Список тематических статей

Эмали

1. Тонкие стеклообразные покрытия (финифть, стеклоэмали), наносимые на изделия из металлов и их сплавов и закрепляемые обжигом. Характеризуются высокой твердостью, коррозионной стойкостью, износо- и жаростойкостью. По назначению эмали подразделяют на технические и художественные, по внешнему виду – на прозрачные и непрозрачные (тушеные), белые и цветные.

Технические эмали наносят на изделия из чугуна, стали, алюминия и сплавов легких металлов. Подразделяют на грунтовые и покровные. Грунтовые эмали, содержащие 50-60% SiO₂, 2-8% А1₂О₃, до 30% В₂О₃, 12-30% Na₂О, 4-10% СаО и других оксиды (до 10 наименований), наносят на изделия первым, грунтовым слоем, который хорошо сцепляется с металлом. Для усиления сцепления с металлом вводят так называемые оксиды сцепления – Со₂Оз, Ni₂O₃, MoO₃.

Покровные эмали, наносимые на грунтовые, подразделяют на непрозрачные (белые, окрашенные) и прозрачные (бесцветные, окрашенные). Они содержат те же оксиды, что и грунтовые, и, кроме того, SnO₂, Sb₂O₅, ZrO₂, TiO₂, фториды щелочных металлов, выполняющие роль глушителей (иногда эмали классифицируют именно по составу глушителей). В состав окрашенных эмалей входят также пигменты (оксиды Мn, Сu, Со, Сr, Ni), люминофоры и других.

Технология производства эмали включает:

Составление шихты, содержащей различные стеклообразующие материалы (кварц, кварцевый песок, сода, поташ, мел, полевой шпат, глина, каолин, бура) и специальные добавки; плавление шихты (для фриттованных (предварительно сплавленных) эмалей) при температуре 1150-1450 °С до получения стеклянных гранул.

Размалывание гранул до получения пудры (помол без воды) или устойчивого шликера (помол с водой и смешивание со связующими компонентами). Устойчивый маловязкий шликер обычно содержит 30-40% по массе воды, 5-10% глины, 0,1-0,5% электролитов (сода и других), огнеупорные наполнители, при необходимости, – 3-8% глушителей, 1-5% пигментов и органических красителей.

Нефтриттованные эмали получают размолом (без плавления) в воде исходных материалов.

Шликер или пудру наносят на предварительно подготовленную (обезжиренную, протравленную, очищенную песком) поверхсть металла погружением, обливом, пульверизацией, электростатическим напылением, электрофорезом и другими способами; пудру часто наносят напылением с помощью вибросит на поверхность, нагретую до 600-800 °С. Изделия, покрытые грунтовой эмалию, сушат в конвейерной сушилке при 150-180 °С, после чего в два слоя наносят покровную эмали. Каждый слой эмали обжигают отдельно в камерных, туннельных и других печах.

В зависимости от исходного состава оксидов и температуры обжига эмали бывают легко- и тугоплавкими, в зависимости от фазового состава покрытия – стеклообразными и стеклокристаллическими (ситаллизированными). Оптимальные температуры обжига эмали для изделий из чугуна и стали: грунтовых – 850-980 °С, покровных – 800-920 °С; из алюминия и его сплавов -530-580 °С; из благородных и цветных металлов -750-850 °С; из тугоплавких металлов и сплавов – до 1600 °С.

Для получения качественных покрытий расплавленные эмали должны хорошо смачивать металл; при этом вязкость расплавленной эмали не должна превышать 100 Па x с, а величина ее поверхностного натяжения – 300 Н/м.
На изделия, обработка которых при высокой температуре недопустима, эмали наносят дуговым или высокочастотным плазменным напылением (температура поверзности не более 200 °С).
Продолжительность обжига покрытия 3-4 мин для мелких изделий и до 30-40 мин для крупных; обычная толщина эмали 0,07-0,02 мм, в случае толстостенных изделий химической аппаратуры – до 1-2 мм (2-3 слоя грунтовой эмали и до 7 слоев покровной).

Наличие большого количества слоев способствует релаксации возникающих при охлаждении напряжений, обусловленных различием температурного коэффициента линейного расширения эмали и металлов. Во избежание образования дефектов эти напряжения не должны превышать 50-100 МПа для стеклообразных эмалей и 150-200 МПа для стеклокристаллических. Готовые покрытия иногда расписывают красками на основе окрашенных оксидов или солей металлов.

Технические эмали предназначены для увеличения износостойкости различных аппаратов в химической, пищевой и фармацевтической промышленности, эксплуатирующихся в агрессивных средах. Их наносят также на изделия бытового назначения (посуду, холодильники, санитарно-техническую и электроосветительную аппаратуру), некоторые архитектурно-строительные облицовочные детали, дорожные знаки и прочие.

Художественные эмали обычно наносят для украшения изделий из цветных и благородных металлов. Содержат обычно те же оксиды, что и технические эмали Толщина эмалевого покрытия обычно не превышает 0,01 мм. На ювелирные изделия эмалевые составы, в том числе многоцветные, накладывают вручную. В зависимости от техники наложения и закрепления эмали назначенными выемчатыми, перегородчатыми, расписными, поливными, по рельефу, по скани и других.

Эмали известна с глубокой древности, в Византии в 10-12 веков, использовалась при художественных работах по золоту, на Руси известна с 11 века. Для покрытия изделий технического назначения применяют с конца 17 века.

2. Эмалевые краски (лаковые краски) – суспензии высокодисперсных пигментов и наполнителей в лаках. При нанесении на поверхность образуют непрозрачную пленку, превращающуюся после высыхания в лакокрасочное покрытие, по внешнему виду напоминающее стеклообразные эмали.

По природе пленкообразующего вещества (лака) различают эмали на основе алкидных, полиэфирных, феноло-альдегидных, перхлорвиниловых и эпоксидных смол, полиуретанов, полиакрилатов, нитратов целлюлозы, кремнийорганических олигомеров и других.

В качестве пигментов в эмали используют цинковые, свинцовые и титановые белила, охру, литопон, сажу, сурик, оксиды Сг и Fe, органические пигменты; в качестве наполнителей – тонкодисперсные порошки мела, слюды, талька, каолина, А1₂О₃, ВаСО₃ и других.

Растворителями (разбавителями) служат органические вещества, не вызывающие химических превращений пленкообразователей и испаряющиеся в процессе высыхания, например спирты и моноэфиры гликолей – для феноло-формальдегидных смол, углеводороды – для алкидных смол и битумов, кетоны и сложные эфиры – для нитратов целлюлозы. Другие компоненты – пластификаторы, сиккативы, стабилизаторы, диспергаторы, ПАВ, матирующие добавки (например, воски, А1-соли жирных кислот и кислот канифоли). При введении специальных добавок, например бентонита или тонкодисперсного SiO2, образуются обратимые коагуляционные (тиксотропные) структуры, благодаря которым эмали утрачивают текучесть и могут удерживаться на вертикальных поверхностях.

Получение

Получают эмали диспергированием (перетиром) тонкоизмельченных пигментов и наполнителей в пленкообразователе. Содержание сухого вещества 25-60% по массе, отношение к количеству пленкообразователя от 3:1 до 5:1. Наносят эмали на специально подготовленную поверхность или по грунтовкам валиком, кистью, распылением либо других способами в несколько слоев (с сушкой каждого нанесенного слоя).

Формирование пленки эмали на поверхности происходит как в результате испарения растворителей при комнатной температуре, так и в результате химическом взаимодействии компонентов при различных, в том числе повышенных, температурах. Так, напр., пленкоооразование эмали на основе высыхающих алкидных смол происходит в результате окислительной полимеризации пленкообразователя, полиэфирных смол – в результате сополимеризации с мономерами, входящими в состав растворителей, эпоксидных – в результате взаимодействия с отвердителем, который вводят в композицию непосредственно перед нанесением на поверхность. Толщина эмалевых покрытий обычно не превышает 100 мкм, для тиксотропных эмали – 350 мкм.

Покрытия обладают удовлетворительной атмосферостойкостью (при правильном нанесении и сушке – до 4-6 лет), достаточно высокими декоративными свойствами, медленно набухают в воде. Применяют эмали для получения защитных и декоративных покрытий по металлу, дереву, пластмассе и других материалам.

Гладкова Наталья