CC BY
22
УДК 667.6
Павлов А.В., Сивцева К.Т., Зеленская А.Д., Федякова Н.В., Квасников М.Ю.
ЛАКОКРАСОЧНАЯ СИСТЕМА ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ МЕТАЛЛОПОЛИМЕРНОГО ГРУНТА И САМОВОССТАНАВЛИВАЮЩЕГОСЯ ПОЛИУРЕТАНОВОГО ЛАКА
Павлов Александр Валерьевич, ассистент кафедры ЛКМ; e-mail: alexanderpavlov2013@mail.ru;
Сивцева Карина Таллановна, студентка 4 курса бакалавриата кафедры ЛКМ;
Зеленская Александра Дмитриевна, студентка 4 курса бакалавриата кафедры ЛКМ;
Федякова Наталия Владимировна, к.т.н, ассистент кафедры ЛКМ;
Квасников Михаил Юрьевич, д.т.н., профессор кафедры ЛКМ;
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева;
Россия, 125047, Москва, Миусская пл., д. 9.
Целью данной работы являлась разработка системы лакокрасочных покрытий на основе цинк-полимерного катафорезного грунтовочного покрытия и финишного лакового покрытия на основе самовосстанавливающихся полиуретанов. Установлено, что покрытия хорошо совместимы друг с другом, лаковое покрытие способно восстанавливать блеск.
Ключевые слова: лакокрасочные материалы, лакокрасочные покрытия, полиуретаны, катодное электроосаждение.
PAINT AND PAINT SYSTEM OF COATINGS BASED ON METAL-POLYMER PRIMER AND SELF-HEALING POLYURETHANE VARNISH
Pavlov A.V., Sivtseva K.T., Zelenskaya A.D., Fedyakova N.V., Kvasnikov M. Yu. D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
The purpose of this work was to develop a system of paint coatings based on zinc-polymer cataphoretic primer coating and finishing lacquer coating based on self-healing polyurethanes. It is established that the coatings are well compatible with each other, the varnish coating is capable of restoring gloss.
Keywords: paint and varnish materials, paint coatings, polyurethanes, cathodic electrodeposition.
Сочетанием высокой твердости при сохранении высокой эластичности характеризуется
полиуретановое покрытие на основе двухупаковочного лакокрасочного материала: олигоэфира и изоцианата. Полиэфиры, как правило, имеют высокое гидроксильное число, низкое кислотное число, и низкую среднюю молекулярную массу (800-3000) [1]. Наиболее широко в промышленности для реакции отверждения применяют бифункциональные изоцианаты и диизоцианаты, например, толуилендиизоцианат, метилендифенилизоцианат,
гексаметилендиизоцианат, изофорондиизоцианат и др. Ароматические изоцианаты реагируют значительно быстрее, чем алифатические и, тем более циклоалифатические.
При внедрении в структуру материала эластичные сегменты и увеличении плотности сшивки можно добиться способности к самозалечиванию и устойчивости к царапанию, причем восстановление будет проходить как при повышенных температурах, так и при комнатной только с разной скоростью. Применение таких полимеров может помочь снизить затраты за счет увеличения срока службы изделий, а также избежать затрат на восстановление ЛКП после повреждения покрытия в процессе эксплуатации [2]. Для
получения эффективных самозалечивающихся лакокрасочных покрытий, обладающих
пластической деформацией и способностью к регенерации пленки, как полиол, так и полиизоцианат должны обладать высокой функциональностью и эластичностью.
Схема взаимодействия изоцианатов и полиолов в общем виде представлена ниже.
//°
R-N-C = 0 + R'OH R— NH— С
n0R'
В результате ранее проделанных исследований сотрудниками кафедры ЛКМ РХТУ им. Д.И. Менделеева [3,4,5] было получено методом катодного электроосаждения грунтовочное цинк-полимерное покрытие. Цинк-полимерное покрытие представляет собой наноструктурированное покрытие, которое образуется путем совместного осаждения (in situ) промышленного пигментированного пленкообразователя
(эпоксиаминный аддукт, модифицированный блокированным изоцианатом) и металлического наноцинка из смеси водных растворов указанного пленкообразователя и ацетата цинка на катоде. Покрытие обладало ценным комплексом свойств, в частности, большей твердостью и более высокой
эластичностью при неизменных адгезии и прочности, а также улучшенными барьерными свойствами по сравнению с обычным пигментированным катафорезным покрытием. Усиленные барьерные свойства, по предположению авторов, связаны с увеличением плотности сшивки катафорезного покрытия, а также образованием оксидов и гидроксидов цинка в прикатодном слое в процессе катодного электроосаждения.
В последнее время все большую актуальность приобретают функциональные материалы, это касается и лакокрасочных покрытий. Авторы данной работы впервые создали самовосстанавливающуюся систему покрытий на основе цинк-полимерного катафорезного грунтовочного покрытия и полиуретанового самовосстанавливающего лакового покрытия и изучили ее способность к самовосстановлению при комнатной и повышенной температуре.
Для создания верхнего самозалечивающегося слоя были использованы полиуретановые лакокрасочные материалы фирмы «АА^ка». В качестве полиольных компонентов выступили Synthoester ТН 2325 и Synthoester ТН 2532. Synthoester ТН 2325 представляет собой 65%-ную гидроксифункциональную полиэфирную смолу в бутилацетате (содержание гидроксильных групп — 6,7%, вязкость по Брукфильду — 2000-5000 мПахс), а Synthoester ТН 2532 представляет собой 70%-ную гидроксифункциональную полиэфирную смолу в бутилацетате (содержание гидроксильных групп — 6,7%, вязкость по Брукфильду 1200-2600 мПахс). В качестве изоцианатного отвердителя был взят отвердитель фирмы «АШка» Attonate AL 3600. Для создания двухкомпонентного полиуретанового лакокрасочного материала на 100 г Synthoester ТН 2325 требуется 40,5 г Attonate AL 3600, а на 100 грамм Synthoester ТН 2532 требуется 43,5 г. Характеристики указанных веществ указаны в таблицах 1 и 2.
Таблица 1. Характеристики полиольных компонентов
Таблица 2. Характеристика изоцианатного отвердителя
Характеристика изоцианата Attonate AL 3600
Массовая доля нелетучих веществ, % 100
Содержание КСО -групп, % 23,0-24,0
Нижний грунтовочный слой получали методом катодного электроосаждения при следующих параметрах: напряжение 170 В, продолжительность 120 сек, соотношение пленкообразователь/ацетат цинка по сухому остатку 22 к 1 соответственно. Процесс катодного электроосаждения вели при температуре 30 иС в лабораторной ванне окунания при интенсивном перемешивании и постоянном напряжении, в качестве анода использовали пластину из нержавеющей стали.
Системы покрытий наносились на предварительно обезжиренную органическими растворителями (пластины протирали ветошью, смоченной уайт-спиритом, а затем ветошью, смоченной ацетоном) сталь марки 08 КП. Толщина цинк-полимерных покрытий составила 16-18 мкм, а толщина полиуретановых покрытий, наносимых методом пневматического распыления 80-85 мкм. Для разбавления полиуретановых композиций во время нанесения использовали растворитель Р-189. Рабочая вязкость составила 15-18 секунд по ВЗ-4, а давление при нанесении 2,5 атмосферы.
Способность к самовосстановлению проверялась при нанесении на покрытия дефектов (протиры губкой Scotch Brite). Протиры наносили вручную движением губки по поверхности с одинаковым нажимом. После протиров блеск покрытий падал.
Процесс восстановления происходит при комнатной или при температуре 600С (выдержка в сушильном шкафу 2 часа). После окончания эксперимента наблюдалось восстановление блеска только с разной скоростью. Мы объясняем восстановление блеска покрытий подвижностью полимерных сегментов в покрытии,
увеличивающихся с ростом температуры.
Данные по оценке эффекта самовосстановления системы покрытий представлены в таблице 3.
Характеристики полиола Synthoester TH 2325 Synthoester TH 2532
Гидроксильное число 200-240 200-240
Содержание гидроксильных групп, % 6,1-7,3 6,1-7,3
Кислотное число Меньше 6 Меньше 6
Таблица 3. Оценка эффекта восстановления финишных покрытий на основе Synthoester ТН 2325 и Synthoester ТН 2532 отвердителя Attonate AL 3600
Основа материала финишного покрытия Synthoester TH 2325 Synthoester TH 2532
Воздействие на покрытие губкой Scotch Brite
Блеск под углом 20 0С 60 0С 20 0С 60 0С
Изначальный блеск 60 87 78 88
Блеск после 30 двойных протиров 11 40 17 46
Потеря блеска, % 82 54 78 48
Блеск после восстановления через 1 сутки при комнатной температуре 11 40 19 51
Блеск после восстановления через 2 часа при 1= 60 0С 44 78 67 82
Безвозвратные потери блеска, % 27 10 14 7
Изначальный блеск 65 87 82 89
Блеск после 60 двойных протиров 13 41 14 41
Потеря блеска, % 80 53 83 54
Блеск после восстановления через 1 сутки при комнатной температуре 19 50 18 47
Блеск после восстановления через 2 часа при 1= 60 0С 63 84 76 87
Безвозвратные потери блеска, % 3 3 7 2
На основании проведенных исследований лакокрасочную систему покрытий, состоящую из катафорезного грунтовочного
наноструктурированного пигментированного цинк-полимерного покрытия и полиуретанового лакового покрытия на основе полиола Synthoester ТН 2325 и изоцианатного отвердителя Attonate AL 3600 или полиола Synthoester ТН 2532 и Attonate AL 3600, можно рекомендовать как функциональную систему, способную к проявлению барьерных свойств и эффекта самовосстановления.
Работа выполнена в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 - 2020 годы» (идентификатор проекта RFMEFI57417X0133).
Список литературы
1. Галкина Ю.В. Самовосстанавливающиеся покрытия //Лакокрасочные материалы и их применение . -2016. -№9. - С. 28-29.
2. Б. Мюллер, Пот У. Лакокрасочные материалы и покрытия. Принципы составления рецептур. -М.: ООО «Пэйнт-Медиа», 2007. - 237 с.
3. 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.
4. 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.
5. Квасников М.Ю., Павлов А.В., Силаева А.А., Варанкин А.В., Антипов Е.М., Киселев М.Р., Крылова И.А., Королев Ю.М. свойства металлополимерных покрытий, получаемых совместным электроосаждением на катоде полиэлектролита и металлов //Физикохимия поверхности и защита материалов. - 2016. -Т. 52. -№ 6. -С. 640-649.
