CC BY
42
УДК 667.6
Апанович Н.А., Максимова Е.Ю., Шерстнева Н.Е., Алексеенко А.В., Павлов А.В.
ДОБАВКА-МОДИФИКАТОР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АНТИКОРРОЗИОННЫХ ЛАКОКРАСОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ БАРЬЕРНОГО ТИПА
Апанович Николай Алексеевич, к.х.н., доцент, главный специалист кафедры химической технологии полимерных композиционных лакокрасочных материалов и покрытий;
Максимова Елена Юрьевна, заведующая лабораторией кафедры химической технологии полимерных композиционных лакокрасочных материалов и покрытий, e-mail: maksimovalkm@yandex.ru; Шерстнева Наталья Евгеньевна, ассистент кафедры химической технологии полимерных композиционных лакокрасочных материалов и покрытий;
Алексеенко Антон Владимирович, инженер 1 категории кафедры химической технологии полимерных композиционных лакокрасочных материалов и покрытий
Павлов Александр Валерьевич, техник 1 категории кафедры химической технологии полимерных композиционных лакокрасочных материалов и покрытий
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, Миусская пл., д. 9
В работе приведена методика синтеза добавки-модификатора (отвердителя) для антикоррозионных лакокрасочных материалов барьерного типа. Определены оптимальные параметры синтеза добавки-модификатора.
Ключевые слова: добавка-модификатор, защита от коррозии, отвердители эпоксидных смол
ADDITIVE-MODIFIER FOR OBTAINING ANTICORROSIVE PAINT AND VARNISH MATERIALS OF BARRIER TYPE
Apanovich N.A., Maksimova E.Yu., Sherstneva N.E., Alekseenko A.V., Pavlov A.V. D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
A method for the synthesis of a additive-modifier (hardener) for anticorrosive barrier-type paints has been performed. The optimal parameters for the synthesis of the additive-modifier are determined.
Keywords: additive-modifier, corrosion protection, epoxy resin hardeners
Защита от коррозии - основное условие увеличения срока службы металлических конструкций. Из применяемых на практике методов защиты от атмосферной коррозии наиболее распространено и достаточно эффективно нанесение защитных лакокрасочных материалов.
Лакокрасочное покрытие как средство защиты металлоконструкций от коррозии применяются издавна, при этом используются различные виды покрытий, эффективность применения которых зависит от природы пленкообразующего, технологии применения лакокрасочных материалов и условий эксплуатации изделий с покрытием. Барьерные свойства покрытия - это способность, во-первых, ограничивать доставку через пленку к металлу воды, кислорода, хлоридов и других коррозионных агентов, удаление через пленку в среду продуктов коррозии, и, во-вторых, самому противостоять воздействию среды.
Создание современных защитных покрытий высокого класса является сложной задачей. Действительно, надежное и долговечное антикоррозионное покрытие металлоконструкций позволяет предприятиям снизить расходы на ремонт и обслуживание конструкций и механизмов, а значит существенно увеличить прибыль. На данный момент, проблема ассортимента и качества антикоррозионных материалов является одной из наиболее серьезных в российской лакокрасочной
промышленности. В результате атмосферной коррозии страна ежегодно теряет миллионы тонн черных и цветных металлов. Тем не менее, отечественное производство антикоррозионных грунтовок промышленного и бытового назначения не может полностью удовлетворить потребности российского рынка.
Выпускаемый ассортимент данного материала ограничивается грунтом ГФ-021, в рецептуре которого практически отсутствуют
антикоррозионные пигменты. В незначительных количествах выпускают ГФ-0163 — по сути, аналог ГФ-021, масляно-фенольный грунт ФЛ-ОЗК, грунты для цветных металлов ВЛ-02, ВЛ-023, АК-070. Для автомобильной промышленности некоторые заводы производят анафорезные, катафорезные и промежуточные эпоксидные грунтовки. О явно недостаточном производстве антикоррозионных грунтов можно судить по объемам потребления антикоррозионных пигментов, которые в США составляет более 20 тыс. т, а в России — менее 1 тыс. тонн.
В связи с проблемой ассортимента современных антикоррозионных материалов отечественного производства современная техника нуждается в новых конкурентоспособных, импортозамещающих промышленных материалах, обладающих рядом специальных свойств, например, повышенной химической стойкостью, стойкостью к действию
окислителей и радиационного облучения, высокой тепло- и термостойкостью, стойкостью к биокоррозии, поэтому в последнее время значительно расширились области применения лакокрасочных материалов, в том числе и эпоксидных [1, 2]. Однако защитные свойства полимерных покрытий на основе диановых эпоксидных олигомеров нередко оказываются недостаточными.
В качестве полимерного связующего для получения материалов, наносимых и эксплуатируемых в неблагоприятных условиях, нами был выбран эпоксидный олигомер марки Э-40. Выбор обусловлен тем, что на основе
Выбор отвердителя во многом влияет на эксплуатационные свойства полученных покрытий на основе материалов барьерного типа, наносимых и эксплуатируемых в неблагоприятных условиях.
В связи с этим был проведен ряд экспериментальных исследований по синтезу добавки-модификатора для определения
оптимального состава модификатора, позволяющего повысить эксплуатационные характеристики материалов, наносимых и эксплуатируемых в неблагоприятных условиях.
Синтез экспериментальных образцов добавки-модификатора для импортозамещающих
инновационных наноструктурированных полимер-иммобилизованных антикоррозионных материалов барьерного типа, наносимых и эксплуатируемых в неблагоприятных условиях, проводится с использованием компонентов, представленных в таблице 2.
Таблица 2. Сырье для получения добавки-модификатора для антикоррозионных материалов барьерного типа, наносимых и эксплуатируемых в неблагоприятных
№ п/п Наименование сырья
1 Триэтилентетрамин
2 Бутанол
3 Дифенилолпропан, 100%
3.1 I порция
3.2 II порция
3.3 III порция
4 Формалин, 37%
эпоксидиановых смол возможно получение качественных материалов для антикоррозионной защиты, в том числе и для создания материалов барьерного типа, наносимых и эксплуатируемых в неблагоприятных условиях, за счет их возможности отверждаться различными типами сшивающих агентов, что делает их удобными для отработки различных технологических решений.
Эпоксидиановый олигомер отечественного производства марки Э-40 является
низкомолекулярным. Основные характеристики эпоксидного олигомера марки Э-40 представлены в таблице 1.
Получение экспериментальных образцов добавки-модификатора для импортозамещающих инновационных наноструктурированных полимер-иммобилизованных антикоррозионных материалов барьерного типа, наносимых и эксплуатируемых в неблагоприятных условиях, проводится в четыре стадии:
1) Приготовление раствора дифенилолпропана в бутаноле и триэтилентетрамине
Приготовление раствора дифенилолпропана в бутаноле и триэтилентетрамине осуществлять в емкости растворения, оснащенной рубашкой охлаждения, электрообогревом и обратным конденсатором.
Емкость растворения перед загрузкой компонентов продувается азотом, весь процесс растворения проводится в инертной среде газообразного азота.
После загрузки триэтилентетрамина включается мешалка и начинается подача охлаждающей воды в рубашку. При температуре не более 30°С в колбу загружается бутанол, который в дальнейшем будет образовывать азеотропную смесь с водой. После бутанола загружается в три порции дифенилолпропан при поддержании вакуума. Загрузка осуществляется тремя порциями для оптимизации процесса растворения. Контроль за растворением дифенилолпропана ведется визуально, наливом пробы на стекло.
В случае, если температура в емкости поднимается выше 50 °С, необходимо прекратить подачу дифенилолпропана, снять вакуум, охладить колбу до 30-40°С, затем продолжать загрузку.
Таблица 1 - Характеристики эпоксидного олигомера марки Э-40
Наименования показателя Значение показателя
1. Внешний вид Прозрачная жидкость
2. Цвет по ИМШ, мг !2/100 см3, не более 3
3. Чистота раствора смолы, % светопропускания, не менее 73
4. Массовая доля нелетучих веществ %, не менее 94
5. Условная вязкость раствора смолы по вискозиметру типа В3-246 (ВЗ-4) с диаметром сопла 4 мм при температуре (20±0,5) °С, раствор 2:1 в толуоле 25-40
6. Массовая доля эпоксидных групп, % 13-15
7. Массовая доля хлор - иона, % не более 0,0035
8. Массовая доля омыляемого хлора, %, не более 0,30
По окончании растворения дифенилолпропана реакционную массу охлаждают до температуры 25-30°С, перегоняют при помощи насосной станции в другую емкость для проведения процесса конденсации.
2) Конденсация.
Реакционная емкость перед загрузкой компонентов продувается азотом, весь процесс конденсации проводится в инертной среде газообразного азота.
При температуре реакционной массы 25-30оС начинается постепенная загрузка формалина, скорость подачи подбирается таким образом, чтобы температура реакционной массы в колбе находилась в пределах 25-40оС. Рекомендуется увеличивать скорость подачи формалина по мере загрузки. По окончании загрузки формалина емкость синтеза нагревается до температуры 55-65оС, подсоединяется к линии вакуума, и в ней устанавливается давление таким образом, чтобы реакционная масса кипела. Далее реакционная масса выдерживается при данных условиях в течение 24 часов, а после охлаждается до температуры 45-50оС.
3) Сушка.
После выдержки линия азеотропной отгонки переключается в режим «на прямую» и подключается к вакуум-приемнику. Постепенно, следя за вспениванием, создается вакуум не менее 84кПа и начинается обогрев емкости до начала кипения. При указанном вакууме и температуре 45-50оС в начале процесса и 65-70оС в конце процесса производится отгонка воды, в виде водно-бутанольного дистиллята, и летучих примесей. Во время отгонки производить контроль за общим количеством отогнанного конденсата.
Через 1,5-2 часа от начала сушки отбирается проба продукта и смешать с предварительно приготовленном 80% раствором эпоксидианового олигомера Э-40 в ксилоле. В зависимости от мутности получившейся смеси оценивается необходимость продолжения сушки.
По окончании отгонки количество конденсата должно составлять, ориентировочно, 30-40% от общей массы загруженных компонентов. Конец процесса сушки определяется по прозрачности пробы синтезированного продукта с 80% раствором эпоксидианового олигомера Э-40 в ксилоле и по вязкости. Последующие пробы отбираются через 1030 минут, в зависимости от мутности первой пробы.
Пофазный контроль динамической вязкости продукта производится при получении полупрозрачной или прозрачной пробы продукта с раствором эпоксидианового олигомера Э-40 в ксилоле. При получении низкой вязкости, менее 350 мПа*с, по достижении прозрачности пробы продукта с раствором эпоксидианового олигомера Э-40 в ксилоле, производится дополнительная отгонка, в течении 10-12 минут, для более полного удаления бутанола и летучих компонентов. На время проведения анализов обогрев и вакуум отключаются.
При затянувшейся сушке, более 2,5 часов отгонки, рекомендуется контролировать вязкость каждой пробы, независимо от прозрачности.
Готовый продукт охлаждается до температуры 40-45оС для фильтрации и фасовки. Конденсат сливается в бак сточных вод. Не допускается длительное, более 3 часов хранение отвердителя при температуре более 45оС до начала фасовки. При необходимости продукт охлаждается до 20оС, затем перед началом фасовки разогревается вновь.
Полученная добавка-модификатор должна соответствовать техническим показателям, представленным в таблице 3.
Таблица 3. Технические показатели добавки-модификатора для получения экспериментальных образцов импортозамещающих инновационных наноструктурированных полимер-иммобилизованных антикоррозионных материалов барьерного типа, наносимых и эксплуатируемых в неблагоприятных
Наименование Норма
показателя
1 2
1. Внешний вид Вязкая, прозрачная жидкость от красного до темно-коричневого цвета.
2. Динамическая
вязкость, мПа*с, не 1500
более
3. Массовая доля титруемого азота, % 13,0 - 15,5
4) Фильтрация и фасовка.
Продукт при температуре 40-45 0С самотеком подается через сетчатый фильтр на фасовку и разливается по весу в стеклянную тару (допускается использование тары из полипропилена). От каждой партии отбирается проба для проверки качественных показателей продукта.
Разработанная методика позволяет в лабораторных условиях с использованием стандартного оборудования получить
экспериментальные образцы добавки-модификатора для импортозамещающих инновационных наноструктурированных полимер-
иммобилизованных антикоррозионных материалов барьерного типа, наносимых и эксплуатируемых в неблагоприятных условиях. Но данная методика также может применяться для получения и других экспериментальных образцов лакокрасочных материалов.
Список литературы
1. Оносова Л.А., Апанович Н.А. Разработка антикоррозионных лакокрасочных материалов нового поколения для проведения окрасочных работ в неблагоприятных условиях // Новости материаловедения. Наука и техника. - М. 2014. №3. -С.3
2. Wende A.I. International Tagungiiber Glasfaserverstarkte Kunststoffe und Epoxydharze. - H 1/15. - 1965.
