Требования к качеству лакокрасочных покрытий

 

В процессе изготовления лакокрасочных материалов для защиты консервной тары и их нанесения на поверхность соответствующих изделий большое внимание уделяется контролю качества этих материалов. Как уже отмечалось выше, к покрытиям для защиты консервной тары предъявляются высокие требования в отноше­нии физико-механических и защитных свойств в сочетании с физиологической безвредностью для обеспечения сохранности консервов в течение длительных сроков их хранения. Поэтому на всех стадиях получения защитных покрытий консервных банок — изготовление компонентов консервных лаков, получение лакокра­сочных материалов, нанесение их на поверхность металла и, наконец, изготовление банок из лакированного металла — необ­ходим жесткий контроль соблюдения технологии и проверки ка­чественных показателей лакокрасочных материалов и покрытий.

При выпуске лакокрасочных материалов, предназначенных для защиты консервной тары, соответствующими нормативными документами (ГОСТы, ТУ) предусмотрено определение следую­щих групп показателей качества:

· физико-химических характеристик лаков (эмалей): внешнего вида, содержания нелетучих веществ, цвета, вязкости, продол­жительности высыхания лаковой пленки, а для эмалей — степени перетира;

· физико-механических характеристик лаковой пленки: проч­ности покрытия при ударе и растяжении, адгезии, прочности пленки при штамповке (крышек к консервной таре, банок или модельных, цилиндрических стаканчиков):

· химической стойкости лакового покрытия: стойкости пленки к кипячению или стерилизации в модельных растворах;

· санитарно-гигиенических показателей: содержания вредных химических веществ (мономеров, солей тяжелых металлов) в модельном растворе после кипячения или стерилизации лакокра­сочного покрытия.

При выпуске лакированного металла (белой жести, алюми­ниевых сплавов, хромированной жести) определяют следующие показатели качества:

· толщину лаковой пленки;

· внешний вид высушенного покрытия;

· сплошность покрытия;

· химическую стойкость лакового покрытия;

· прочность покрытия при растяжении;

· прочность покрытия при ударе;

· прочность покрытия при штамповке крышек (типа 1-82) и банок.

При выпуске консервной тары и крышек различных видов определяют внешний вид пленки. Покрытие должно быть равно­мерным, сплошным, гладким, без трещин и пузырей и иметь цвет, характерный для применяемого лака или эмали.

На внутренней поверхности лакированных банок и крышек в соответствии с ГОСТ 15580—76 и 13345—78 допускаются неко­торые дефекты на поверхности жести при условии полного их перекрытия лаком или эмалью: потемнение и легкая потертость покрытия по продольному шву, небольшая разнотонность покры­тия на банках, лакированных методом распыления.

На внутренней поверхности лакированных банок и крышек не допускаются:

· сквозные царапины покрытия до слоя металла (олова, алю­миния или хрома);

· «перегар» лаковой пленки, возникающий в процессе пайки продольного шва;

· отслоение лаковой пленки, пятна, пузыри и не полностью лакированные участки.

Внутреннее лаковое или эмалевое покрытие банок и крышек должно быть стойким при стерилизации в модельных средах и не должно придавать постороннего запаха и привкуса дистиллиро­ванной воде. Модельные среды после стерилизации должны оста­ваться светлыми, прозрачными, без мути и осадка. После стери­лизации на лаковом покрытии не должно быть видимых изменений по сравнению с контрольными образцами, не подвергавшимися стерилизации. Внутреннее лаковое покрытие алюминиевых банок и крышек для некоторых плодоовощных консервов не должно иметь пор при испытании в растворе медного купороса. Литогра­фированная поверхность банок и крышек должна иметь четкий отпечаток воспроизводимого оригинала с точной передачей цве­тов по утвержденным образцам.

Лаковое покрытие наружной поверхности должно быть равно­мерным, сплошным, гладким, без подтеков, пятен и пузырей. Лаковое литографированное покрытие наружной поверхности банок должно быть устойчиво к стерилизации в воде.

Внешний вид лаков (эмалей). По внешнему виду лаки для защиты консервной тары представляют собой однородные прозрачные жидкости от светло-желтого до красно-коричневого цвета. В лаках отдельных марок допускается наличие незначи­тельной опалесценции. Цвет лаков определяется главным образом) содержанием в них фенолоформальдегидного олигомера, имеюще­го красно-коричневую окраску. Поэтому, например, лак ФЛ-559, который характеризуется наиболее высоким содержанием феноло­формальдегидного компонента, имеет и наиболее темную окраску.

Внешний вид определяют визуально в стеклянной пробирке в проходящем свете, а цветность оценивают по иодометрической шкале. В некоторых случаях контролируют также чистоту раствора лака наливом на стеклянную пластинку. У эмалей, содержащих диоксид титана, оценивают степень перетира на приборе «Клин» (ГОСТ 6589—74), которая обычно не должна превышать 20 мкм. При изготовлении эмалей с алюминиевой пастой степень дисперености зависит от фракционного состава пигмента, и в этом случая степень перетира не определяется.

Органозольные лаки на основе поливинилхлорида и сополиме­ров винилхлорида представляют собой мутные непрозрачные жидкости, и перед нанесением их следует тщательно перемешивать.

Вязкость и содержание нелетучих веществ.От этих двух показателей зависит толщина получаемой пленки, определяющем основные характеристики покрытия консервной тары. Условную вязкость согласно ГОСТ 8420—74 определяют по вискозиметру с диаметром сопла 4 мм (ВЗ-4) при 20 °С. Большинство выпу­скаемых лаков для защиты консервной тары при поставке имеют вязкость в пределах 90—180 с. При разбавлении соответствую­щим разбавителем (Р-30, ксилолом и др.) получают лаки с так называемой рабочей вязкостью, необходимой для нанесения по­крытий требуемой толщины.

Содержание нелетучих веществ согласно ГОСТ 17537—72 определяют в термостате или под инфракрасной лампой при 120, 130 или 140°С (в зависимости от марки лака), доводя навеску до постоянной массы. Предпочтительнее пользоваться инфра­красной лампой, поскольку при этом сокращается продолжитель­ность определения.

Продолжительность высыхания, внешний вид и толщина пленки лака (эмали).Для проверки свойств лаковых (эмалевых) покрытий консервной тары материалы наносят на пластинки из соответствующего металла или сплава (черной, белой или хроми­рованной жести, алюминиевого сплава). Предварительно лак раз­бавляют соответствующим разбавителем для получения покры­тия требуемой толщины. В лабораторных условиях лак наносят окунанием, наливом или валковым способом с применением; аппликаторов или лабораторной валковой машины. Эмаль обычно наносят валковым способом или распылением. Покрытия сушат сушильном шкафу в соответствии с требованиями, предъявляемыми к промышленным линиям сушки, и в зависимости от вида покрытия.

Техническими условиями на консервные лаки некоторых марок предусматривается определение продолжительности высы­хания лаковой пленки до степени 3 (по ГОСТ 13007—73) при заданной температуре. При этом контролируется внешний вид лаковой пленки: она должна быть ровной, глянцевой, золотистого цвета (для феноломасляных и эпоксифенольных лаков), без по­сторонних включений. Золотистый цвет пленке придают содер­жащиеся в составе лаков фенолоформальдегидные олигомеры. При использовании в рецептурах лаков других олигомеров, например комбинации эпоксидного, меламиноформальдегидного и полиэфирного олигомеров (лак ЭП-5190), лаковая пленка после высыхания остается бесцветной.

Весьма важным показателем является толщина лакового (эмалевого) покрытия. Толщину обычно определяют весовым методом по разности масс лакированного образца и того же об­разца после снятия пленки лака, или по разности масс образца до лакирования и после нанесения и сушки покрытия.

Массу сухой пленки т_с (г/м²) вычисляют по формуле

т_с= (m₁ — m₂)/S,

где т₁ — масса образца с покрытием, г; т₂— масса образца без покры­тия, г; S — площадь пленки покрытия, м².

Иногда толщину покрытия выражают в микрометрах (мкм). В этом случае в расчетах учитывается и плотность пленки, при­нимаемая для феноломасляных лаков, равной 1,0, для эпоксифе­нольных лаков— 1,2, для эмалей, пигментированных алюминие­вой пастой — 1,2 и для эмалей с диоксидом титана — 1,4 г/см³.

Пленка феноломасляных лаков снимается с белой жести растворителями — дихлорэтаном, хлороформом, бутилацетатом и др. Пленка эпоксифенольных лаков, нанесенная на черную, хромированную и белую жесть, снимается погружением окра­шенных пластин в горячий 10%-ный раствор щелочи с добавкой этилцеллозольва. При использовании белой жести продолжи­тельность погружения не должна превышать нескольких секунд во избежание частичного растворения олова в растворе. Пленки эпоксифенольных лаков, нанесенные на алюминий и его сплавы, снимаются нанесением на лакированную поверхность концентри­рованной серной кислоты (в виде капель). После потемнения и отделения лакового слоя (через 1—3 мин) образец следует вынуть из раствора, тщательно промыть и высушить.

Прочность при ударе и растяжении.Прочность пленки при ударе определяется согласно ГОСТ 4765—73 на приборе У-1 или У-1А. Лакированная жесть или алюминий, из которых изго­тавливают консервные банки, должна иметь прочность к ударному воздействию не ниже 50 см. Прочность покрытий при растяжении определяется на прессе «Эриксен» или прессе типа МТЛ ЮГ (глубина лунки должна быть не менее 6,1 мм). Большинство покрытий выдерживает вытягивание до разрыва металла.

Адгезионная прочность покрытий.Лакированная жесть или алюминий в процессе их переработки в готовую тару и последую­щей эксплуатации подвергаются различным механическим воз­действиям. Устойчивость покрытий к механическим воздействиям, а также коррозионная стойкость покрытий в значительной степе­ни определяются прочностью их сцепления с подложкой — адге­зионной прочностью. Для испытания адгезионной прочности по­крытий консервной тары применяют методы решетчатых и парал­лельных надрезов, а также метод решетчатых надрезов с обратным ударом.

При применении метода решетчатых надрезов на лаковое покрытие скальпелем или бритвенным лезвием наносят не менее пяти взаимно перпендикулярных надрезов таким образом, чтобы образовалась сетка 1X1 мм. После нанесения надрезов поверх­ность очищают кистью и оценивают адгезию по специальной пятибалльной шкале. Метод решетчатых надрезов с обратным ударом является модификацией указанного выше метода. После нанесения решетчатых надрезов образец помещают лакирован­ной поверхностью на наковальню прибора У-I или У-IA таким образом, чтобы участок с надрезами находился под бойком, затем производят ударное воздействие и оценивают адгезию.

При использовании метода параллельных надрезов лаковое покрытие прорезают не менее чем пятью параллельными надре­зами на расстоянии 1 мм друг от друга. Поверхность покрытия очищают кистью, затем перпендикулярно надрезам накладывают полоску липкой ленты, быстрым движением отрывают ленту от покрытия и оценивают адгезию по пятибалльной шкале.

Стойкость покрытия к штамповке.Процесс изготовления консервной тары включает операцию штамповки крышек и банок при изготовлении штампованных банок и операцию штамповки концов банок при изготовлении сборной тары. Методом штампов­ки изготавливаются также крышки к стеклянной таре. Вследст­вие этого стойкость лакированного металла к штамповке явля­ется одной из важнейших характеристик физико-механических свойств покрытия.

Проверка стойкости к штамповке пленок лаков, предназна­ченных для защиты сборной консервной тары из белой и хромированной жести (например, ФЛ-559, ЭП-527Х), произво­дится путем изготовления из образцов лакированного металла крышек типа 1-82 к стеклянной таре. Стойкость пленок лаков, предназначенных для защиты штампованной консервной тары из белой жести или алюминия (например, ЭП-5118) определяется путем изготовления стаканчиков цилиндрической формы с требуемым коэффициентом вытяжки. Для штамповки стаканчиков используют прессы фирмы «Эриксен». Для испытания используют образцы другой конфигурации, мо­делирующей форму выпускаемой промышленностью консервной тары: стаканчики прямоугольной формы, банки овальной формы типа «Клаб» и др. Иногда проверку стойкости покрытий к штам­повке производят, изготавливая наиболее массовые типы кон­сервных банок, например банки № 8 или № 17 (по ГОСТ 5981—71).

При тщательной наладке пресса и правильном выборе типа смазки и ее дозировки на лаковой пленке не должно быть сдиров, потертости и других механических повреждений. После удаления смазки с поверхности лакового покрытия стаканчики или банки осматривают визуально. В том случае, когда лаковое покрытие после испытания остается без изменений, лакированный металл удовлетворяет требованиям по стойкости к штамповке.

Пористость лаковых покрытийявляется одной из важных характеристик качества лакокрасочных покрытий, поскольку от нее в значительной степени зависят их защитные свойства.

В тонких лаковых покрытиях могут быть мелкие поры, число и размер которых зависят в основном от природы пленкообразователя и условий формирования покрытий.

Разработано большое число химических и электрохимических методов оценки пористости лакокрасочных покрытий, из которых для определения пористости покрытий консервной тары могут быть рекомендованы два.

Первый метод основан на образовании в сквозных порах окрашенных осадков меди — продуктов взаимодействия ионов меди из раствора сульфата меди, подкисленного соляной кислотой. Этот метод преимущественно применяется для контроля пористо­сти в заводских условиях. Второй метод (метод Дуффека) за­ключается в образовании в сквозных порах покрытия осадков красителей красного или красно-фиолетового цветов, являющихся продуктами взаимодействия ализарина с ионами различных ме­таллов. Затем электрофорезом отделяются окрашенные частицы, и становятся видимыми мельчайшие поры и царапины, разрывы лаковой пленки, а также повреждения при штамповке.

Оба метода пригодны как для оценки пористости лаковых покрытий на образцах, так и для испытаний лакированной ме­таллической консервной тары.

Химическая стойкость лаковых покрытийопределяется кипя­чением лакированных пластинок или консервных банок в модель­ных растворах в течение 2 и 4 ч и стерилизацией их в модельных растворах при 121 °С в течение 1 ч. В качестве модельных растворов используют водопроводную и дистиллированную воду, 3%-ный раствор хлорида натрия, 2%-ный раствор виннокаменной кислоты и 3%-ный раствор уксусной кислоты. Для белковостойких эмалей определяют стойкость покрытий к стерилизации в водо­проводной и дистиллированной воде, 3%-ном растворе NaCl и в «белковой жидкости» следующего состава: 95% дистилли­рованной воды, 3% желатина, 1% NaCl, 0,5% молочной кислоты и 0,1% сульфида натрия.

Кроме названных модельных растворов, используют и другие, имитирующие воздействие различных пищевых продуктов, напри­мер 3%-ный раствор молочной кислоты, 2%-ный раствор лимон­ной кислоты, 20%-ный раствор сахара с добавкой 1 г лимонной кислоты на Ь'О мл раствора, смесь 0,5%-ной уксусной кислоты и 2%-ного раствора NaCl и т. д.

При испытании на химическую стойкость путем стерилизации в модельных растворах используют образцы покрытий, нанесен­ные на пластинки, крышки или стаканчики из белой, хромирован­ной жести или алюминия, а также образцы, вырезанные из пере­численных лакированных металлов при их получении на металлур­гических заводах или предприятиях по изготовлению тары. Испы­танию может подвергаться и готовая лакированная тара. После испытания внешний вид покрытий должен оставаться без измене­ния. Допускаются незначительное посветление и уменьшение блеска покрытия.