Мировой рынок: современные тенденции в выпуске лакокрасочной продукции

В последние десятилетия наметилась четкая тенденция к росту производства и потребления ЛКМ с пониженным содержанием летучих органических растворителей, сопровождающаяся постепенным сокращением спроса на органоразбавляемые аналоги. На смену традиционным лакам и эмалям с высоким содержанием летучих органических соединений (ЛОС) пришли экологически безвредные ЛКМ – на водной основе, порошковые, с высоким сухим остатком (ВСО), радиационной сушки.

Современный ассортимент лакокрасочной продукции в наиболее развитых странах мира

Согласно прогнозам специалистов, тенденция к вытеснению органоразбавляемых ЛКМ экологически безвредными аналогами в ближайшее десятилетие сохранится. Эта тенденция подтверждается представленными данными, отражающими динамику потребления ЛКМ в Западной Европе.

Динамика изменения объемов потребления ЛКМ в Западной Европе

Важнейшей причиной сдвига мирового ассортимента ЛКМ в сторону увеличения доли прогрессивных ЛКМ является постоянное ужесточение экологического законодательства, резко ограничивающее содержание ЛОС и других токсичных компонентов в рецептурах ЛКМ.

Нормы содержания ЛОС для ЛКМ промышленного назначения в странах Западной Европы и США, г/л

В настоящее время в Европе разрабатываются новые нормативы, которые после поэтапного введения позволят сократить содержание ЛОС в строительных красках еще на 20-25%. В США подобные нормативы введены с 2002 г.

Нормы содержания ЛОС для ЛКМ строительного назначения, введенные в США с 2002 г., характеризуются следующими данными (г/л): ЛКМ для полов – 120; дорожно-маркировочные краски – 150; грунтовки, герметики – 200; лаки, наносимые кистью – 680.

Кроме экологических причин на изменение ассортимента лакокрасочной продукции влияют и другие факторы, среди которых одно из первых мест занимает увеличение спроса на высококачественные ЛКМ, отличающиеся повышенной долговечностью и улучшенными защитно-декоративными свойствами. Немаловажное значение имеет и стоимость ЛКМ. Для того, чтобы добиться приемлемого баланса экономичности, экологической чистоты и высокого качества ЛКМ, специалисты вынуждены отказываться от устаревших видов пленкообразователей, например олиф или нитроцеллюлозы, и переходить на использование прогрессивных синтетических смол: акриловых, эпоксидных, полиуретановых, виниловых, алкидных, фторполимерных. Наиболее популярными во всем мире являются алкидные, виниловые и акриловые пленкообразователи. Далее следуют эпоксиды и полиуретаны. Согласно оценкам, за последнее пятилетие потребление почти всех пленкообразователей увеличилось. Исключение составляют алкиды, потребление которых снизилось на 3,5%.

Ассортимент пленкообразователей для промышленности ЛКМ европейских стран, тыс. т

Уменьшение выбросов вредных веществ в атмосферу при изготовлении и применении лакокрасочной продукции может быть достигнуто двумя путями. Первый предполагает использование инженерно-технических решений, в частности оптимизацию процесса окрашивания, автоматизацию оборудования, совершенствование систем рециркуляции и очистки отходов. Рынок оборудования и технологий поделен между крупными производителями, которые оптимизируют процессы, ничего в них не меняя принципиально. Можно сказать, что сформирован определенный стандарт. Но есть и другой путь развития рынка – внедрение новых видов ЛКМ, оптимизация рецептур и освоение современных технологий. Среди последних важное место занимает койл-коатинг (предварительное нанесение ЛКМ на полуфабрикаты – рулонную сталь и т. п.), который за последние 40 лет произвел поистине революционный переворот в разных отраслях промышленности. Применение этого метода дает ряд преимуществ, главное из которых – отсутствие окрасочных цехов на заводах – изготовителях продукции, благодаря чему исключается загрязнение окружающей среды, уменьшаются трудовые и энергетические затраты и т. д. Основные потребители рулонного металла с полимерным покрытием – транспорт, производство электробытовых приборов, консервная промышленность. Особенно много данной продукции потребляет строительная отрасль. В первую очередь, это кровельная и фасадочная (навесные фасады) отделка, конструктивные элементы внутренней отделки, вентиляционные и другие системы зданий и сооружений. В итоге строительная отрасль потребляет около 50% общего объема окрашенного металла. При всех достоинствах технология койл-коатинга имеет и ряд недостатков, среди которых главный – высокие капитальные затраты на оборудование, особенно при использовании органоразбавляемых красок. Вторая серьезная проблема – высокие требования к лакокрасочным покрытиям в отношении эластичности, адгезии, ударопрочности и устойчивости к деформационным нагрузкам. По этой причине для окраски рулонного металла используют ЛКМ с улучшенными эксплуатационными свойствами из числа термоотверждаемых композиций на основе эпоксидных, виниловых, алкидных, полиэфирсиликоновых, фторполимерных смол.

С 1970-х годов в койл-коатинге начали использовать полиуретановые ЛКМ. К настоящему времени доля в этой сфере в совокупном потреблении полиуретановых ЛКМ достигла 12%; они заняли 4 место среди термоотверждаемых ЛКМ указанного назначения. Постоянно растущая популярность полиуретанов в койл-коатинге объясняется возможностью получения на поверхности металла толстослойных и многослойных покрытий толщиной 50-100 мкм с повышенной твердостью и эластичностью, которые служат полноценной альтернативой покрытиям из поливинилхлоридных пластизолей.

В сочетании с полиамидами полиуретаны используются для формирования текстурированных одно- и двухслойных покрытий толщиной 2-25 мкм. Полиуретановые покрытия долговечны, водостойки, главное – устойчивы к деформационным нагрузкам, которые испытывает окрашенный металл при изготовлении из него различных изделий. Предполагается, что полиуретаны будут постепенно вытеснять поливинилхлорид, который во многих странах признается экологически неблагоприятным материалом. Среди новых ЛКМ для койл-коатинга специалисты отмечают как оптимальные водоразбавляемые акриловые краски с нулевым содержанием растворителя, водные полиэфирные дисперсии, фторполимерные пластизоли, композиции радиационного отверждения и порошковые краски.

Порошковые краски. В настоящее время на порошковые краски (ПК) на Западе приходится до 30-40% общего объема продаж лакокрасочной продукции. Мировой объем продаж порошковых красок в начале кризиса (2008 г.) составил ориентировочно 10 млн. т, в денежном выражении – $20 млрд. Согласно данным, которые приводятся в специальной литературе, для производства порошковых ЛКМ в ближайшие годы будут характерны довольно высокие темпы прироста в 5-7% в год (для других ЛКМ – 1-2%). Наибольшая доля мирового потребления порошковых красок (более 560 тыс. т) приходится на Западную Европу (34,4%). Далее следуют страны Азиатско-Тихоокеанского региона (более 27,5%) и США (23%). Несмотря на то, что США по потреблению порошковых красок отстают от западноевропейских стран, в ближайшие годы этот разрыв сократится, поскольку спрос на указанные ЛКМ в США растет ускоренными темпами – более 12% в год. Россия потенциально может войти в тройку лидеров, а КНР и США могут выйти на первые позиции.

Основные регионы-производители порошковых красок – Западная Европа, США, КНР, Индия, Турция, РФ, Греция. Ведущими производителями порошковых ЛКМ являются фирмы “Akzo Nobel” (доля на рынке – 28%), “Herberts” (20%) и “Ferro” (13%).

Высокая популярность порошковых ЛКМ в большинстве промышленно развитых стран объясняется конкурентными экономическими и экологическими преимуществами ПК. Они не содержат токсичных растворителей, стабильны при хранении, удобны в обращении и при транспортировке, образуют покрытия с высокой адгезией, коррозионной и абразивостойкостью. Все эти качества делают порошки очень привлекательными для производителей бытовых электроприборов, металлической мебели, строительных конструкций, автомобилей и т. д.

Области применения порошковых красок: строительная отрасль; машиностроение; автомобилестроение, кораблестроение; общее и тяжелое машиностроение; мебельная промышленность; производство труб для химической и нефтегазовой промышленности, бытовой техники, облицовочных панелей различного назначения, щитов и ограждений, облицовочных материалов, наливных полов, кровельных материалов; отделка фасадов зданий и железнодорожных подвижных составов. Главным потребителем порошковых красок выступает сектор окраски промышленных изделий (59,5%). При этом почти 30% рынка занимает трубная промышленность. Темп роста потребления порошковых красок в этой отрасли промышленности оценивается как наиболее значимый. Далее следуют производство электробытовых приборов (18,7%), строительство (15,4%), автомобилестроение (8%) и антикоррозионная защита (3,9%).

Сложившийся ассортимент порошковых ЛКМ на 90% состоит из термоотверждаемых композиций на основе эпоксидов, эпоксиполи-эфиров, полиэфиртриглицидилизоциануратов, полиуретанов и акрилатов. В странах Западной Европы предпочтение отдается эпоксиполиэфирным (гибридным) порошкам (54%). За ними следуют полиэфирные (30%), эпоксидные (10%), полиуретановые (4%) и акриловые (2%) порошки. В США наиболее популярны эпоксиполиэфирные, полиуретановые, эпоксидные и полиэфиртриглицидилизоциануратные порошки, в Японии – полиуретановые. Акриловые порошки получили меньшее распространение по сравнению с другими видами порошковых красок из-за того, что они менее эластичны, недостаточно стабильны, относительно дороги и плохо совмещаются с другими порошками. Однако, несмотря на перечисленные недостатки, акриловые порошки довольно популярны в Японии, где на их основе готовят водные суспензии, сочетающие свойства водоразбавляемых и порошковых систем. Такие суспензии применяют для окраски тракторов, железнодорожного подвижного состава и т. п.

Использование порошковых суспензий позволяет разрешить такие проблемы порошковых ЛКМ, как пигментирование и получение тонких слоев. К тому же формирование покрытий из водных суспензий порошков можно осуществлять на стандартном оборудовании, предназначенном для нанесения жидких ЛКМ.

Сфера применения эпоксидных порошковых материалов охватывает окраску автомобилей, трубопроводов, электрооборудования, консервной тары и т. д. Крупнейшим разработчиком и поставщиком эпоксидных порошков в Европе выступает фирма “CibaGeigy” – признанный лидер в производстве эпоксидных смол и ЛКМ на их основе. Специалисты полагают, что в ближайшие годы потребление эпоксидных порошков будет расти ускоренными темпами на 10-12% в год. Такие же темпы прироста (на 11% в год) ожидаются и для порошковых красок на основе полиуретанов. Этот сектор лакокрасочной продукции использует полиэфир-, эпокси- и акрилополиолы, отверждаемые блокированными изоцианатами.

На российском рынке эпоксидные смолы представляют следующие зарубежные производители: “Hexion Specialty Chemicals” (Италия), “Dow Chemical” (Германия), “OrganikaSarzyna” (Польша).

На мировом рынке в последние годы активно позиционируются полиуретановые порошковые краски, которые в России до сих пор не выпускаются. В США и Японии на них приходится 30% всех порошковых красок, в Европе – не более 10%. Порошковая технология в отделке мебели является весьма перспективной. За рубежом продолжаются исследования по созданию новых материалов и разработке технологий их нанесения. Ожидаемые темпы прироста использования ПК на основе полиуретанов сравнимы с эпоксидными ПК – 11% в год. Порошковые краски с “молотковым” эффектом получают путем введения в рецептуру специальных добавок, вызывающих образование многочисленных кратеров. Как правило, это достигается также в присутствии алюминиевого пигмента. Для получения различного вида рельефов (покрытий с эффектом “апельсиновой корки”, “молотковых” и т. п.) применяются добавки марок “Ceraflour 967”, “968”, “969”, “996” фирмы “BYKCera” (Нидерланды), а также дающий неизменно стабильные результаты ацетобутират целлюлозы “CAB5510.2” фирмы “Eastman Chemicals” (США).

Учитывая то обстоятельство, что полиуретановые порошки отверждаются при высокой температуре, энергоемкость процесса сушки представляет серьезную проблему для специалистов. Обычно для снижения температуры отверждения полиуретановых порошков до 140-160 °С достаточно использовать катализаторы деблокирования из числа оловосодержащих соединений. Другой путь к снижению температуры сушки – использование полиэфирных порошков, сшиваемых триммером толуилендиизоцианата.

Полиэфиртриглицидилизоциануратные порошки занимают по объемам производства третье место после эпоксидных и эпоксиполиэфирных аналогов. Их с успехом применяют для защитной окраски садовой мебели, оконных рам, дверей, электробытовых приборов и металлических конструкций, которые эксплуатируются в атмосферных условиях. Разработкой и производством таких порошков занимаются фирмы “Bayer”, “CibaGeigy”, “S.I.V. Coatinges” и ряд других.

Важным резервом для увеличения объемов и расширения сфер применения порошковых ЛКМ является автомобильная промышленность, которая приступила к освоению этих материалов еще в 1990-х годах. В этой области на сегодняшний день наблюдаются две основные тенденции: использование порошковых грунт-шпатлевок и применение порошков для декоративной отделки автомобильных кузовов. Пионерами освоения порошковых грунт-шпатлевок выступили японская фирма “Honda”, итальянский концерн “Fiat” и две американские компании – “General Motors” и “Chrysler”. Последние две фирмы применяют при окраске автомобилей порошковую грунт-шпатлевку полиэфирного типа производства компании “PPG”. Имеются сведения и об использовании в качестве автомобильных грунт-шпатлевок акриловых и эпоксидных порошков, в том числе на одном из предприятий американской компании “General Motors”.

Практическое применение порошковых ЛКМ для формирования верхних прозрачных покрытий кузовов началось на предприятиях европейских фирм “BMW” и “Mercedes”. Для этой цели фирмы использовали и продолжают использовать до сих пор продукцию крупнейших лакокрасочных фирм “BASF”, “POG”, “Hoechst” и др. К настоящему времени порошковыми материалами фирмы “BASF” на заводах компании “Mercedes Benz” окрашено свыше 300 тыс. автомобилей. По этой технологии на автозаводах “BMW” ежедневно окрашивается более 1 тыс. автомобильных кузовов. Первая линия по нанесению прозрачных порошковых покрытий на кузова в США была пущена в 1997 г. на одном из предприятий фирмы “Ford”. По мнению американских специалистов, эта технология получит в США ускоренное развитие.

Внедрение порошковых ЛКМ в автомобилестроении позволяет существенно снизить эмиссию ЛОС и сократить объемы жидких и твердых отходов, которые образуются при окраске автомобилей. Также порошковые ЛКМ привлекательны тем, что образуют покрытия с превосходным внешним видом и хорошими эксплуатационными свойствами. При этом следует учитывать, что для верхних прозрачных покрытий пригодны только те порошки, которые отверждаются при температуре 130-150 °С. В наибольшей степени этим требованиям удовлетворяют порошки на основе эпоксиакриловых пленкообразователей, отверждаемых полиангидридами алифатических дикарбоновых кислот.

Несмотря на то, что нанесение верхних прозрачных порошковых покрытий на кузова автомобилей представляет собой быстро развивающееся и перспективное направление, оно до сих пор не стало преобладающим даже в самых крупных автомобильных фирмах. Поэтому подавляющая часть порошковых ЛКМ в настоящее время продолжает расходоваться в традиционных областях.

К перспективным направлениям использования порошковых красок можно отнести окраску термочувствительных подложек древесины и пластмасс. В этих случаях применяются порошковые ЛКМ с пониженной температурой сушки, что достигается путем введения в рецептуру ускорителей и катализаторов, а также использования высокоэффективных отвердителей, в том числе блокированных.

Весьма интересным вариантом такого рода порошков являются системы, отверждаемые УФ-излучением. Процесс изготовления таких ЛКМ имеет много общего с обычными порошками и осуществляется на стандартном оборудовании. В качестве пленкообразователей в них применяют специальные смолы с пониженной температурой стеклования и невысокой вязкостью расплава при 100-120 °С. Это могут быть эпоксиды, отверждающиеся по катионному механизму в присутствии сульфониевых солей; полиэфир(мет)акрилаты или другие ненасыщенные смолы, полимеризующиеся по свободнорадикальному механизму в присутствии фотоинициаторов.

Непигментированные фотоотверждаемые порошки образуют гладкие, однородные, твердые покрытия, устойчивые к воздействию растворителей. Что касается отверждения пигментированных порошков, то это возможно только в случае тонкослойных покрытий или рецептур с очень низким содержанием пигмента. Проблема может быть разрешена за счет использования новых видов фотоинициаторов, специально приспособленных для сшивки композиций, содержащих до 20% пигмента и покрытий толщиной до 100 мкм.

Среди потенциально возможных сфер применения фотоотверждаемых порошков следует назвать окраску пластмассовых деталей автомобилей (линз фар, демпферов, деталей тормозов), древесины и других пористых материалов, а также металлических подложек. В последнем случае удается получить толстослойные покрытия с превосходными антикоррозионными свойствами.

Высокая скорость отверждения делает фотоотверждаемые порошки идеально пригодными для койл-коатинга. При скорости линии 9 м/мин. можно наносить на рулонный металл покрытия толщиной 51-63 мкм.

В последние 2 года были введены в эксплуатацию 3 промышленные линии по окраске изделий фотоотверждаемыми порошками. Две из них находятся в США и предназначены для окраски электромоторов и радиаторов. Третья линия работает в Великобритании и используется для нанесения текстурированных декоративных покрытий.

Наполнители и пигменты для производства порошковых красок. Обычно наполнители составляют до 40% массы порошковой краски, смолы – 45-70%, пигменты – не более 4-5%, только в белых порошковых красках (в общем объеме продаж их доля составляет до 30%) используется 15-30% пигмента диоксида титана.

Для производства ПК необходимы два вида компонентов: наполнители и связующие. Изготовление наполнителей само по себе является самостоятельным высокомаржинальным бизнесом.

Рецептура классической технологии для производства ПК предполагает использование высококачественных наполнителей и пигментов. Рассматриваются нетрадиционные дешевые материалы, которые могут заменить дорогостоящие компоненты в качестве наполнителей в ПК: сфеновый концентрат, слюды (флогопит, мусковит), кварц, бентонитовая глина, алебастр (гипс), сфалерит, галенит-сфалеритбаритовые концентраты, тальк, шпаты, пегматиты, ярко окрашенные магматические породы, галлуазит, волластонит, мел, мрамор, корунд, гидроксид алюминия, шунгит, пиритные огарки, BaSO4 (порторайт) сульфат бария, карбонат лития, древесные отходы (стружка, опилки, ветки, кора), макулатура.

Виды связующих в порошковых красках. Порошковые лакокрасочные материалы (ЛКМ) – исходные продукты для получения ЛК-покрытий. Порошки ПК состоят из тонкомолотых (обычно 100% меньше 100 мкм) частиц, которые, в свою очередь, состоят из более мелких, прочно сцепленных между собой (сплавленных) частиц. Сплавленные частицы представляют собой композит из пленкообразующей среды (основы) и пигмента с наполнителем. ПК может и не содержать пигмента, а только основу. Тогда она называется лаком. По виду связующего ПК делятся на две группы красок – термопластичные и термореактивные.

Термореактивные порошковые краски. Изготавливаются на основе связующих термореактопластов типа полиэфирных смол, эпоксидных смол и их гибридных составов, а также связующих другого типа. В качестве основы могут использоваться чисто эпоксидные материалы, предназначенные чаще всего для защиты от коррозии и для электроизоляции. Хороший пример применения такого ПК – использование его для защиты труб. Эти покрытия обладают высокой адгезией к большинству материалов, механической прочностью и химической стойкостью.

Важным классом порошковых красок являются ПК на основе полиуретановых смол. Полиуретановые порошковые ЛКМ наиболее широко производятся в США и Японии. Их изготавливают на основе гидроксилсодержащих полиэфиров и полифункциональных акрилатов, отвердителями служат блокированные изоцианаты. Полиуретановые лаки и краски экономичны, так как позволяют получать тонкие покрытия (25-50 мкм). Они отверждаются при 160-200 °С в течение 10-30 мин. Обладают высокими механическими свойствами, хорошей адгезией даже к металлическим подложкам.

Термопластичные порошковые краски. Так называют ПК на основе термопластичных полимеров (например, полиэтилена). Их, в отличие от термореактивных, получают путем сухого механического смешивания компонентов в виде порошка. Они имеют относительно большой размер частиц, получаемые из них покрытия имеют большую толщину покрытия – 150-300 мкм. Они выполняют преимущественно защитную функцию и более предпочтительны в случае долговечности получаемых покрытий.

Материалы на водной основе. Несмотря на высокие темпы развития порошковой технологии по объемам производства и потребления, порошковые краски значительно уступают ЛКМ на водной основе, которые по этому показателю лидируют в списке экологически благоприятных систем. Причиной такой популярности водных красок являются низкое содержание ЛОС (120-150, а в перспективе – 30-60 г/л), малая токсичность, пожаробезопасность, простота и доступность методов нанесения. Перечисленные достоинства водных ЛКМ способствовали тому, что во многих областях потребления они опередили все другие виды лакокрасочной продукции, особенно в строительной индустрии, где доля материалов на водной основе превышает 70-80% общего объема потребления ЛКМ. Значительно меньше доля потребления этих материалов – в промышленном секторе, где в основном используются водорастворимые и коллоидные системы, тогда как в ассортименте строительных красок преобладают латексные водоэмульсионные и водно-дисперсионные краски на основе акриловых, алкидных, эпоксидных и виниловых пленкообразователей.

За рубежом особенно популярны акриловые, стиролакриловые, винилакриловые, силиконакриловые краски. Покрытия на их основе отличаются уникальным сочетанием блеска, атмосферо-, водо, масло-, щелоче и светостойкости. Срок службы акриловых покрытий достигает 6-8, а в ряде случаев 10 лет. Разработкой и производством акриловых красок занимается большое число крупных и мелких фирм. Только в Европе их насчитывается свыше 60, среди них широко известные компании “BASF”, “Rohm and Haas”, “ICI” и ряд других.

Благодаря высокой устойчивости к УФ-излучению водные акриловые краски применяются для создания наружных покрытий, особенно в странах с интенсивным солнечным излучением. Повышенная щелочестойкость акрилатов позволяет использовать водные композиции на их основе для нанесения покрытий по штукатурке, цементу, различным типам каменной кладки и древесины (в последнем случае можно использовать комбинированные материалы, содержащие алкидные эмульсии и акриловые дисперсии, т. к. эти ЛКМ имеют хорошую адгезию, термопластичность и водостойкость и стоят дешевле чисто акриловых аналогов).

Весьма популярны у строителей водоэмульсионные краски на основе сополимеров винилхлорида с винилацетатом и этиленом. Такие краски выпускает фирма “Vinyl Products” (Великобритания) под маркой “Vinamul”. Их применяют для отделки фасадов, так как они образуют толстослойные непроницаемые покрытия.

Перспективными являются силиконакриловые водно-дисперсионные краски, выпускаемые рядом зарубежных фирм специально для строительных работ. Обеспечивая покрытиям уникальное сочетание пористости и водостойкости, эти краски превосходят чисто акриловые латексы по долговечности и защитным свойствам. Срок службы образуемых ими покрытий может достигать 10 лет.

Особенно интересны новые силиконакриловые водоэмульсионные краски финской компании “Tikkurila”. На российский рынок они поставляются под торговыми марками “Kivisil” и “Novasil” и рекомендуются для окраски бетона и штукатурки, в том числе для ремонта стен старых зданий.

В последние годы специалисты добились серьезных успехов в разработке высококачественных латексных красок, свойства которых позволяют значительно расширить сферу их применения за счет внедрения в сектор промышленной антикоррозионной окраски. Среди таких разработок особый интерес представляют латексные краски на основе сополимеров стирола, акрилатов, винил- и винилиденхлорида, синтезированных по новой технологии без применения ПАВ. Такие латексы состоят из частиц типа “ядро/оболочка”, которые придают покрытиям исключительную твердость, водо- и химостойкость.

Наиболее перспективные сферы применения водоразбавляемых ЛКМ – автомобилестроение, окраска рулонного металла, отделка древесины и изделий из пластмасс (от игрушек до корпусов компьютеров и автомобильных деталей). Важным достоинством большинства водоразбавляемых ЛКМ является возможность их нанесения электрофорезным методом, который получил широкое распространение в автомобилестроении, сельхозмашиностроении, производстве бытовых электроприборов. В отличие от других методов окраски электрофорез дает возможность получать покрытия равномерной толщины, а также производить окраску труднодоступных мест изделия. К тому же он легко поддается автоматизации. С учетом того, что все современные электрофорезные ЛКМ относятся к экологически благоприятным системам, их можно рассматривать как перспективную полноценную альтернативу другим прогрессивным ЛКМ.

Катафорез, на долю которого приходится 50-60% от общего числа электрофорезных установок, популярнее анафореза. Это связано с тем, что катафорезные покрытия более устойчивы к коррозии при малой толщине покрытия. Для получения катафорезных покрытий обычно применяют акриловые, виниловые, эпоксидные, полиуретановые, а в последнее время широко используются и эпоксиаминные аддукты, в том числе модифицированные. Их крупнейшим производителем является английская фирма “PPG”, обеспечивающая своей продукцией 2/3 потребностей США и Западной Европы.

Для анафореза применяются малеинизированные масла, полиэфиры, алкиды, акрилаты и прочие полимеры с карбоксильными группами, солюбилизированные щелочами и основаниями. При этом особый интерес представляют карбоксилсодержащие алкиды, которые значительно дешевле и доступнее акриловых. Кроме того, для анафореза используются комбинированные пленкообразователи, например алкидноакриловые, они и дешевле, и доступнее чисто акриловых аналогов и позволяют получать покрытия с улучшенной адгезией, термопластичностью и водостойкостью.

Учитывая, что при анафорезном грунтовании не удается получить покрытия с необходимой коррозионной стойкостью, ударопрочностью и высокой рассеивающей способностью, на автозаводах США, Западной Европы и Японии эта технология практически полностью вытеснена катафорезом. Анафорез сохранил свои позиции в процессах окраски небольших деталей, антикоррозионной защиты днища автомобилей, а также на предприятиях, выпускающих продукцию менее ответственного назначения.

Применение водных ЛКМ в автомобилестроении не исчерпывается электрофорезными грунтовками. Большое значение приобретает использование композиций на водной основе для создания базисных слоев автомобильных покрытий. Их изготавливают из термореактивных полиэфир- или акрило/меламинных ЛКМ. Часто такие композиции содержат пигменты, создающие специфические декоративные эффекты: перламутровые, с металлическим блеском и т. д.

Несколько медленнее идет внедрение водоразбавляемых ЛКМ в таком “экологически неблагоприятном” секторе, как ремонтная окраска автомобилей. Однако и здесь в последние годы достигнуты серьезные успехи. Например, фирма “ICI” разработала водоразбавляемый ЛКМ “Aquabase” для базисных слоев покрытия, что позволяет сократить потребление растворителей при ремонте автомобиля на 50%. С этой же целью можно использовать полиуретановые дисперсии марки “Glasurit”, выпускаемые германским концерном “BASF”. В тех случаях, когда водоразбавляемые базисные ЛКМ наносят поверх водных шпатлевок, например двухупаковочных эпоксидных и сшиваемых аминоуретанами, можно уменьшить эмиссию растворителей на 70%.

Крупным потребителем водных ЛКМ выступает консервная промышленность, которая использует при окраске алюминия и жести для упаковки пива и других напитков водные ЛКМ на основе карбоксилсодержащих акрилатов, эпоксидов и, в первую очередь, эпоксиакриловых привитых сополимеров. Диспергированием сополимеров в воде в присутствии фенолоформальдегидных отвердителей получают стабильные водные эмульсии, которые образуют прочные, эластичные покрытия, устойчивые к деформационным нагрузкам.

Важным потенциальным рынком сбыта водных ЛКМ являются мебельная и деревообрабатывающая отрасли промышленности. Несмотря на очевидные преимущества водных составов, их внедрение в эти производства до сих пор шло с большим трудом, так как по цвету и качеству покрытия на основе этих материалов существенно уступали покрытиям из традиционных лаков. Однако усовершенствования в технологии нанесения и сушки, а также оптимизация рецептур позволили создать и внедрить на мебельных предприятиях достаточно широкий ассортимент водоразбавляемых ЛКМ приемлемого качества.

В настоящее время в промышленном масштабе производятся водные системы на основе акриловых, акрилоуретановых, мочевино- и меламиноальдегидных смол, ненасыщенных полиэфиров и других пленкообразователей. Все эти ЛКМ содержат не более 2-8% ЛОС и полностью удовлетворяют стандартам, принятым в мебельной промышленности.

Наиболее дешевыми заменителями традиционных нитроцеллюлозных лаков являются полиэфирмеламинные и особенно алкидномеламинные водоразбавляемые композиции. Использование в рецептурах таких ЛКМ кислотных катализаторов позволяет получать материалы с пониженной температурой сушки, что очень важно для термочувствительных подложек, к которым относится древесина. Однако, несмотря на относительную дешевизну и высокое качество покрытий из кислотоотверждаемых ЛКМ, некоторые специалисты относятся к ним с предубеждением из-за проблемы, связанной с выделением свободного формальдегида, относящегося к разряду токсичных и канцерогенных веществ. Тем не менее, многие крупные фирмы, такие как “Henkel”, “Herberts”, “Vianova”, “Becker`s” и другие, продолжают выпускать мебельные ЛКМ кислотного отверждения, отдавая предпочтение рецептурам с пониженным содержанием свободного формальдегида, что достигается использованием модифицированных аминоформальдегидных смол, специальных добавок для связывания формальдегида или альтернативных отвердителей азиридинов, глиоксоленов, эпоксидов и т. п.

Несмотря на то, что доля водоразбавляемых ЛКМ в общем объеме лакокрасочной продукции, предназначенной для отделки мебели, в развитых странах Европы не превышает 6%, некоторые фирмы ориентируются на рост их использования в будущем. Этот прогноз относится, прежде всего, к акрилоуретановым ЛКМ, представляющим собой смеси полиуретановых дисперсий и акриловых латексов.

В последние годы на рынке появились акрилоуретановые гибридные дисперсии, содержащие взаимопроникающие полимерные структуры. Эти материалы характеризуются оптимальным сочетанием эксплуатационных свойств и стоимости. Однако наиболее твердые, абразиво- и химически стойкие покрытия формируются из полиуретановых композиций, содержащих сшивающий агент. К таким ЛКМ относятся двухупаковочные водоразбавляемые системы, получившие в последнее время довольно широкое признание у изготовителей мебели. Крупнейшим разработчиком и производителем такого рода составов является германский концерн “Bayer”. Он выпускает комплекс полиуретановых материалов для отделки мебели, который включает водоразбавляемую композицию для отделочного слоя офисных и письменных столов, стульев и т. п.

Кроме перечисленных выше основных областей потребления, ЛКМ на водной основе находят применение и в некоторых других сферах, например в технологических процессах окраски пластмасс, полимерных пленок, бумаги, изделий общего машиностроения, электрооборудования и т. д.

ЛКМ с высоким сухим остатком. Несмотря на бурное развитие производства и хорошие перспективы для водных ЛКМ, объемы их потребления все еще не достигли показателей, свойственных, например, системам с высоким сухим остатком (ВСО). Наиболее популярны ЛКМ с ВСО в США, где на их долю приходится 27% рынка лакокрасочной продукции. В Европе этот показатель значительно ниже и не превышает 15%.

В последнее десятилетие рынок ЛКМ с ВСО рос достаточно быстро – на 6-8% в год. Однако с 2000 г. картина изменилась, эксперты прогнозируют некоторое падение потребления этого типа ЛКМ в ближайшие годы (в Европе на 3% в год).

Главные потребители ЛКМ с ВСО – койл-коатинг, производство металлической упаковки, автомобилестроение, деревообработка, электротехника и т. д. Несмотря на относительно высокую стоимость, ЛКМ с ВСО достаточно экономичны, т. к. требуют меньшего расхода материала на единицу площади и меньших энергозатрат на сушку покрытий. Они хорошо смачивают металлические подложки и не требуют введения специальных добавок. В то же время такие материалы вследствие их повышенной вязкости часто вызывают серьезные затруднения при окраске из-за недостаточной текучести и неудовлетворительного розлива. Для преодоления этих недостатков следует с особой тщательностью подходить к составлению рецептур ЛКМ с ВСО, особенно к выбору пленкообразователя, который должен обладать пониженной молекулярной массой и повышенной реакционной способностью. При этом слишком низкая молекулярная масса может привести к ухудшению стабильности ЛКМ и замедлению процесса сшивки покрытия. Поэтому в ряде случаев выгоднее идти по пути замены растворителя реакционноспособным разбавителем, способным вступать в реакцию сшивки и, таким образом, встраиваться в пленку отверждаемого покрытия. Особенно популярен этот метод у изготовителей алкидных красок с ВСО, которые составляют почти 1/3 общего объема алкидных ЛКМ. Для этих целей рекомендуются реакционноспособные разбавители типа ацеталей, амиловых эфиров или льняного масла. Среди новых реакционноспособных разбавителей для алкидных красок воздушной сушки следует отметить октадиенилфумарат/сукцинаты. Добавление 9% такого разбавителя к алкидной эмали позволит повысить ее сухой остаток до 78% без ухудшения свойств материала.

В общем объеме выпуска алкидных ЛКМ с ВСО композиции окислительной сушки, применяемые для строительных работ и промышленного ремонта, составляют незначительную долю. Основной же объем приходится на алкидно-меламинные композиции горячей сушки, предназначенные для внутризаводского потребления. Однако и в этом секторе предпочтение отдается более качественным полиэфирмеламинным или акриломеламинным аналогам, которые к тому же более просты в изготовлении.

Применение всех перечисленных ЛКМ с ВСО оправдано в тех областях, где окраска производится с помощью валкового метода, который хорошо подходит для систем с повышенной вязкостью. В первую очередь, это относится к окраске рулонного металла. Для других областей рекомендуются более современные полиуретановые лаки и эмали с ВСО, которые успешно используются в автомобилестроении для совместной окраски пластмассовых и металлических деталей автомобиля. Например, двухупаковочные полиуретаны с ВСО применяются в серийном производстве автомобилей на предприятии фирмы “DaimlerBenz”. Такие ЛКМ были освоены автозаводами компании “Ford”.

Согласно опубликованным в специальной литературе данным, двухупаковочные ЛКМ с ВСО на основе акрило- или полиэфируретановых ЛКМ, модифицированных эпоксидами, могут использоваться и для авторемонтных работ, так как содержание растворителя в них не превышает 350 г/л.

Идеальными пленкообразователями для ЛКМ с ВСО, и особенно для безрастворительных ЛКМ, являются эпоксиды. Современные эпоксидные ЛКМ такого типа изготавливают на основе жидких эпоксидных смол с пониженной молекулярной массой и/или повышенным числом гидроксильных групп, сшиваемых с помощью жидких полиаминов и полиамидоминов.

Очень перспективными отвердителями для таких ЛКМ являются аддукты циклоалифатических аминов, которые обеспечивают получение материалов с пониженной вязкостью и ускоренной сушкой при низких температурах (4,5-5,0 °С). В случаях необходимости дополнительного снижения вязкости безрастворительных композиций в состав рецептуры вводят реакционноспособные разбавители из числа эпоксидных мономеров, производных фенола, пластификаторов и т. п.

Учитывая склонность эпоксидных ЛКМ к образованию хрупких малоэластичных покрытий, рекомендуется модифицировать их специальными эпоксидными олигомерами, сочетающими свойства эпоксидов и полиуретанов. Такие модификаторы, производимые фирмой “Dow”, играют роль реакционноспособных разбавителей, улучшающих эластичность эпоксидных покрытий и их устойчивость к растрескиванию.

Эпоксидные ЛКМ со 100%-ным сухим остатком на основе низковязких смол применяются для окраски стен и потолков зданий, разметки дорог, а также в качестве герметиков и заливочных составов. Аналогичные материалы на основе эпоксидов средней вязкости образуют покрытия с улучшенными декоративными свойствами, твердостью, гигиеничностью и т. д. Поэтому их применяют для окраски более ответственных объектов, в том числе в автомобиле- и самолетостроении, электротехнике и т. д.

Несмотря на то, что ЛКМ с ВСО в настоящее время используются довольно широко и вполне укладываются в современные экологические нормативы, их будущее не внушает оптимизма. Учитывая постоянное ужесточение экологического законодательства, а также некоторые технические недостатки, присущие системам с ВСО, специалисты рассматривают их как переходное звено от органоразбавляемых к безрастворительным ЛКМ.

Системы радиационного отверждения. Гораздо оптимистичнее прогнозы для таких современных материалов, как системы радиационного отверждения. Хотя удельный вес таких ЛКМ в общем объеме лакокрасочной продукции, по разным данным, не превышает 1-4%, их значение для некоторых областей потребления весьма велико. Прежде всего, это относится к мебельной, полиграфической отраслям, окраске бумаги, пластмасс и других чувствительных к нагреванию подложек.

Согласно опубликованным в специальной литературе данным, в странах Западной Европы потребление радиационноотверждаемых ЛКМ в ближайшие 10 лет будет расти со средними темпами примерно 8% в год. Причем львиную долю продукции составят фотоотверждаемые системы и лишь 10% прогнозируется для ЛКМ, отверждаемых потоком ускоренных электронов (УЭ). Наиболее крупным потребителем фотоотверждаемых ЛКМ выступает деревообрабатывающая отрасль, которая использует для отделки древесины от 14% (в США и Японии) до 50% (в Европе) общего объема радиационноотверждаемых ЛКМ. Имеются сведения об использовании такого рода ЛКМ для окраски металла, главным образом рулонного.

Применение ЛКМ, отверждающихся под воздействием УФ-излучения или потока УЭ, обеспечивает ряд экологических и экономических преимуществ, так как эти системы не содержат ЛОС и отверждаются при обычной температуре в течение нескольких минут или секунд с образованием гладких однородных высококачественных покрытий.

Для изготовления отверждаемых радиацией ЛКМ обычно используют пленкообразователи из числа насыщенных полиэфиров, акрилатов или эпоксидов в сочетании с реакционноспособными разбавителями (виниловыми или акриловыми мономерами) и специальными добавками (пигментами, стабилизаторами, фотоинициаторами и т. п.).

Среди ЛКМ радиационной сушки лидируют акриловые системы, в том числе модифицированные: полиэфир-, уретан- и эпоксиакриловые. Они очень широко используются в США и в ограниченном количестве в Европе. Высокая стоимость таких ЛКМ компенсируется их технологичностью, малой летучестью, высокой скоростью отверждения, способностью образовывать тонкослойные покрытия с отличной адгезией, твердостью и абразивостойкостью. Благодаря этим достоинствам акриловые ЛКМ радиационной сушки очень популярны у изготовителей мебели в странах Северной Европы, где на их основе формируют покрытия с “открытыми порами”. Также акриловые, полиэфиракриловые и эпоксиакриловые ЛКМ радиационной сушки применяются для окраски полимерных пленок, бумаги, пластмасс, фольги, в производстве электронных и электротехнических приборов и для лакирования нарезанной поверхности белой жести, предназначенной для изготовления консервной тары.

Относительно новым пленкообразователем для отверждаемых радиацией ЛКМ являются эпоксидные системы. Их изготавливают на основе эпоксиакрилатов, которые сшиваются под действием фотоинициаторов радикального типа. В последние годы были разработаны фотоотверждаемые эпоксидные композиции, содержащие циклоалифатические эпоксиды или алифатические диэпоксиды. В таких ЛКМ фотоинициаторами выступают комплексные ониевые соли, способные к фотохимическому расщеплению с образованием кислот Льюиса, инициирующих катионную полимеризацию эпоксидных смол. Такого рода фотоотверждаемые системы применяют для окраски бумаги, полимерных материалов и металлов. Наиболее перспективными потребителями для указанных эпоксидов являются предприятия, на которых осуществляется окраска рулонного и листового металла.

С учетом того, что рецептуры традиционных радиационноотверждаемых ЛКМ обычно содержат ряд компонентов с повышенной токсичностью (главным образом это касается реакционноспособных разбавителей), в последнее время были предприняты попытки перевести их в водоразбавляемые аналоги. Несколько удачных разработок фирм “Becker`s” (Швеция) и “Tikkurila” (Финляндия) позволили внедрить водоразбавляемые ЛКМ радиационной сушки в мебельную промышленность. Кроме экологических преимуществ такие материалы характеризуются хорошей технологичностью и пониженной вязкостью. Они легко смешиваются с водой, хорошо наносятся распылением, наливом и образуют высокоадгезионные покрытия с малой усадкой и превосходной матируемостью. Кроме мебельной отрасли, водные ЛКМ радиационной сушки находят применение в электронике, оптоэлектронике, при отделке пластмасс и металлической тары. Несмотря на то, что они появились сравнительно недавно, на их долю уже приходится 2% общего объема лакокрасочной продукции, а ожидаемый ежегодный прирост оценивается в 10-15%.

Традиционные органоразбавляемые ЛКМ. Несмотря на то, что в большинстве развитых стран экологически благоприятные ЛКМ составляют почти половину рынка лакокрасочной продукции, доля традиционных лаков и эмалей с большим содержанием растворителя все еще превышает 50%. Ранее сделанные прогнозы относительно резкого (на 20-30%) снижения потребления органоразбавляемых ЛКМ не оправдались – темпы падения спроса на эти материалы не превысили в среднем 3% в год.

Современные лаки и эмали базируются на использовании алкидных, акриловых, полиэфирных, эпоксидных, нитроцеллюлозных, полиуретановых и, главным образом, комбинированных пленкообразователей. Особенно популярны алкидные лаки и эмали – они недороги, легко совмещаются с другими смолами и образуют покрытия с хорошей адгезией к различным подложкам. Благодаря перечисленным достоинствам органоразбавляемые алкиды с содержанием растворителя более 60% все еще составляют значительную часть продукции в развитых странах. В США, например, на долю таких композиций приходится 45% общего объема потребляемых в стране алкидных ЛКМ. Недостатки алкидов, к которым, прежде всего, следует отнести продолжительность сушки при обычной температуре, а также невысокую химическую стойкость и водостойкость, могут быть исправлены путем модификации алкидов – кремнийорганическими, винильными, акриловыми, эпоксидными, полиуретановыми смолами. Таким способом можно получить алкидные лаки и эмали для разных областей применения. Например, силиконалкидные ЛКМ отличаются от чисто алкидных тем, что образуют долговечные покрытия с улучшенной атмосферостойкостью и сроком службы до 10 лет. Модификация алкидов стиролом, винилтолуолом и другими винильными соединениями позволяет повысить твердость, водо-, кислото- и щелочестойкость покрытий и улучшить условия отверждения. Алкидностирольные ЛКМ быстрее сохнут, образуя покрытия, которые не желтеют со временем, поэтому в строительстве их используют для отделки наружных поверхностей.

Значительно лучшими эксплуатационными свойствами по сравнению с алкидами окислительной сушки обладают термоотверждаемые алкидномеламинные и алкиднокарбамидные эмали. Для них характерны высокая адгезия, блеск, устойчивость к бензину, маслам, моющим средствам. Их с успехом используют для создания верхних отделочных покрытий по различным грунтовкам на предприятиях по производству транспортных средств, электроприборов и т. п. Для этих же целей можно применять полиэфир- или акриломеламинные эмали горячей сушки. За рубежом, например, очень популярны выпускаемые в широкой цветовой гамме акриломеламинные эмали, их применяют для создания верхних покрытий кузовов автомобилей. Эти эмали образуют долговечные, глянцевые химически-, водо- и атмосферостойкие покрытия, хорошо противостоящие воздействию УФ-излучения. На акриломеламинные автомобильные эмали приходится значительная часть в общем объеме продукции фирмы “DuPont” (США).

Среди традиционных органоразбавляемых ЛКМ особое место принадлежит полиуретановым лакам и эмалям. Эти наиболее современные ЛКМ были впервые внедрены в промышленность более 30 лет назад, сейчас они стали настолько популярны, что их производством занимается большое число крупных и средних фирм во всем мире. Среди наиболее известных компании – “ICI” (Великобритания), “Bayer” (Германия), “Akzo Nobel” (Нидерланды), “Kemira” (Финляндия), “BASF” (Германия), “DSM” (Нидерланды), “Reichhold” (Германия), “Cray Valley” (Великобритания) и другие. По данным американских специалистов, свыше 60% лакокрасочных фирм США поставляет на рынок те или иные полиуретановые ЛКМ. Наиболее популярны среди органоразбавляемых полиуретановых ЛКМ – двухупаковочные лаки и эмали с жизнеспособностью от 6-8 до 72 часов. Одни из полиуретанов такого рода отверждаются при обычной температуре, другие – требуют введения дополнительных катализаторов. Однако во всех случаях они образуют покрытия исключительно высокого качества, отличающиеся абразиво-, хим-, морозо-, водостойкостью и высокими декоративными свойствами. Благодаря хорошей коррозионной стойкости двухупаковочные полиуретаны широко используются как компонент многослойной окраски строительных конструкций из металлов, эксплуатируемых в атмосферных условиях. В сочетании с эпоксидными или другими антикоррозионными грунтовками полиуретановые лаки и эмали используют для защиты мостов, резервуаров, трубопроводов, а также самолетов, экскаваторов, вагонов, комбайнов и т. п. Уникальной долговечностью (свыше 15 лет) характеризуются покрытия, состоящие из цинкообогащенной полиуретановой грунтовки и полиуретанового лака.

В последние годы двухупаковочные полиуретановые ЛКМ стали активно использовать в автомобилестроении для формирования как промежуточных, так и верхних покрытий. В Северной Америке, например, действует 5 производственных линий по окраске автомобильных кузовов полиуретановыми ЛКМ. С учетом того, что температура сушки этих материалов не превышает 80°С, их очень удобно использовать для одновременной окраски металлических и пластмассовых деталей кузова.

Постоянно растущий сектор потребления двухупаковочных полиуретанов – производство грунтовки и эмалей для ремонта автомобилей. В этой сфере полиуретаны превосходят по популярности алкидные, акриловые и другие материалы. Их доля в общем объеме ЛКМ для авторемонта составляет: в мире – 40%, в Западной Европе – 85%.

Очень широко используются полиуретановые лаки и эмали в деревообрабатывающей промышленности. Эти материалы отличаются исключительно высоким качеством и обладают хорошей адгезией к древесным подложкам. Кроме того, они быстро сохнут и образуют покрытия с превосходным сочетанием водо-, хим-, абразиво-, термо- и морозостойкости.

Приведенные ниже данные не только дают представление о степени популярности полиуретановых ЛКМ, но и характеризуют современный ассортимент лакокрасочной продукции, применяемой мебельной промышленностью развитых европейских стран (%): нитроцеллюлозные лаки – 26; кислотоотверждаемые ЛКМ – 17; ЛКМ на основе ненасыщенных полиэфиров – 10; ЛКМ радиационной сушки – 10; водоразбавляемые ЛКМ – 6; полиуретановые ЛКМ (включая паркетные лаки) – 30.

Несмотря на то, что полиуретановые лаки и эмали удовлетворяют требованиям потребителей в отношении эксплуатационных и декоративных свойств, они имеют ряд недостатков, среди которых главный – несоответствие современным экологическим нормам, принятым в промышленно развитых странах. Этот недостаток, свойственный и всем остальным лакам и эмалям с высоким содержанием растворителей, является основной причиной повсеместного снижения спроса на эти продукты. Поэтому специалисты единодушны в оценке снижения спроса на ЛКМ традиционного типа: в 2000-2005 гг. – на 11%, в следующее пятилетие – на 4% в год. (БИКИ/Химия Украины, СНГ, мира)