CC BY
29
УДК 667.653
Зеленская А.Д., Федякова Н.В., Павлов А.В.
ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ЦИНКСОДЕРЖАЩЕЕ ЛАКОКРАСОЧНОЕ ПОКРЫТИЕ ПО МЕТАЛЛУ
Зеленская Александра Дмитриевна, техник I категории кафедры химической технологии полимерных композиционных лакокрасочных материалов и покрытий, магистрант 2-го года обучения, e-mail: aleksandra_zel@mail.ru;
Федякова Наталия Владимировна, к.т.н., старший преподаватель кафедры химической технологии полимерных композиционных лакокрасочных материалов и покрытий;
Павлов Александр Валерьевич, 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.
Основной целью работы является разработка цинксодержащей межоперационной грунтовки для обеспечения временной антикоррозионной защиты стальных конструкций на период транспортирования, хранения и монтажа и ее предварительные испытания. Разрабатываемая грунтовка должна быть представлена в двух цветах. Для достижения поставленной цели были использованы частицы цинка различной формы и эпоксидные смолы различной молекулярной массы.
Ключевые слова: лакокрасочные покрытия, эпоксидные лакокрасочные материалы, межоперационная грунтовка, сварка
FUNCTIONAL ZINC-CONTAINING PAINT METAL COATING
Zelenskaya A.D., Fedyakova N.V., Pavlov A.V.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
The main goal of the work is developing of the zinc-containing pre-fabrication primer to provide temporary corrosion protection of steel structures for the period of transportation, storage and installation and its preliminary tests. The primer under development should be presented in two colors. To achieve this goal, zinc particles of various shapes and epoxy resins of various molecular weights were used.
Keywords: paint coatings, epoxy paints and varnishes, shopprimer, welding
В настоящее время во всех отраслях промышленности возрастает доля лакокрасочных покрытий (ЛКП) со специальными свойствами. Такие покрытия часто называют функциональными, так как они предназначены для решения конкретных, узконаправленных целей [1,2]. Кроме того, современные покрытия должны быть полифункциональными. Этот факт усложняет процесс их разработки и является настоящим вызовом для ученых.
Известно, что цинк является одним из самых популярных металлических пигментов,
применяемых в лакокрасочной промышленности [3]. В составе ЛКП он обеспечивает защитные свойства, которые определяются диффузионной
проницаемостью, электрохимическими процессами на границе раздела подложка-покрытие и адгезионной прочностью. Однако, в последнее время наблюдается тенденция снижения содержания цинка в покрытии за счет изменения формы частиц от сферических к чешуйчатым [4]. Тем не менее, цинк активно используют при создании
антикоррозионных, водостойких, токопроводящих покрытий для нанесения методом распыления. В РХТУ им. Д.И. Менделеева разработан способ получения цинк-полимерного покрытия,
получаемого методом катодного электроосаждения из смеси растворов эпоксиаминного аддукта, модифицированного блокированным изоцианатом, и соли цинка [5, 6, 7]. В результате образуются покрытия с наноразмерными частицами, которые увеличивают твердость и водостойкость покрытий.
Цинк используется как пигмент и в грунтовках, называемых межоперационными. 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 [8]. В лакокрасочной промышленности также можно встретить термин «шоппраймер» (англ. shopprimer), что является отголоском названия, принятого за рубежом. К таким ЛКМ предъявляются особые требования [9]. Межоперационные грунтовки должны обеспечивать:
а) пригодность к нанесению распылением с образованием равномерного слоя с толщиной высушенного покрытия обычно от 15 мкм до 30 мкм;
б) минимальное время высыхания. Грунтование обычно осуществляется на линии автоматической струйной очистки, позволяющей обрабатывать
продукты с линейной скоростью от 1 м до 3 м в минуту;
в) устойчивость к осуществлению обычных манипуляций, включающих воздействие роликового настила конвейера, магнитных кранов и т.д.;
г) функциональную долговечность покрытия в течение ограниченного промежутка времени (3-6 месяцев);
д) возможность проведения обычных процедур обработки, таких как сварка или газовая резка, без серьёзных затруднений из-за первичного слоя. Заводские грунтовки обычно сертифицируют с точки зрения качества резки и сварки, а также охраны здоровья и безопасности;
е) недопустимость превышения пределов выделения паров из грунтовки во время сварки или резки, установленных для производственной среды;
ж) толерантную сочетаемость с покрывными слоями системы ЛКП при минимальной подготовке загрунтованной поверхности при условии, что эта поверхность находится в хорошем состоянии. Требуемая подготовка поверхности должна быть определена заранее, до начала окраски.
Межоперационные грунтовки широко представлены на зарубежном рынке. Основными фирмами, разрабатывающими и производящими такие ЛКМ, являются Hempel (Дания), Jotun (Норвегия), Ак^оКоЬе1 (Нидерланды). На российском рынке таких материалов немного, их можно встретить у крупных индустриальных производителей: Русские краски, Акрус, Эмлак. В
2015 году Правительством РФ был принято решение к 2020 г. снизить импортозависимость в среднем с 88% до 40%, а конкретно в судостроении с 55 % до 30 % [10].
Поэтому одной из актуальных задач на сегодня является создание специального лакокрасочного материала для индустриальных нужд, позволяющего предотвращать коррозию сталей в процессе транспортировки и межоперационного хранения, а также не требующего удаления для нанесения последующих слоев.
Разрабатываемая межоперационная грунтовка планируется к применению в области судостроения. Ввиду особых требований судостроительной области, наибольшее распространение получили материалы на основе эпоксидных и алкидных олигомеров, полиуретанов и полимеров на основе винилхлорида. В наши дни также активно ведется разработка этилсиликатных покрытий. Но этилсиликатные грунтовки, содержащие цинк, имеют существенный недостаток - ограниченный срок годности и чувствительность к условиям хранения. Это связано с особенностями отверждения этилсиликатного связующего, формирование таких покрытий происходит с помощью воды, и они чувствительны к влаге воздуха. Каждый из перечисленных видов пленкообразующих применяется для окрашивания различных конструкционных частей судов и кораблей. В таблице 1 приведены типы пленкообразователей, их особенности для окрашивания судов.
Таблица 1. Применение основных пленкообразователей для ЛКМ в судостроении [11]
Тип Область применения Условия и объекты на судне, где применение: исключено/(ограничено) Примечание
Алкиды Палубные ЛКП Внутренние отсеки, дымовые трубы, подводная часть Комбинация с ПВХ и хлоркаучуком улучшает водостойкость покрытий
Эпоксиэфиры Палубные ЛКП Подводная часть / (поверхности, контактирующие с открытой атмосферой) Верхний слой покрытий имеет тенденцию к мелению
Хлоркаучуки ЛКП специального назначения При воздействии температуры и масла выше 60 °С Комбинация с алкидами повышает блеск покрытия
Виниловые смолы Окраска подводной части, балластных баков Температура выше 60 °С Толщина покрытий под водой 120-200 мкм
Эпоксидные смолы Полифункциональные ЛКП При значительном воздействии воды / (поверхности, контактирующие с открытой атмосферой) Тенденция к мелению
Полиуретаны Универсальные ЛКП Хорошие атмосферостойкость, блеск, твердость, водо- и светостойкость покрытий, ЛКМ экономической категории-премиум
Модифицированный битум Баки хранения питьевой воды, полы Воздействие масел Возможность сочетания с эпоксидными смолами
Производство межоперационных грунтовок на основе эпоксидных олигомеров по-прежнему актуально. Эпоксидные олигомеры обладают высокой адгезией, высокими защитными свойствами и возможностью формирования композиций с минимальным содержанием растворителей или совсем без них.
По литературным данным [4, 12] высокая протекторная защита достигается путем совместного использования сферического и пластинчатого цинка в рецептуре. За счет различной структуры поверхности цинка достигается большое количество электрических контактов, что проявляется в синергизме их протекторной защиты. К тому же частицы пластинчатой формы обладают в несколько раз большей площадью поверхности по сравнению с частицами сферической формы, что положительно сказывается на барьерных свойствах покрытия. Однако, для таких высоконаполненных цинковых грунтовок обязательны к применению антиседиментационные добавки. В данной разработке эту функцию выполняет бентонит.
Особое требование предъявляется к процессу сварки таких покрытий. Сварной шов после сварки в среде защитного газа должен быть непористым внутри, так как пористость сварного шва впоследствии уменьшает конструкционную прочность изделий (рисунок 1).
контрольным сварным швом
Разработка межоперационной грунтовки проводилась методом эквивалентных масс монопигментных базовых эмалей. Авторство данного метода принадлежит японскому ученому прошлого века Сато Ясуси. Также в соответствии с поставленной задачей была осуществлена разработка грунтовки двух цветов: серой и красно-коричневой. В качестве пленкообразователей были выбраны высокомолекулярная и среднемолекулярная эпоксидные смолы различных производителей. В настоящее время межоперационная грунтовка находится на стадии исследовании ее свойств. По предварительным данным адгезия таких покрытий методом решетчатых надрезов составляет 0 баллов, материал способен к нанесению и дает 15-30 мкм сухого покрытия без дефектов.
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. Павлов А. В., Меркулова Ю. И., Железняк В. Г., Зеленская А.Д. Металлические порошки для лакокрасочных покрытий (обзор литературы) // Лакокрасочные материалы и их применение. — 2018.
— № 9. — С. 26-30.
4. Дринберг С.А., Дринберг А.С., L. Kruba, Dr. P. Stucker Новые протекторные грунтовки с пониженным содержанием цинка на основе уретанового преполимера и модифицированного полистирола // Лакокрасочная промышленность. -2011. - № 10. - С. 21-26.
5. Павлов А.В., Квасников М.Ю., Уткина И.Ф., Лукашина К.В. Цинкполимерные покрытия, получаемые одновременным электроосаждением на катоде аминосодержащего полиэлектролита и электролитическим восстановлением цинка // Химическая промышленность сегодня. - 2015. - №2.
— С. 18-23.
6. Павлов А.В., Квасников М.Ю., Уткина И.Ф., Милютина Ю.В., Меркулова А.С., Пожарицкая А.В., Королев Ю.М. Структура и свойства цинк-полимерных лакокрасочных покрытий, получаемых одновременным электросаждением на катоде аминосодержащего полиэлектролита и цинка // Лакокрасочные материалы и их применение. - 2016.
— № 1-2. - С. 68-71.
7. Павлов А. В., Квасников М. Ю., Баранов Н. О., Зеленская А.Д., Баталов Р.С. Лакокрасочный материал для катодного электроосаждения на основе полиэлектролитного пленкообразователя и ацетата цинка // Лакокрасочные материалы и их применение.
— 2017. — № 1-2. — С. 48-50.
8. ГОСТ 28246 Материалы лакокрасочные. Термины и определения (2017).
9. ISO 12944-5 «Защита от коррозии стальных конструкций системами защитных покрытий» (2007).
10. Российский рынок судовых ЛКМ: локализация обгоняет импортозамещение? // «www.Korabel.ru».-2019.-№ 4. URL:
https://www.korabel.ru/news/comments/rossiyskiy_ryno k_sudovyh_lkm_lokalizaciya_obgonyaet_importozames chenie_2.html (дата обращения: 12.05.2020)
11. Дринберг А.С., Калинская Т.В., Уденко И.А. Технология судовых покрытий. - М.: ООО Издательство «ЛКМ-пресс». - 2016. - 672 с.
12. Дринберг А.С., Ицко Э.Ф., Калинская Т.В. Антикоррозионные грунтовки. - СПб.: ООО «НИПРОИНС и П с ОП», 2006.- С. 79.
