому, что мономеры и олигомеры, используемые в покрытии, имеют относительно очень низкую молекулярную массу и, следовательно, имеют достаточно низкую вязкость, чтобы обеспечить хороший поток жидкости без необходимости в дополнительном разбавителе. Если растворитель присутствует в значительных количествах, обычно он в основном сначала испаряется, а затем сшивание инициируется ультрафиолетовым светом. Точно так же порошковые покрытия содержат мало или совсем не содержат растворителя. Растекание и отверждение производятся нагреванием основы после электростатического нанесения сухого порошка.
Механизмы комбинирования: так называемые «катализированные» лаки или покрытия «сшивающий латекс» предназначены для образования пленок с помощью комбинации методов: классической сушки плюс реакция отверждения, в которой участвует катализатор. Существуют краски, называемые пластизолями / органозолями, которые являются изготавливается путем смешивания гранул ПВХ с пластификатором, которые нагреваются, и смесь сливается.
Основное назначение разбавителя - растворение полимера и регулирование вязкости краски. Он летуч и не входит в состав лакокрасочной пленки. Он также контролирует текучесть и свойства нанесения, а в некоторых случаях может влиять на стабильность краски в жидком состоянии. Его основная функция - переносчик энергонезависимых компонентов. Для нанесения более тяжелых масел (например, льняного семени), как в краске для внутренних помещений на масляной основе, требуется более жидкое масло. Эти летучие вещества временно придают свои свойства - после испарения растворителя оставшаяся краска закрепляется на поверхности.
Этот компонент не является обязательным: в некоторых красках нет разбавителя.
Вода является основным разбавителем для водоразбавляемых красок, даже для сорастворителей.
Краски на основе растворителей, также называемые масляными, могут иметь различные комбинации органических растворителей в качестве разбавителей, включая алифатические, ароматические, спирты, кетоны и уайт-спирит. Конкретными примерами являются органические растворители, такие как нефтяной дистиллят, сложные эфиры, простые эфиры гликоля и т.п. Иногда летучие низкомолекулярные синтетические смолы также служат разбавителями.
Пигменты - это гранулированные твердые вещества, включенные в краску для придания цвета. Красители - это красители, растворяющиеся в краске. Наполнители - это гранулированные твердые вещества, добавленные для придания прочности, текстуры, придания краске особых свойств или для снижения стоимости краски. В процессе производства размер таких частиц можно измерить с помощью калибра Хегмана. Вместо использования только твердых частиц некоторые краски содержат красители вместо пигментов или в сочетании с ними.
Пигменты можно разделить на натуральные и синтетические. Природные пигменты включают различные глины, карбонат кальция, слюду, кремнезем и тальки. Синтетические материалы будут включать сконструированные молекулы, кальцинированные глины, фиксированный бланк, осажденный карбонат кальция и синтетические пирогенные кремнеземы.
Скрывая пигменты, делая краску непрозрачной, также защищает основу от вредного воздействия ультрафиолета. К скрывающим пигментам относятся диоксид титана, фтало-синий, красный оксид железа и многие другие.
Наполнители - это особый тип пигмента, который служит для утолщения пленки, поддержки ее структуры и увеличения объема краски. Наполнители обычно представляют собой дешевые и инертные материалы, такие как диатомит, тальк, известь, барит, глина и т. Д. Краски для полов, которые должны противостоять истиранию, могут содержать мелкодисперсный кварцевый песок в качестве наполнителя. Не все краски содержат наполнители. С другой стороны, некоторые краски содержат большое количество пигмента / наполнителя и связующего.
Некоторые пигменты токсичны, например свинцовые пигменты, которые используются в свинцовых красках. Производители красок начали заменять белые свинцовые пигменты на титановые белила (диоксид титана) до того, как в 1978 году Комиссия по безопасности потребительских товаров США запретила свинец в красках для использования в жилых помещениях. Диоксид титана, используемый сегодня в большинстве красок, часто покрывается диоксидом кремния / оксидом алюминия / цирконием по разным причинам, например, для большей внешней долговечности или лучшей укрывистости (непрозрачности), чему способствует более оптимальное расстояние внутри пленки краски.
Слюдяной оксид железа (MIO) - еще одна альтернатива свинцу для защиты стали, обеспечивающая большую защиту от воды и легких повреждений, чем большинство красок. Когда пигменты MIO измельчаются до мелких частиц, большинство из них расщепляется на блестящие слои, которые отражают свет, тем самым сводя к минимуму УФ-деградацию и защищая связующее на основе смолы. Большинство пигментов, используемых в краске, имеют тенденцию быть сферическими, но пластинчатые пигменты, такие как стеклянные хлопья и MIO, имеют перекрывающиеся пластины, которые препятствуют движению молекул воды. Для оптимальной работы MIO должен иметь высокое содержание тонких хлопьевидных частиц, напоминающих слюду. ISO 10601 устанавливает два уровня содержимого MIO. MIO часто получают из гематита.
Помимо трех основных категорий ингредиентов, краска может иметь широкий спектр различных добавок, которые обычно добавляются в небольших количествах, но при этом оказывают значительное влияние на продукт. Некоторые примеры включают добавки для изменения поверхностного натяжения, улучшения текучести, улучшения конечного внешнего вида, увеличения влажной кромки, улучшения стабильности пигмента, придания антифриза, контроля пенообразования, контроля образования пленки и т. Д. Другие типы добавок включают катализаторы, загустители, стабилизаторы, эмульгаторы., текстуризаторы, усилители адгезии, УФ-стабилизаторы, выравниватели (вещества, уменьшающие глянцевитость), биоциды для борьбы с ростом бактерий и тому подобное.
Добавки обычно не изменяют существенно процентное содержание отдельных компонентов в составе.
Существуют различные технологии изготовления красок, меняющих цвет. Термохромные краски и покрытия содержат материалы, которые меняют форму при воздействии или снятии тепла, и поэтому они меняют цвет. Жидкие кристаллы использовались в таких красках, например, в полосках и лентах термометров, используемых в аквариумах, а также в термостаках и соломинках для новинок / рекламных материалов.
Фотохромные материалы используются для изготовления очков и других изделий. Подобно термохромным молекулам, фотохромные молекулы меняют конформацию при приложении или удалении световой энергии, и поэтому они меняют цвет.
Краски, изменяющие цвет, также могут быть изготовлены путем добавления галохромных соединений или других органических пигментов. В одном патенте упоминается использование этих индикаторов для покрытия стен светлыми красками. Когда краска влажная, она имеет розовый цвет, но после высыхания восстанавливает свой первоначальный белый цвет. Как указано в патенте, это свойство краски позволяет правильно и равномерно нанести два или более слоев на стену. Предыдущие высохшие слои будут белыми, тогда как новый влажный слой будет отчетливо розовым. В 2005 году компания Ashland Inc. представила литейные огнеупорные покрытия с аналогичным принципом для использования в литейных цехах.
Электрохромные краски меняют цвет под воздействием электрического тока. Сообщается, что производитель автомобилей Nissan работает над электрохромной краской на основе частиц парамагнитного оксида железа. Под воздействием электромагнитного поля парамагнитные частицы меняют расстояние, изменяя свой цвет и отражающие свойства. Электромагнитное поле будет сформировано из проводящего металла кузова автомобиля. Электрохромные краски можно наносить и на пластиковые подложки, используя другой химический состав покрытия. Технология предполагает использование специальных красителей, которые меняют форму, когда электрический ток проходит через саму пленку. Эта новая технология используется для защиты от ослепления одним нажатием кнопки в иллюминаторах пассажирских самолетов.
Цвет также может меняться в зависимости от угла обзора, используя иридесценцию, например, в ChromaFlair.
Так как время Ренессанса, сиккатив (сушки) масляные краски, в первую очередь льняное масло, были наиболее часто используемым видом красок в изобразительном искусстве приложениях; масляные краски все еще распространены сегодня. Однако в 20-м веке новые краски на водной основе, такие как акриловые, вышли на рынок с развитием акриловых и других латексных красок. Краски для молока (также называемые казеином ), в которых среда получена из натуральной эмульсии, которая представляет собой молоко, были распространены в 19 веке и используются до сих пор. Используемая самыми ранними западными художниками, яичная темпера (где среда представляет собой эмульсию сырого яичного желтка, смешанного с маслом) также остается в использовании, как и энкаустические краски на основе воска. Гуашь - это непрозрачный вариант акварели, основанный на разных уровнях прозрачности; В обеих красках в качестве носителя используется гуммиарабик, а в качестве разбавителя - вода. Гуашь также называют «дизайнерским цветом» или «цветом тела».
Краска для плакатов - это краска темперой, которая использовалась в основном для создания студенческих работ или детей. Существуют разные марки краски для плакатов, и в зависимости от марки качество будет разным. Более дешевые бренды часто треснут или потускнеют со временем, если их оставить на плакате в течение длительного периода времени.
« Живописная мидия », европейская пресноводная мидия. Отдельные половинки ракушки художники использовали как небольшую посуду для красок.Краска может применяться в твердом, газообразном ( аэрозольном ) виде или в жидком виде. Методы варьируются в зависимости от желаемых практических или художественных результатов.
В твердом виде (обычно используется в промышленности и автомобилестроении) краска наносится в виде очень мелкого порошка, а затем обжигается при высокой температуре. Это плавит порошок и заставляет его прилипать к поверхности. Причины для этого включают химический состав краски, самой поверхности и, возможно, даже химический состав основы (окрашиваемого объекта). Это называется « порошковой окраской » объекта.
В виде газа или газовой суспензии краска находится в твердой или жидкой форме в газе, который распыляется на объект. Краска прилипает к объекту. Это называется «окраской объекта распылением». Причины для этого включают:
При нанесении жидкостью краску можно наносить прямым нанесением с помощью кистей, малярных валиков, лезвий, скребков, других инструментов или частей тела, таких как пальцы и большие пальцы рук.
Ролики обычно имеют ручку, которая позволяет прикреплять стойки разной длины, что позволяет рисовать на разной высоте. Как правило, для получения равномерного цвета для нанесения валиком требуется два слоя. Валик с более толстым ворсом применяется для нанесения краски на неровные поверхности. Края часто обрабатываются угловой кистью.
После нанесения жидкой краски есть интервал, в течение которого она может смешиваться с дополнительными окрашенными областями (на «мокрой кромке»), называемый «открытым временем». Открытое время масляной или эмульсионной краски на алкидной основе можно продлить, добавив уайт-спирит, аналогичные гликоли, такие как Dowanol (эфир пропиленгликоля) или средства для продления открытого времени. Это также может облегчить смешивание различных слоев влажной краски для эстетического эффекта. Латексные и акриловые эмульсии требуют использования замедлителей высыхания, подходящих для покрытий на водной основе. Открытое время может варьироваться в зависимости от качества и типа используемой жидкой краски. Например, масляные краски известны своим открытым временем, поскольку масляные краски позволяют художникам смешивать цвета в течение длительных периодов времени без добавления каких-либо агентов расширения.
Нанесение краски распылением - самый популярный метод в промышленности. При этом краска превращается в аэрозоль под действием силы сжатого воздуха или под действием сжатия самой краски под высоким давлением, и краска превращается в маленькие капли, которые перемещаются к окрашиваемому изделию. Альтернативными методами являются безвоздушное распыление, горячее распыление, горячее безвоздушное распыление и любые из них с включенным электростатическим распылителем. Доступно множество электростатических методов.
Раньше погружение было нормой для таких предметов, как картотечные шкафы, но теперь на смену ему пришли колокола с приводом от высокоскоростной воздушной турбины с электростатическим распылением. Кузова автомобилей грунтованы с помощью катодной электрофоретической грунтовки, которая наносится путем зарядки кузова с нанесением слоя грунтовки. Неизмененный остаток смывается и грунтовка сушится.
Многие краски имеют тенденцию к расслоению при хранении, более тяжелые компоненты оседают на дно, и их необходимо перемешать перед использованием. В некоторых магазинах для краски есть машины для смешивания краски путем интенсивного встряхивания баллончика в течение нескольких минут.
Непрозрачность и толщину пленки краски можно измерить с помощью карты вытяжки.
Краски на водной основе, как правило, легче всего очищать после использования; щетки и валики можно мыть водой с мылом.
Правильная утилизация остатков краски является сложной задачей. Иногда его можно переработать: старую краску можно использовать для грунтовки или промежуточного слоя, а краски аналогичного химического состава можно смешивать, чтобы получить большее количество однородного цвета.
Для утилизации краску можно высушить и утилизировать вместе с бытовыми отходами, при условии, что она не содержит запрещенных веществ (см. Контейнер). Утилизация жидкой краски обычно требует особого обращения, с ней следует обращаться как с опасными отходами и утилизировать в соответствии с местными правилами.
Основные причины выхода краски из строя после нанесения на поверхность - это аппликатор и неправильная обработка поверхности.
Дефекты или ухудшение могут быть отнесены к:
Летучие органические соединения (ЛОС) в краске считаются вредными для окружающей среды, особенно для людей, которые работают с ними на регулярной основе. Воздействие ЛОС было связано с синдромом органических растворителей, хотя эта связь была несколько противоречивой. Спорный растворитель 2-бутоксиэтанол также используется в производстве красок. В таких юрисдикциях, как Канада, Китай, ЕС, Индия, США и Южная Корея, есть определения ЛОС, а также нормативные акты, ограничивающие использование ЛОС в потребительских товарах, таких как краски.
В США экологические нормы, потребительский спрос и достижения в области технологий привели к разработке красок и отделочных материалов с низким и нулевым содержанием летучих органических соединений. Эти новые краски широко доступны и соответствуют или превосходят старые продукты с высоким содержанием ЛОС по характеристикам и рентабельности, при этом оказывая значительно меньшее воздействие на здоровье человека и окружающую среду.
О полихлорированном бифениле (ПХБ) сообщалось (опубликовано в 2009 году) в пробах воздуха, собранных в Чикаго, Филадельфии, в Арктике и на нескольких участках вокруг Великих озер. ПХД - глобальный загрязнитель, который был измерен в сточных водах производства красок. Широкое распространение ПХД предполагает улетучивание этого соединения с поверхностей, крыш и т. Д. ПХД присутствует в потребительских товарах, включая газеты, журналы и картонные коробки, которые обычно содержат цветные пигменты. Таким образом, существует гипотеза, что конгенеры ПХБ присутствуют в качестве побочного продукта в некоторых имеющихся в продаже пигментах.