CC BY
11
УДК 667.653
Зеленская А.Д., Малявина Я.М., Федякова Н.В., Павлов А.В.
ЭПОКСИДНАЯ МЕЖОПЕРАЦИОННАЯ ГРУНТОВКА ДЛЯ СУДОСТРОЕНИЯ И СУДОРЕМОНТА
Зеленская Александра Дмитриевна - аспирант 1 -го года обучения кафедры химической технологии полимерных композиционных лакокрасочных материалов и покрытий; aleksandra [email protected].
Малявина Яна Максимовна - студент 4-го курса бакалавриата кафедры химической технологии полимерных композиционных лакокрасочных материалов и покрытий;
Федякова Наталия Владимировна - кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры химической технологии полимерных композиционных лакокрасочных материалов и покрытий;
Павлов Александр Валерьевич - ассистент кафедры химической технологии полимерных композиционных лакокрасочных материалов и покрытий;
ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева», Россия, Москва, 125047, Миусская площадь, дом 9.
Основной целью работы является разработка эпоксидной межоперационной грунтовки, формирующей покрытие с помощью кислотного отвердителя. Данное лакокрасочное покрытие обеспечивает временную антикоррозионную защиту стальных конструкций на период транспортирования, хранения и монтажа. Для создания грунтовки были использованы высокомолекулярная эпоксидная смола, железооксидный пигмент и различные наполнители. Ключевые слова: лакокрасочные покрытия, эпоксидные лакокрасочные материалы, межоперационная грунтовка.
EPOXY SHOPPRIMER FOR SHIPBUILDING AND SHIPREPAIR
Zelenskaya A.D., Malyavina Ya.M., Fedyakova N.V., Pavlov A.V.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russian Federation
The main goal of the work is to develop an epoxy shop primer that forms a coating using an acidic hardener. This paint-and-lacquer coating provides temporary anti-corrosion protection of steel structures for the period of transportation, storage and installation. High molecular weight epoxy resin, iron oxide pigment and various fillers were used to create the primer. Key words: paint coatings, epoxy paints and varnishes, shopprimer.
Функциональные лакокрасочные покрытия обладают специальными свойствами, которые обеспечивают решение узконаправленных задач промышленности [1,2]. К таким покрытиям относятся и межоперационные грунтовки на основе различных связующих.
Межоперационная грунтовка (англ. pre-fabrication primer) - быстросохнущий лакокрасочный материал (ЛКМ), наносимый на металлическую поверхность после абразивной струйной очистки для защиты металлической поверхности в процессе монтажа и допускающий проведение резки и сварки [3]. В лакокрасочной промышленности также можно встретить термин «шоппраймер» (англ. shopprimer), что является отголоском названия, принятого за рубежом [4]. До появления межоперационных грунтовок металлоконструкции поставлялись на объекты без покрытия, перед проведением монтажно-сварочных и сборочных работ необходимо было проводить механическую очистку металла от продуктов коррозии и лишь потом наносить антикоррозионную грунтовку. С тех пор как были разработаны межоперационные грунтовки, затраты значительно сократились. На заводах-изготовителях листового и судового металлопроката сейчас наибольшей популярностью пользуются неудаляемые межоперацонные грунтовки, которые позволяют наносить следующие слои системы лакокрасочных покрытий без ухудшения адгезионных и эксплуатационных свойств (рис. 1).
Рис.1. Межоперационная грунтовка на автоматической поточной линии окраски
Межоперационные грунтовки широко представлены на зарубежном рынке [4]. В Российской Федерации предприятий, осуществляющих производство таких материалов, не так много, поэтому заводы ориентированы на импортные материалы, долю которых, согласно политике импортозамещения, нужно существенно снизить.
Поэтому одной из актуальных задач перед лакокрасочной отраслью является создание специального лакокрасочного материала,
позволяющего предотвращать коррозию сталей в процессе транспортировки и межоперационного хранения, не препятствующего сварочным работам, а также не требующего удаления.
Разрабатываемая межоперационная грунтовка предназначена для крайне важной отрасли нашей
страны - судостроения и судоремонта. К межоперационным грунтовкам предъявляются следующие требования [4]:
Толщина покрытия: 15 - 30 мкм Время высыхания «до твердой пленки»: ~ 10 мин Срок службы покрытия: 3-9 месяцев Способность к сварке (S < 150 мм2) и газовой резке Первые межоперационные грунтовки появились в 1950-х годах, особых требований к ним не предъявлялось. Позднее с развитием судостроения наряду с растущими требованиями к производительности труда возникла потребность в разработке межоперационных грунтовок для сварки и резки. Первыми грунтовками были лакокрасочные материалы, содержащие металлический пигмент цинк. Позднее, в 1960-х годах появились грунтовки, не содержащие цинк [5].
Данная работа посвящена разработке межоперационной грунтовки на основе высокомолекулярной эпоксидной смолы. Эпоксидные грунтовки формируют покрытия с непористой структурой при нанесении традиционными механическими методами, хорошей совместимостью почти со всеми пленкообразующими веществами, более устойчивыми материалами, не сильно подверженными сухому распылению при нанесении, но являются менее экологичными по сравнению, например, с цинксиликатными межоперационными грунтовками [6].
Для разработки межоперационной грунтовки была использована высокомолекулярная эпоксидная смола, позволяющая формировать покрытие в необходимом диапазоне толщины с хорошими физико-механическими свойствами и высокой химстойкостью. Для обеспечения оптимального смачивания пигментов для данной смолы были построены вязкостные кривые (рис. 2) и определено оптимальное значение массовой доли нелетучих веществ раствора смолы.
700 600
1 sra
¡ íoo 1
\ 100 -
Е
200 100 0
U 1U Л Л ф U № 70 НО 90 1UU Массовая jam растторятеля, %
Рис. 2. Вязкостные кривые на основе высокомолекулярной эпоксидной смолы и растворителей этилцеллозольва и Р-5: синяя кривая -смесь этилцеллозольва и Р-5 в соотношении 1:1; зеленая кривая - смесь этилцеллозольва и Р-5 в
соотношении 1:2 Условную вязкость определяли с помощью вискозиметра ВЗ-246 с диаметром сопла 4 мм при температуре (20 + 0,5) оС в соответствии с ГОСТ 8420-
74. В качестве растворителей были выбраны стандартные растворители для эпоксидных смол: этилцеллозольв (технический, ГОСТ 8313-88) и Р-5 (ГОСТ 7827-74) в различном соотношении. Полученное значение концентрации раствора смолы 42 % (смесь растворителей этилцеллозольв: Р-5 в соотношении 1: 2 соответственно) обеспечивает полное смачивание пигментов и одновременно обладает наименьшей условной вязкостью.
В качестве пигментов были выбраны диоксид титана рутильной формы и красный железооксидный пигмент отечественного производства, в качестве наполнителей - три марки каолина различной дисперсности, два из которых отечественного производства. Выбор пигментов и наполнителей обусловлен необходимостью антикоррозионной защиты и способностью к проведению сварочных работ. Расчет рецептуры проводился по измеренным с помощью низкомолекулярной эпоксидной смолы данным смолоемкостей пигментов и наполнителей 1 -го рода, которые представлены в таблице 1.
Таблица 1. Измеренные смолоемкости пигментов и наполнителей
Наименование Смолоемкость, г
пигмента/наполнителя смолы/100 г пигмента
Красный железооксидный 38,00
пигмент
Диоксид титана 40,70
Импортный каолин 55,47
Отечественный каолин 1 80,76
Отечественный каолин 2 73,80
Полученные данные смолоемкостей и паспортные данные укрывистостей (г/м2) использовались для расчета соотношений компонентов рецептуры с помощью компьютерной программы, созданной на кафедре химической технологии полимерных композиционных лакокрасочных материалов и покрытий РХТУ им. Д.И. Менделеева.
Опытные лабораторные образцы были получены в лабораторном диспергирующем устройстве марки ЛДУ-3, контроль процесса осуществлялся по необходимой степени перетира на гриндометре согласно ГОСТ 31973-2013, которая составила 15-20 мкм.
Перед нанесением грунтовки на малоуглеродистую сталь 08кп была проведена подготовка поверхности. Она заключалась в механической обработке ручным методом с помощью шлифовальной бумаги с шероховатостью Кг40 и дальнейшей обработке растворителем алифатического ряда с целью обезжиривания. Разбавленная до необходимой вязкости межоперационная грунтовка наносилась на стандартные пластины пневматическим распылением. В качестве отвердителя был использован раствор ортофосфорной кислоты в бутаноле определенной концентрации.
Для полученных образцов были определены основные параметры (таблица 2).
Таблица 2. Основные показатели лабораторных образцов межоперационной грунтовки
Опытный образец Образец с Образец с Образец с Образец с
^^^■^^грунтовки импортным отечественным отечественным диоксидом
Показатели ^^^^^ каолином каолином 1 каолином 2 титана
Однородная Однородная Однородная Однородная
матовая матовая матовая матовая
Внешний вид поверхность поверхность поверхность поверхность
ГОСТ 29319, визуально красно- красно- красно- розового
коричневого коричневого коричневого Цвета
цвета цвета цвета
Условная вязкость по ВЗ-246 57 25 48 43
(4мм), (20+0,5) °С, с
Степень перетира, мкм ГОСТ 31973-2013 15 15 15 15
Массовая доля нелетучих
веществ, % 35,77 29,24 30,60 43,35
ГОСТ 31939-2012
Время высыхания до твердой
пленки при (20+2) оС, мин. 7 8 8 8
ISO 9117:90
Толщина сухой пленки, мкм ГОСТ 31993-2013 21, 18, 18 17, 18, 19 18, 19, 18 20,17,18
Полученные характеристики лакокрасочных грунтовочных материалов позволяют проводить дальнейшее исследование покрытий на их основе.
Список литературы
1. Яковлев А. Д., Яковлев С. А. Лакокрасочные покрытия функционального назначения. - СПб.: Химиздат, 2016. - 272 с.
2. Оттова П.О., Павлов А.В., Зеленская А.Д., Федякова Н.В. Антистатическое индустриальное лакокрасочное покрытие // Успехи в химии и химической технологии: сб. науч. тр. - Т. XXXIII, № 6 (216). - М.: РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2019. - С. 76-78.
3. ГОСТ 28246. Материалы лакокрасочные. Термины и определения (2017).
4. Зеленская А.Д., Федякова Н.В., Павлов А.В. Функциональное цинксодержащее лакокрасочное покрытие по металлу // Успехи в химии и химической технологии: сб. науч. тр. Том XXXIV, № 7 (230). - М.: РХТУ им. Д. И. Менделеева. - 2020. - С. 93-95.
5. M.W. Hindmarsh The development of water based shop primers // Shipbuilding Technology ISST 2007, Osaka, 2007. - р.45-50.
6. O. Knudsen, U. Steinsmo, M. Bjordal Inorganic Zinc-Rich Primers vs. Organic Zinc-Rich Primers: What's the Difference?//Progress in Organic Coatings. -2005. - №54. - р. 224-229.
