CC BY
57
УДК 543.08
Оттова ПО., Павлов А.В., Зеленская А.Д., Федякова Н.В.
АНТИСТАТИЧЕСКОЕ ИНДУСТРИАЛЬНОЕ ЛАКОКРАСОЧНОЕ ПОКРЫТИЕ
Оттова Полина Олеговна, студент 4-го года обучения кафедры химической технологии полимерных композиционных лакокрасочных материалов и покрытий;
Павлов Александр Валерьевич, ассистент кафедры химической технологии полимерных композиционных лакокрасочных материалов и покрытий, e-mail: alexanderpavlov2013@mail.ru;
Зеленская Александра Дмитриевна, техник I категории кафедры химической технологии полимерных
композиционных лакокрасочных материалов и покрытий, магистрант 1-го года обучения;
Федякова Наталия Владимировна, к.т.н., ассистент кафедры химической технологии полимерных
композиционных лакокрасочных материалов и покрытий;
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева;
Россия, 125047, Москва, Миусская пл., д. 9.
В работе изучается возможность применения углеродных нанотрубок для модификации серийно выпускаемой эпоксидной эмали с целью получения антистатических эпоксидных наливных полов светлого оттенка. В качестве отвердителя применялся ДТБ-2. Для достижения поставленной цели использовали как однослойные углеродные нанотрубки, так и многослойные углеродные нанотрубки.
Ключевые слова: лакокрасочные покрытия, наливные полы, эпоксидные лакокрасочные материалы.
ANTISTATIC INDUSTRIAL PAINT COATING
Ottova P.O., Pavlov A.V., Zelenskaya A.D., Fedyakova N.V.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
In this paper, the possibility of using carbon nanotubes for modifying commercially available epoxy enamel with the aim of obtaining antistatic epoxy self-leveling floors of a light shade is being studied. DTB-2 was used as a hardener. To achieve this goal, both single-walled carbon nanotubes and multi-walled carbon nanotubes were used.
Keywords: paint coatings, self-leveling floors, epoxy paints and varnishes.
В настоящее время во всех отраслях промышленности возрастает доля лакокрасочных покрытий со специальными свойствами. Такие покрытия часто называют функциональными, так как они предназначены для решения конкретных, узконаправленных задач [1].
Значительный интерес представляют
лакокрасочные покрытия (ЛКП) с повышенной электрической проводимостью, называемые антистатическими [2]. Их использование позволяет бороться со статическим электричеством. Назначение антистатических покрытий -обеспечение прохождения электрического тока и устранение с поверхности возникающих статических электрических зарядов [3,4].
Для обеспечения комфортных условий для человека с точки зрения антистатики и защиты электронного оборудования от электрических разрядов с напряжением более 5 кВ полы в помещениях жилых и общественных зданий должны выполняться с покрытием из полимерных антистатических материалов с удельным поверхностным электрическим сопротивлением в пределах Ь106-Ь109 Ом. Для отвода с поверхности покрытия пола статического электричества под электрорассеивающим покрытием пола должен быть размещен электроотводящий контур,
присоединенный к системе заземления здания [5].
Антистатические наливные полы используются на пожаро- и взрывоопасных производствах (в
мукомольных цехах); в помещениях медицинских центров, в операционных, наркозных, реанимационных залах, в кабинетах лучевой диагностики и физиотерапии, где важна стабильная работа электронного оборудования, а также в палатах интенсивной терапии и послеоперационных, где устранение статических зарядов исключает негативное психоэмоциональное воздействие электрических полей на пациентов [СП 158.13330.2014 Свод правил. Здания и помещения медицинских организаций. Правила
проектирования], в производственных и складских помещениях с большим количеством электрооборудования и чувствительных приборов; в электронной промышленности. Развитие
современных отраслей промышленности (например, радиоэлектроники), а также повсеместное использование компьютерной техники выдвигает повышенные требования к таким характеристикам полов, как беспыльность, безыскровость, электропроводность [2]. Причем цвет напольных покрытий должен быть максимально светлым в отличие от других типов антистатических ЛКП, применяемых для окрашивания внутренних или невидовых поверхностей трубопроводов,
резервуаров и различного оборудования. Разработка лакокрасочных материалов (ЛКМ) светлых оттенков для получения ЛКП с антистатическими свойствами является актуальной задачей лакокрасочной отрасли
Российской Федерации, а материалы такого типа востребованными на современном рынке.
Наибольшее распространение получили полимерные напольные покрытия на основе полиуретановых, эпоксидных, эпоксидно-полиуретановых композиций и метилметакрилатов, применяемые для различных групп нагруженности полов: сильно нагруженных, средненагруженных и защитно-декоративных [2]. Каждый из перечисленных типов пленкообразующих систем имеет уникальный комплекс свойств, который обеспечивает заданный функционал покрытия [5].
Многочисленные научно-практические
исследования в области антистатических покрытий подтверждают целесообразность использования эпоксидных, уретановых или эпоксидно-уретановых систем, поскольку в области низких температур покрытия на основе полярных полимеров имеют высокую электрическую проводимость [3]. Кроме того, эксплуатация напольного покрытия в условиях высоких фрикционных нагрузок (зоны с высокой проходимостью людей, движение автотранспорта) предполагает использование эпоксидных систем, которые гарантируют повышенную прочность покрытия и его стойкость к истиранию. Применение уретановых композиций целесообразно для создания средне- и высоконагруженных полов с высокими показателями стойкости к ударным нагрузкам [5].
По толщине и степени наполнения полимерные покрытия делятся на тонкослойные и высоконаполненные составы. Высоконаполненные покрытия обладают высокой стойкостью к ударным нагрузкам и сопротивлению к абразивному истиранию. Толщина слоя таких покрытий составляет более 2 мм. Тонкослойные покрытия прекрасно подходят не только для предотвращения пыления и защиты от воздействия агрессивных сред, но и для придания полу декоративности. Толщина полимерного пола: при легкой нагрузке — до 1 мм; при средней нагрузке — от 1,5 до 2 мм; при тяжелой нагрузке — от 3 до 4 мм; при очень тяжелой нагрузке — более 6 мм [2].
Наибольший интерес представляют варианты включения в состав пигментов и электропроводных добавок. Также при выборе пигментов необходимо учитывать их диэлектрические показатели. Например, популярный пигмент - двуокись титана обладает сравнительно большим значением диэлектрической проницаемости е = 130 [1]. Оптимальными характеристиками обладают композиции с преобладающим содержанием антистатических добавок, которые при введении антикоррозионных пигментов способствуют улучшению защитных свойств ЛКП [6].
Эпоксидные смолы широко используются в промышленных масштабах из-за их способности образовывать прочную пространственную структуру, которая к тому же способна выполнять функцию матрицы для дополнительного армирования композиционных материалов различными наполнителями. Это позволяет использовать эпоксидные олигомеры в
функциональных покрытиях [7]. Эпоксидные смолы обладают устойчивыми реологическими и адгезионными свойствами, стойкостью к перепаду температур и воздействию агрессивных сред [8]. Эпоксидные смолы широко используются для матриц, армированных волокном композиционных материалов за счет своих уникальных свойств, таких как относительно низкая стоимость, способность отверждаться с помощью большого количества разнообразных сшивающих агентов как при комнатной, так и при повышенных температурах; возможность образовывать материалы с относительно высокими прочностными
характеристиками; возможность применения разнообразных улучшающих добавок или модификаторов, позволяющих из базовых рецептур получать композиции практически любого желаемого уровня технологических и эксплуатационных свойств [9].
Углеродные нанотрубки (УНТ) представляют собой цилиндрические структуры с диаметром от одного до нескольких десятков нанометров и длиной до нескольких микрон [10]. Они состоят из гексагональных графеновых плоскостей, свернутых в трубки и обычно закрытых полусферической головкой.
Необходимо подчеркнуть, что в зарубежных исследованиях все большее внимание уделяется использованию в качестве аддитивов УНТ для ЛКП с повышенной электропроводностью [11].
Целью данной работы является получение антистатических эпоксидных наливных полов светлого оттенка с помощью модификации эпоксидной эмали серийно выпускаемой марки (суспензия пигментов и наполнителей в эпоксидно-диановых смолах), отвердителем которой выступает аминоакриловый отвердитель эпоксидных олигомеров ДТБ-2, который представляет собой аддукт нуклеофильного замещения
бутилметакрилата с диэтилентриамином.
Антистатическими добавками являлись
многослойные (МУНТ) и однослойные (ОУНТ) нанотрубки. Первоочередной задачей данной работы было определить параметр удельного объемного электрического сопротивления (ру) полученных материалов на основе антистатических добавок и наполнителей, а также определить диапазон концентраций, при которых параметр ру удовлетворяет заявленным требованиям к антистатическим материалам. Для этого в основу эпоксидной эмали вводили ОУНТ и МУНТ в различных концентрациях, затем прибавляли отвердитель в количестве 10 массовых частей от основы эмали. Необходимо отметить, что ОУНТ нестабильны при введении в композицию даже после выполнения необходимого условия модификации их поверхности предварительным диспергированием в ацетоне, что осложняет применение ОУНТ в антистатических материалах. ОУНТ не распределялись равномерно в композиции, коагулировали, образуя крупные агломераты в материале, что вело за собой образование покрытий
с дефектами, что неизменно ведет к снижению эксплуатационных свойств покрытий. Причем чем больше процент введения ОУНТ, тем дефекты ярче выражены. Дальнейшее получение антистатических эпоксидных полов с помощью ОУНТ было нецелесообразно.
Вследствие этого была предпринята попытка использовать многослойные углеродные
нанотрубки, которые отличаются большей
стабильностью и простотой введения в материал. Достаточная проводимость покрытий на основе МУНТ достигается только при концентрациях, достигающих 0,1 масс. % и более в композиции. Ниже представлен график зависимости антистатических и цветовых характеристик покрытий от массового содержания МУНТ в композиции.
tu О
и о
tu g
i4
tU П m tu о a S
tu
KÛ
Ю
о
tu
о a
S £
S |
О ÇC
" «
О 3
Щ и
s о
К tu
tu ïj<
g i cl
о a &&
u §
6.5
Зависимость антистатических и цветовых характеристик покрытий от массового содержания МУНТ в композиции
255
250
245 д 8
240 g
J,6-1012
\ i?21010
231 ^^^^^^^^ 9,23 ■10s
220
5,56-lC
235 230 225 220 215
0,01 0,02 0.03 0.04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 Массовое содержание МУНТ в составе, масс. %
0,1
я
й m а
2 н я
а а
гз л о о И
205
'203 200
Удельное объемное сопротивление
RGB
Рис. 1. График зависимости антистатических и цветовых характеристик покрытий от массового содержания МУНТ в
композиции
В связи с этим применение МУНТ в качестве антистатической добавки нецелесообразно из-за высоких показателей объемного сопротивления покрытий на их основе и неоправданно высокой стоимости получаемого материала с учетом их концентрации в эпоксидной основе.
Список литературы
1. Яковлев А. Д., Яковлев С. А. Лакокрасочные покрытия функционального назначения. - СПб.: Химиздат, 2016. - 272 с.
2.Зарубина Л. П. Устройство полов. Материалы и технологии. - СПб.: БХВ-Петербург, 2011. - 320 с. 3. Гуль В.Е., Шенфиль Л. З. Электропроводящие полимерные композиции. - М., Химия, 1984. - 240 с. 4.Зеленская А. Д. Антистатическая бензостойкая самогрунтующаяся эпоксидная эмаль для нефтеперерабатывающей промышленности
//Материалы IX научной конференции молодых ученых "Инновации в химии: достижения и перспективы - 2018". —Издательство Перо, Москва, 2018. С.502.
5. СНиП 2.03.13-88 Строительные нормы и правила. Полы. - М.: Госстрой России, ГУП ЦПП, 2001. 19 с.
6. Волкова Л. И., Патрикеева М. К., Ламбрев В. Г. Электропроводящие эмали для формирования защитных антикоррозионных покрытий (патент №2368632, C09D5/24, 2009).
7. Effect of epoxy resin properties on the mechanical properties of carbon fiber/epoxy resin composites//H. He et al. 2013. Р. 899 - 902.
8. The effects of zinc aluminum phosphate (ZPA) and zinc aluminum polyphosphate (ZAPP) mixtures on corrosion inhibition performance of epoxy/polyamide coating //S. Mousavifard et.al. Journal of Industrial and Engineering Chemistry. 2013. V. 19. № 3. P. 10311039.
9. Jin F.L., Li X., Park S.J. Synthesis and application of epoxy resins: A review //Journal of Industrial and Engineering Chemistry. 2015. V. 29. P. 1-11.
10. Ma P. C., Siddiqui N. A., Marom G., & Kim J. K. Dispersion and functionalization of carbon nanotubes for polymer-based nanocomposites: a review// Composites. Part A: Applied Science and Manufacturing. - 2010. P.1345-1367.
11. Guldi Dirk M., Prof. Dr. Nazario Martin Carbon Nanotubes and Related Structures: Synthesis, Characterization, Functionalization, and Applications //WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. - 2010. 562 p.
