• kötőanyagok
• pigmentek

Festék kötőanyagok és csoportosításuk száradás alapján

A kötőanyag feladata

A festék kötőanyaga a felületre folyékony állapotban vékony rétegben felkenve megszilárdul és a felülethez tapadó, nehezen eltávolítható, vékony, szilárd réteget azaz filmet vagy bevonatot képez. Vannak folyékony kötőanyagok (pl. a lakklenolaj), amelyek oldószerek, hígítószerek hozzáadás nélkül is felhordhatok (pl. ecsettel) a fe­lületre, és vannak sűrűn folyó vagy szilárd kötőanyagok, amelyeket a felhordhatóság érdekében oldószerek, hígítószerek hozzáadásával folyékonyabbá kell tenni.

Kötőanyagoldat

Ez esetben kötőanyagoldatokról beszélünk. A sűrűn folyó vagy szilárd kötőanyagokat egy másik „trükkel” is folyékonnyá tehetjük: parányi részecskékre szétoszlatjuk azokat egy olyan folyadékban (rendszerint vízben), amelyben egyébként nem oldódnak. Ha sűrűn folyó kötőanyagot oszlatunk szét vízben, akkor vizes emulziónak vagy latexnek, ha szilárd kötőanyagot oszlatunk szét vízben, akkor vizes szuszpenziónak, általánosan pedig mindkettőt vizes diszperziónak nevezzük.

Kötőanyagok tulajdonságai

A kötőanyagoldatok a mézhez hason­lóan átlátszóak, ezzel szemben a diszperziók a tejhez hasonlóan fehér színű folyadé­kok. A színtelen lakkok csak kötőanyagból (ill. annak oldatából vagy diszperziójából) és adalékokból állnak, így a színtelen lakkokban a kötőanyag feladata a filmképzés, és a filmbevonat alaphoz való kötődésének, tapadásának biztosítása. Ezzel szemben a pigmentált festékek kötőanyagának az is a feladata, hogy a pigmenteket és töltő­anyagokat egymással összetartsa és az alapfelülethez kösse.

Minél nagyobb a kötőanyag térfogata a pigment (pigment + kötőanyag) térfogatá­hoz képest, annál jobban össze tudja azt tartani. Túlpigmentálás esetén a pigmentek (pigment + töltőanyag) térfogatához képest a kötőanyag térfogata olyan csekély, hogy azokat nem képes vagy csak részben képes összetartani.

1. ábra: Normál pigmentálás és túlpigmentálás
Normál pigmentálás (balra): A pigment jól beágyazódik a kötőanyagba, sima bevonat.
Túlpigmentálás (jobbra): A pigment beágyazódása nem megfelelő, a bevonat pórusos, érdes, porladásra hajlamos.

A pigment-térfogatkoncentráció (PTK) azt adja meg, hogy a teljes térfogat hány százalékát alkotja a pigment, pl. PTK 45 azt jelenti: 45 % pigment, 55 % kötőanyag.

A kötőanyag minősége és mennyisége nagymértékben meghatározza a festék leg­fontosabb tulajdonságait, a különféle alapfelületekhez való tapadást, a fényességet, a keménységet, a rugalmasságot és a tartósságot különféle igénybevétel esetén. Univer­zálisan alkalmazható festék kötőanyagok nincsenek. A kötőanyagot az alapfelület, a bevonat igénybevétele és egyéb elvárások (gazdaságosság, környezetvédelem stb.) alapján kell kiválasztani.

A színes festékek a következő alkotórészekből állnak:

• kötőanyagok, amelyek a száradási folyamatban filmet képeznek
• oldószer (amelyben a kötőanyagot oldjuk) vagy diszperziós folyadék (amelyben a kötőanyagot eloszlatjuk)
• pigmentporok, amelyek bizonyos tulajdonságokat javítanak
• adalékanyagok, amelyek csekély mennyiségben is nagy hatással vannak bi­zonyos festéktulajdonságokra.

Ezen alkotórészek közül a kötőanyag sohasem hiányozhat, mert nélküle nem ka­punk festékbevonatot.

A kötőanyagok csoportosítása száradásuk alapján

A kötőanyagok filmképzési, száradási folyamata lehet fizikai folyamat, amely so­rán a kötőanyag kémiailag nem változik. Néhány esetben a fizikai folyamatot a kötő­anyag kémiai átalakulása is kísérheti.

A száradási folyamatok

Fizikai száradás

A fizikai száradás azt jelenti, hogy a vékony rétegben felhordott folyékony festék az oldószer vagy a diszperziós folyadék elpárolgása miatt szilárd bevonattá alakul. Ek­kor csak fizikai folyamatok játszódnak le. Például az illékony komponensek párolgás útján folyékony halmazállapotból légnemű halmazállapotúvá válnak.

Makromolekulás oldatok fizikai száradása

A nagy molekulájú természetes (állati és növényi enyvek, fenyőgyanta, keményítő, cellulózszármazékok) és műanyagok (vinilkopolimerek, klórkaucsuk, akrilátgyanták (legmagasabb akrilbázisú bevonatok a hőszigetelő festékek), ketongyanták, maleinátgyanták) vizes vagy szerves oldószeres oldatai gyakran alkal­mazott bevonatképzők. A száradás csupán az oldószer elpárolgását jelentő gyors fo­lyamat, miközben a makromolekulás kötőanyag oldott, folyékony állapotból szilárd halmazállapotúvá válnak.

A folyamat hidegen oldódó kötőanyagok esetében teljesen, a melegen oldódó kötőanyag esetében részben megfordítható, a szilárd festékbevona­tot az eredeti oldószerrel/hígítóval újból fel lehet oldani, a bevonat oldószeres áztatással és dörzsöléssel eltávolítható.

2. ábra: Makromolekulás oldatok fizikai száradása

Vizes diszperziós kötőanyagok száradása

A vizes diszperziós kötőanyagok esetében a nagy molekulájú kötőanyag nem oldó­dik a vízben, hanem abban sokmolekulás, golyó alakú cseppek formájában szét van oszlatva. A finom eloszlású kötőanyagot segédanyagok stabilizálják, tartják lebegés­ben. A száradás során a víz elpárolgásával a műanyagrészecskék egyre közelebb ke­rülve egymáshoz összetapadnak, majd többé-kevésbé folytonos bevonattá összefoly­nak („hidegfolyás”) és összehegednek.

A fizikai száradás a vizes diszperziós kötőanyagok esetén nem csupán a víz gyors elpárolgásából, hanem egy azt követő lassúbb, a műanyagrészecskék összefolyását és összehegedését eredményező folyamatból is áll. Az ehhez szükséges hőmérsékletet minimális filmképzési hőmérsékletnek nevezzük.

Ennek az alsó alkalmazási hőmér­sékletnek a betartása a nagyobb igénybevételnek kitett vizes diszperziós bevonatok (homlokzat- és lábazatfesték, palafesték, parkettalakk, alapozó-, átvonó- és lazúrfestékek fára) esetén különösen fontos, mert tökéletlen filmképzés esetén leromlanak a bevonati tulajdonságok. Az oldatból történő száradással ellentétben a diszperzióból történő száradásnál a folyamat nem fordítható vissza, a bevonatot a víz nem oldja.

3. ábra: Vizes diszperziós kötőanyagok száradása

Fizikai – kémiai száradás

A fizikai-kémiai száradásnál a fizikai folyamatok mellett kémiai folyamatok is le­játszódnak, a kötőanyagok kémiai reakcióba lépnek a levegő oxigénjével, szén-dioxid­jával, nedvességével, a vízzel vagy több kötőanyagos rendszereknél egymással. A fo­lyamat nem fordítható vissza.

Ásványi/szervetlen kötőanyagok

Az oltott mész (kalcium-hidroxid) a levegő szén-dioxidjával kalcium-karbonáttá, azaz mészkővé alakul, megkövesedik. A kálivízüveg részben a falfelület anyagával, részben a levegő szén-dioxidjával lép reakcióba, kovásodik. A cement és a gipsz nem hidraulikus kötőanyagok víz hatására keményednek ki. Az ásványi kötőanyagok nem képeznek folytonos filmet, bevonatuk lyukacsos, pórusos.

Száradó és félig száradó növényi olajok

A lakklenolaj, a standolajat, a száradó és a félig száradó növényi olajokat (szója­olaj, dehidratált ricinusolaj, napraforgóolaj, tallolaj) tartalmazó alkid műgyanták oxidatív úton, oxigén felvételével polimerizálódnak, azaz a molekulák összekapcsoló­dásával nagymolekulák jönnek létre. A kémiai folyamatot fémtartalmú szárítók az ún. szikkatívok katalizátorként gyorsítják, a több napos száradási folyamatot kb. 1 napra lerövidítik. Túl nagy rétegvastagság esetén az oxigén a mélyebb rétegekig nem jut le, a bevonat puha marad, nem szárad át.

Reaktív kötőanyagok

Vannak kétkomponensű festékek, amelyeknél a két komponens összekeverése után, a két komponens kémiai reakciójával jön létre a nagymolekulás kötőanyag. Az összekevert festéket a felhasználhatósági (edény időn) időn belül fel kell hordani, mert a gélesedés a dobozban is végbemegy, és a festék „bedöglik”, azaz felhasználhatatlanná válik.

A beégetős festékek két olyan kötőanyagot vagy egy kötőanyagot tartalmaznak két olyan, ún. funkciós csoporttal, amelyek szobahőmérsékleten nem reagálnak egy­mással, viszont 100 °C fölötti beégetés hatására végbemegy a kikeményedést eredmé­nyező kémiai reakció. Ezeket a festékeket először felhordják és szikkasztják (az oldó­szerek elpárolognak), majd kemencében beégetik. Háztartási gépek, autókarosszé­riák, fémtömegcikkek festésére alkalmas rendszerek.

Fontosabb kötőanyagcsoportok

A festőszakma szempontjából az alábbi kötőanyagcsoportok a legfontosabbak: