CC BY
17
УДК 667:6
■а о
Стаття присвячена встановлен-ню впливу таких факторiв як роз-мiр часток, щтьтсть гх упаковки в матрищ на сорбцшт характеристики композицшного покриття та його прониктсть по видношенню до парiв води. За допомогою iзотерм сорбци композиту, наповнювача i чистого полiмеру показано що ком-позицшне покриття характеризу-еться доброю мiж фазною взаемо-дieю. Дрiбнодисперсний наповнювач мае бшьшу питому поверхню тж крупно дисперсний, що обумовлюе бшьшу паро прониктсть покриттiв на основi останнього. Встановлено, що при збшьшент щiльностi упаковки часток наповнювача зро-стае отр покриття проникненню парiв води. Використання принципу щЫьног упаковки часток наповнювача дозволяе зменшити коефi-щент паропроникностi покриття в 2,5 рази
■о о
ДОСЛ1ДЖЕННЯ ВПЛИВУ Щ1ЛЬНОСТ1 УПАКОВКИ НАПОВНЮВАЧ1В НА СОРБЦ1ЙН1 ХАРАКТЕРИСТИКИ ТА ПРОНИКН1СТЬ ПОЛ1МЕРНОГО КОМПОЗИЦ1ЙНОГО ПОКРИТТЯ
В.А. Св^дерський
Доктор техычних наук, професор* Контактний тел.: (044) 241-76-09
О.В. Миронюк
Астрант*
Контактний тел.: (044) 454-97-45 Email: Oleksiy myronyuk@mail.ru *Кафедра хiмiчноT технологи композицтних матерiалiв (ХТКМ)
Хiмiко-технологiчний факультет НТУУ „КП1"
просп. Перемоги, 37, 21 корп., ммн. 306, м.КиТв
1. Вступ
Мшеральш наповнювачi е важливою складовою за-хисних лакофарбових покритв. В останнш час окрiм звичайних функцш змiцнення та здешевлення композицшного матерiалу вони вводяться в полiмерний матерiал для надання йому спещальних властивостей. Так, вiдомим е той факт що таю мшеральш матерiали як тальк i мiкронiзована слюда пiсля введення до складу композицп зменшують 11 прониктсть по вщношен-ню до дифундуючих речовин в рiзному агрегатному сташ (напр. рiдкоi води та водяно'1 пари) [1]. 1снують також спещально розробленi системи на основi таких природних силжапв як бентонiт та каолш, якi мають шарувату структуру i в дрiбнодисперсному станi фор-мують в полiмернiй матрицi шдльно упакованi шари з
невеликим мiжчастковим зазором, що викликае зни-ження проникносп таких матерiалiв [2].
Захисна функщя покриття з використанням на-званих вище наповнювачiв здiйснюеться за iзоляцiй-ним або бар'ерним мехашзмом. Такий захист дозволяе зменшити (або в деяких випадках повшстю виключи-ти) потребу у використаннi антикорозшних пiгментiв в складi покриттiв, а отже збшьшити екологiчнiсть покриття а також зменшити його варпсть.
Практичну значимшть являе собою визначення впливу таких параметрiв наповнювачiв на процеси сорбцп та переносу вологи крiзь наповненi полiмернi покриття як форма частинки мшерального дисперсного матерiалу та шiльнiсть його упаковки в складi композиту.
Використання шдльно! упаковки часток наповню-вача для створення бар'ерного захисту в покриттях пропонувалося в деяких роботах (напр. [3, с. 36]), але умови для 11 створення в достатнш для практичного застосування мiрi не були дослщжеш. Мiрою шдльно-стi упаковки пропонуеться вважати значення в^ьного об'ему (пористостi) дисперсного наповнювача який в складi лакофарбово1 плiвки заповнюеться зв'язуючим полiмером.
Метою дано1 роботи е встановлення взаемозв'язку мiж сорбцшною здатнiстю полiмерних композитiв, дисперснiстю наповнювача та шдльшстю упаковки його часток.
Об'ектами даного дослвдження е композицiйнi ма-терiали, що складаються з плiвкоутворювача на основi стирол-акрилового полiмеру та наповнювачiв, якi яв-ляють собою дроблений мармур рiзного ступеня дис-персност (значення середнього розмiру часток 4,47 та 25 мкм). При цьому матерiал з крупшшими частинками був попередньо фракщонований, що дозволило одержа-ти достатньо вузький розподiл його часток за розмiрами. Дроблений мармур був обраний в якост наповнювача виходячи з того що вш е широко вживаним матерiалом в технологи полiмерних композитiв, окрiм того його част-ки мають форму, яка близька до сферично1, що збшьшуе вiрогiднiсть утворення ними щдльно'! упаковки.
Композити готувалися у формi вiльних лакофар-бових плiвок товщиною 60 ± 5 мкм, яю одержувалися на тефлоновому субстратi i пiсля висихання обережно вiдшаровувалися. Вимогами до випробувань на про-никшсть плiвки були вiдсутнiсть дефектiв (кратери, включення, отвори) та агрегацп часток наповнювача, що контролювалося за значенням перетиру за прила-дом „Клин" (не б^ьше 30 мкм).
Склад композицш з щдльною упаковкою часток наповнювача тдбирався виходячи з найменшого значення пористостi та маслоемносп систем. Концентрацiя наповнювача в композищях варiювалася з кроком 5 об. %. При цьому для складiв з високою концентрацiею фази та, вщповвдно, високою в'язкiстю використовува-лися додатковi кiлькостi розчинника.
Сорбцшт властивостi наповнювачiв та композицш дослiджувалися за допомогою метода БЕТ. Про-никнiсть по вiдношенню до водяно1 пари - згiдно стандартнш методицi [4], але на в^ьних плiвках, що збiльшуе точнiсть визначення. Маслоемтсть систем наповнювачiв дослiджувалася за [5], а дослщження шiльностi 1х упаковки в сухому станi за методикою, яка запропонована авторами [6].
2. Результати i обговорення:
З метою встановлення можливоси забезпечен-ня тдвищення бар'ерних властивостей покриттiв за принципом щдльно'! упаковки наповнювачiв були ство-ренi серп композицiй на основi дрiбнофракцiйного (середнiй розмiр частки - 4,47 мкм), крупнофракцш-ного (середнш розмiр частки - 25 мкм) та змшаного наповнювачiв. Крупний наповнювач був попередньо фракщонований методом седиментацп для звуження розпод^у часток за розмiрами.
Склад змiшаного наповнювача тдбирався виходячи з найб^ьшо'! густини сумiшi в порошкоподiбному
сташ пiсля пресування пiд тиском 0,6 МПа (див. [6]). Найб^ьшу щдльшсть виявляе система що мiстить 45 мас. % дрiбного наповнювача, 11 вiльний об'ем складае 28 %, в той час як для окремих матерiалiв - 46,5 та 34,7 мас. % для крупного та дрiбного вщповщно. Значення маслоемноси тако1 сумiшi складае 17 г/100 г, в той час як для крупного наповнювача - 27 г/100г, а для дрiб-ного - 20 г/100г.
Для наповнювача з середшм розмiром часток 4,47 мкм, акрилового полiмеру та композицшного матерь алу, який складався з цих двох компоненпв i мштив 15 об. % мiнеральноi фракцп були одержанi iзотерми сорбцп (рис. 1).
Рисунок 1. 1зотерми сорбци матерiалiв
Встановлено, що сорбцiйна здатшсть композицш-ного матерiалу зменшуеться у порiвняннi з чистим полiмером, що може бути спричинене блокуванням поверхнею наповнювача сорбцшно здатних груп по-лiмеру i, згiдно класифжацп Лшатова, цей компози-цiйний матерiал вщноситься до випадку в (див. [7, с. 25]). Осюльки величина питомо'1 сорбцп нижче за адитивну, мае мкце взаемодiя полiмер-наповнювач, зменшення сорбцшно'1 емностi нижче нiж то1, що характерна для полiмеру сввдчить про досить велику мiжфазну адгезт.
Дроблений мармур традицiйно вважаеться шер-тним наповнювачем. Це означае його низьку здатшсть до взаемодп з полiмерною матрицею. Значення сорбцп акрилату для нього з розчину концентращею 5 мас. % складае 75 мг/г (для порiвняння, активний наповнювач волластошт з близькими за розмiрами частками сорбуе в тих же умовах 632 мг/г). Але при визначенш наповнювача як шертного не враховують природу взаемодп його поверхш з матрицею, а пльки величину тако'1 взаемодп.
На рис. 2 наведеш сорбцш нi кривi для трьох пере-рахованих вище матерiалiв. Значення сорбцп помiтно не вiдрiзняються, але характер криво! у випадку крупного та дрiбного наповнювача е вщмшним. Композицп на основi дрiбного наповнювача мають чггко виражене пониження сорбцшно1 здатностi в порiвняннi з ади-тивним значенням, в той час як для крупного напо-внювача ця тенденщя виражена в меншому ступень Зменшення питомо'1 поверхш наповнювача (6300 та
1100 см2/см3 для дрiбного та крупного вщповщно) спричиняе зменшення мiжфазноï взаемодп.
Концентрафя мшерально!' фази, об.%
Рисунок 2. Залежнють коефiцieнту сорбци композилв вiд значення концентрацп наповнювача
Значення сорбцп для композицп на основi змша-ного наповнювача знаходяться мiж значеннями для композицiй на дрiбному та крупному. На кожнiй з трьох кривих е точка, що вщповщае максимальному значенню рiзницi експериментального та адитивного коефвденту сорбцп. Наприклад для композицп з дрiб-ним наповнювачем вона ввдповщае концентрацii мше-рально'1 фази - 60 об.%. Вiрогiдно, в цiй точцi кiлькiсть блокованих сорбцiйно здатних груп полiмеру максимальна. Справа вiд ще'1 точки спостерiгаеться брак полiмеру, що може бути блокований, злiва - надлишок неблокованого полiмеру.
Залежнiсть проникност композицiй по вiдношенню до водяно! пари (рис.3) дозволяе визначити точне значення критично! об'емно! концентрацп наповнювача.
to 8,00E-014 -
J 6,00E-014-
Ü ■ d.
О 4,00E-014 -с
'Б
о ■
X s
¡5 2,00E-014 -ü с
Q ■
Ex
ф 0,00E+000-|-,-1-1-1-1-,-
J 0 20 40 60
Концентрацп мЫерально!' фази, об.%
Рисунок 3. Прониктсть композицш по вiдношенню до napiB води.
Для крупного наповнювача це значення складае 18%, для дрiбного - 45%, для змшаного - 51%. При цьому мжмум проникност не е чiтко вираженим, ско-рiше можна говорити про „плато" з слабко вираженою точкою мжмуму проникностi.
На основi даних по проникносп та сорбцп були побудоват кривi залежностi коефiцiентy дифyзiï ввд концентрацп наповнювача в матрицi (рис.4):
Концентрацп мшерально! фази, об.%
Рисунок 4. Залежжсть коефiцieнтiв дифузп водяноТ пари Kpi3b композицiйнi плiвки.
На цих кривих мжмуми е бшьш вираженими, зокрема бiльш помiтна рiзниця мiж критичними значеннями вмшту дрiбного та змiшаного наповнювачiв (43 та 48 % вщповщно).
3. Висновки
Таким чином, використання сyмiшi наповнювачiв дозволяе збiльшити значення критичноï концентрацп мiнеральноï фази в композицшному покриттi. За рахунок цього спостерпаеться збiльшення бар'ерноï стiйкостi покриття. У випадку використаних в цш роботi наповнювачiв проникнiсть покриття на осно-вi змiшаного зменшуеться в 2,5 рази (з 1510-16 до 6,310-16 (гсм/см2сПа) в точцi критичноï концентрацп для дрiбного та змшаного наповнювачiв вiдповiдно) у порiвняннi з композищею на основi дрiбного наповнювача. Змшаний наповнювач е штучно створеною системою з бiмодальним розподшом часток, при цьому середнi розмiри часток кожноï моди пiдiбранi таким чином щоб утворювати максимально шдльну упаковку. Ця yшiльнена структура здшснюе бiльший опiр дифундуючим молекулам водяноï пари, що знаходить свое вщображення в залежностях коефiцiентiв дифузп вiд концентрацп.
Ушiльнена структура е б^ьш впорядкованою, значення вшьного об'ему знижено в порiвняннi з дрiбним наповнювачем. Мiжчастковi простори в цьому випадку близью за розмiром до мiжчасткових просторiв в дрiбномy наповнювачi, що забезпечуе утримування розчину полiмерy пiд час затверджування покриття а також тдвищуе вплив поверхш подiлy фаз на сорбцш-нi властивостi покриття.
Лiтератyра
1. Пат. RU 2214436C1 Композиция для аимосферостойко-
го покрытия С09 D 183/04 (20.10.2003)
—■— Наповнювач 25 мкм —•— Наповнювач 4,47 мкм —Сумш наповнювач1в
2. Пат. WO/2005/044938 Barrier coating of a non-elastomeric polymer and a dispersed layered filler in a liquid carrier and coated articles C09D 7/12 (19.12.2003)
3. Мюллер Б., Пот У., Лакокрасочные материалы и покрытия. Принципы составления рецептур. - М:ООО «Пэйнт-Медиа», 2007. - 237 с.
4. ГОСТ 2119.7-75 Красители органические и пигменты неорганические. Методы определения маслоёмкости.
5. ГОСТ 28575-90 Защита от коррозии в строительстве. Конструкции бетонные и железобетонные: испытание паропроницаемо-сти защитных покрытий;
6. Свщерський В.А., Миронюк О.В. Оптимiзацiя структури композицшного матерiалу за рахунок питомого вмюту наповнювача та його просторово! конф^рацй в матрищ. - Тези доповщ V Мiжнародноi науково-техшчно! конференцй СтройХИМИЯ 2008 1618 квЬ-ня 2008, - С.109-120;
7. Липатов Ю.С. Физическая химия наполненных полимеров. - М.:Химимя., 1977 - 304 с.
УДК 691.261.2:544.722.122
-□ о
Показано oco6Mueocmi i вплив кристалохiмiчноí структури незба-гачених i збагачених каолШв на сту-тнь ix лiофiльностi, що е фактором регулювання структурно-мехашч-них i реологiчниx властивостей шлi-керних мас в технологи керамти
ВЛАСТИВОСТ1 ПОВЕРХН1 ПРОМИСЛОВИХ КАОЛ1Н1В
В.Г. Сальник
Кандидат техшчних наук ЗАТ "Славутський комбшат "Будфарфор" вул. Дзержинського, 122, м. Славута, Хмельницька обл., УкраТна,
30002
Контактний тел.: (03842) 2-22-41 E-mail: valeriy.salnik@budfarfof.com.ua
Вступ
Властивосп водних дисперсних систем, до яких вщносяться керамiчнi маси, залежать вщ хiмiко-мiне-ралопчного складу i дисперснiстi сировинних компо-нентiв, ступеню взаемодп поверхнi дисперсних части-нок з водним дисперсшним середовищем. Цi фактори визначають реолопчш та структурно-механiчнi характеристики шлжерних мас з вологiстю 32-35 мас.%, що застосовуються для литва саштарно1 керамiки.
Невiдемним складником мас е каолши, значний вмiст яких обумовлюе вщповвдний вплив на процеси коагуляцшного структуроутворення водних дисперс-них систем.
Властивостi поверхш каолшу визначаються цiлою низкою факторiв, якi доцiльно класифiкувати за на-ступними ознаками:
- особливостi хiмiчного складу, кристалохiмiчноi структури i властивостей поверхш основного породо-утворюючого мшерала - каолiнiту;
- ступiнь впливу на фiзико - хiмiчнi властивосп каолiну, як кiнцевого продукту, супутшх природних домiшок та неглинистих компоненпв;
- глибина змiни лiпофiльно - люф^ьних властивостей поверхнi каолшу в проце« збагачення та рь вень 1х стабiльностi в залежносп вiд складу вихвдно1 сировини i технологiчних параметрiв конкретного способу;
- можливостi i ступень завершеностi процесiв взаемодп каолжв рiзного ступеня збагачення з шшими складовими технiчних дисперсш в процесi 1х приго-тування.
Тому для об'ективносп та достовiрностi вивчення властивостей рiзних видiв каолiнiв, оцшки 1х реак-цшно1 здатностi на етапах технолопчного процесу приготування i використання шлiкерних мас для ви-готовлення саштарно1 керамiки необхiдно комплексне використання сучасних методiв фiзико - хiмiчного аналiзу, в тому чж^ 1Ч - спектроскоп^, що стало метою наших дослщжень.
