Научная статья на тему 'Модификация стирол-акрилового пленкообразователя кислотноактивированным каолином для повышения защитных свойств лакокрасочных покрытий'

Модификация стирол-акрилового пленкообразователя кислотноактивированным каолином для повышения защитных свойств лакокрасочных покрытий Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
178
46
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
НАПОЛНИТЕЛЬ КАОЛИН / КИСЛОТНАЯ АКТИВАЦИЯ / ВОДНОДИСПЕРСИОННЫЕ ЛАКОКРАСОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ / АДГЕЗИОННАЯ ПРОЧНОСТЬ / ACID ACTIVATION / STYRENE-ACRYLIC COPOLYMERS / KAOLIN / ADHESION / PAINT COATINGS

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Строганов В. Ф., Амельченко М. О.

В статье приведены результаты исследований свойств лакокрасочных покрытий наполненных каолином, активированным 3 % раствором уксусной кислоты (УК-каолин). Установлено, что введение УК-каолина в защитные покрытия способствует незначительному улучшению значений показателей укрывистости и смываемости в 1,2 раза, по сравнению с защитными покрытиями наполненных обычным каолином. Кроме того, наполнение УК-каолином способствует увеличению адгезионной и когезионной прочностей.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим технологиям , автор научной работы — Строганов В. Ф., Амельченко М. О.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Modification of styrene-acrylic film former by acid-activated kaolin to improve the protective properties of coatings

Results of researches on filling styrene-acrylic dispersions by the acid activated kaolin (AA-kaolin) are given in article. It is established that introduction of the AA-kaolin to coatings on water dispersion of E-21 (40-50 %) and E-25 (25-30 %) promotes some improvement of indicators of covering ability and rinsability by 1,2 times, in comparison with paint and varnish coatings filled with an initial kaolin. Increase in maintenance of the AA-kaolin in a covering promotes to «braking» of process waterand moisture absorptions when filling over 40-50 %. These results are caused by the fact that, the increased maintenance of the activated filler promotes education in a covering of more dense structure from mineral substances which interferes with penetration of hostile environment. Besides, filling by the AA-kaolin allows to achieve increase in adhesive and cohesive durabilities, at the same time increase in the last causes decrease of the first.

Текст научной работы на тему «Модификация стирол-акрилового пленкообразователя кислотноактивированным каолином для повышения защитных свойств лакокрасочных покрытий»

УДК 691.261.2: 667.6

Строганов В.Ф. - доктор химических наук, профессор

E-mail: [email protected]

Амельченко М.О. - аспирант

E-mail: [email protected]

Казанский государственный архитектурно-строительный университет

Адрес организации: 420043, Россия, г. Казань, ул. Зеленая, д. 1

Модификация стирол-акрилового пленкообразователя

кислотно-активированным каолином для повышения защитных свойств

лакокрасочных покрытий

Аннотация

В статье приведены результаты исследований свойств лакокрасочных покрытий наполненных каолином, активированным 3 % раствором уксусной кислоты (УК-каолин). Установлено, что введение УК-каолина в защитные покрытия способствует незначительному улучшению значений показателей укрывистости и смываемости - в 1,2 раза, по сравнению с защитными покрытиями наполненных обычным каолином. Кроме того, наполнение УК-каолином способствует увеличению адгезионной и когезионной прочностей.

Ключевые слова: наполнитель каолин, кислотная активация, водно-дисперсионные лакокрасочные материалы, адгезионная прочность.

Ранее [1] нами уже приводились результаты исследований защитных лакокрасочных покрытий (ЛПк), наполненных кислотно-активированным каолином (УК-каолином). Однако объем данных приведенных в данной работе не является достаточным, чтобы представить полную «картину» процессов, происходящих при введении в состав ЛПк УК-каолина. В данной публикации нами предложено расширить, как спектр испытаний лакокрасочных покрытий, так и ассортимент стирол-акриловых дисперсий.

Методы и объекты исследования

В качестве объекта исследования использовали каолин (ТУ 5729-016-48174985-2003).

Получение кислотно-активированного каолина (УК-каолина) заключалось в экспозиции образца исходного наполнителя в 3 % растворе уксусной кислоты в течение 12 часов. Далее наполнитель отфильтровывался и промывался водой, а затем подвергался сушке.

В качестве пленкообразователей выбраны стирол-акриловые дисперсии марки «Лакротэн®»: Э-21, Э-25 и Э-244 (ООО ПКФ «Оргхимпром»).

Для подтверждения влияния активированного наполнителя (АН) на свойства лакокрасочных покрытий проводили частичную замену исходного каолина в рецептуре ЛКМ на 25, 50, 75 и 100 %.

Основные характеристики защитных покрытий определяли согласно методикам ГОСТ: укрывистость (ГОСТ 8784-75), смываемость (ГОСТ 52020-2003), водо- и влагопоглощение (ГОСТ 21513-76), когезионная прочность (ГОСТ 27890-88). Измерение адгезии защитных покрытий проводили на адгезиметре ПСО-5МГ4С (грибок 50х50 мм) и к различным субстратам: цементно-песчаный раствор (ЦПР) и сталь марки 3 (Ст3).

Результаты и их обсуждение

Исследование влияния кислотно-активированного каолина на свойства ЛПк по аналогии с ранее выполненными работами [1, 2]. Анализ полученных результатов по определению укрывистости (D) свидетельствует о том, что наиболее низкие значения D находятся в интервале наполнения 25-30 % для Э-25 и 40-50 % - Э-21 и Э-244 (табл.). Следует отметить, что наименьший эффект от введения УК-каолина наблюдается для ЛПк на дисперсии Э-244. Повышение значений укрывистости при увеличении содержания активированного наполнителя может свидетельствовать о сближении частиц наполнителя с пигментом [3, 4].

Таблица

Укрывистость защитных композиций на УК-каолине

Дисперсия Укрывистость, г/м

0 % 25 % 50 % 75 % 100 %

Э-21 136,03 124,3 118,6 125,32 127,4

Э-25 107,69 95,63 124,03 127,4 130

Э-244 111,34 108,6 106,42 125 136

Результаты испытаний защитных покрытий на смываемость (рис. 1) показали что, минимальные значения достигаются при наполнении 25-30 % для Э-25, и 40-50 % - Э-21, а для ЛПк на Э-244 наблюдается увеличение показателя смываемости, что очевидно можно объяснить возникновением дефектов в защитном покрытии при увеличении содержания активированного наполнителя.

Рис. 1. Смываемость защитных покрытий на УК-каолине

Дополнительным подтверждением предположения о наличии дефектов в лакокрасочных покрытиях на Э-244 при увеличенных содержаниях УК-каолина могут служить испытания на водо- и влагопоглощение (Шп и 'пл) (рис. 2-3).

Анализ результатов водопоглощения (рис. 2) показал, что для ЛПк на Э-21 процесс проникновения водной среды в покрытия замедляется после 50 % замены в них исходного каолина на активированный. Понижение наблюдается также и для защитных покрытий на Э-25 с содержанием активированного наполнителя ~25-30 %. Для покрытий на Э-244 рост водопоглощения происходит «равномерно» по мере увеличения содержания УК-каолина, что подтверждает предположение о возникновении дефектов в покрытии.

Аналогичное поведение кривых наблюдается и при испытании образцов ЛПк на влагопоглощение (рис. 3): для образцов на водной дисперсии Э-21 процесс 'пл замедляется при 50 % частичной замене; для ЗПк на Э-25 наблюдается понижение влагопоглощения при наполнении ~ 25-30 %. Выравнивание значений происходит при степенях наполнения > 50 %. Для защитных покрытий на Э-244 влагопоглощение, как и в случае водопоглощения, увеличивается «равномерно» с увеличением содержания в покрытиях кислотно-активированного каолина.

Рис. 2. Водопоглощение защитных покрытий на различных дисперсиях с содержанием УК-каолина

Рис. 3. Влагопоглощение защитных покрытий на различных дисперсиях с содержанием УК-каолина

Таким образом, при анализе полученных данных наблюдается замедление процессов водо- и влагопоглощения, а также смываемости, при увеличении содержания в ЛПк УК-каолина. Данные результаты можно объяснить тем, что происходит сближение частиц наполнителя друг с другом, при этом в полимерной матрице усиливается взаимодействие с АН. Как следствие, это приводит к образованию более плотной структуры ЛПк.

Как подвтерждение выдвинутым предположениям служат результаты по определению когезионной и адгезионной прочностей (рис. 4-6).

При анализе результатов адгезионной прочности ЗПк к образцам цементно-песчаного раствора установлено (рис. 4), что при наполнении различными активированными наполнителями: максимальные значения адгезии для защитных покрытий на Э-21 достигаются при наполнении 100 %; для ЗПк на Э-25 - 40-50 %; для покрытий на Э-244 - не наблюдается существенных изменений адгезионной прочности при введении АН.

Кривые зависимости адгезионной прочности к Ст-3 от содержания в защитных покрытиях УК-каолина (рис. 5) в полимерной матрице имеют слабовыраженный экстремальный характер при наполнении 25-30 %. Далее значения адгезии монотонно уменьшаются в 1,0-1,4 раза по сравнению с исходными значениями.

Рис. 4. Зависимость адгезии защитных покрытий к ЦПР от содержания в ЛПк наполнителя, активированного 3 % раствором уксусной кислоты

Рис. 5. Зависимость адгезии защитных покрытий к металлу (Ст-3) от содержания в защитном покрытии УК-каолина

Известно [5, 6], что межмолекулярное взаимодействие между защитным покрытием и полимерной матрицей происходит по атомам металла и функциональным группам полимерной матрицы, а введение активированного наполнителя приводит к «переориентации» функциональных групп полимера к активным центрам наполнителя (т.е. увеличение когезионной прочности материала), и как следствие, приводит к понижению адгезионного контакта «ЛПк-субстрат».

Для подтверждения предположения о «переориентации» функциональных групп полимера к активным центра УК-каолина, при увеличении его содержания, нами проведены испытания по определению когезионной прочности (рис. 6) защитных покрытий. Установлено, что увеличение когезионной прочности (оро) взаимосвязано с понижением адгезионной, а затем понижением уровня значений оро, что можно объяснить процессом агрегации частиц наполнителя в полимерной матрице. Стоит отметить, что значения ор0 превышают значения адгезионной прочности, что косвенно свидетельствует о вкладе активированных наполнителей в процесс формирования защитных покрытий.

Рис. 6. Зависимость когезионной прочности защитных композиций от содержания УК-каолина

Выводы

Таким образом, введение УК-каолина в защитные покрытия на водной дисперсии Э-21 (40-50 %) и Э-25 (25-30 %) способствует некоторому улучшению показателей укрывистости и смываемости - в 1,2 раза, по сравнению с ЛПк наполненных обычным каолином. Стоит отметить, что увеличение содержание УК-каолина в покрытии «тормозит» процесс водо- и влагопоглощения при наполнении свыше 40-50 %. Это обусловлено тем что, повышенное содержание активированного наполнителя способствует образованию в покрытии более плотной структуры из минеральных веществ, которая препятствует проникновению водной фазы.

Кроме того, наполнение УК-каолином позволяет добиться увеличения адгезионной и когезионной прочностей, при этом увеличение оро обуславливает понижение адгезионной прочности.

Список библиографических источников

1. Строганов В.Ф., Амельченко М.О. Исследование влияния кислотной активации каолина на свойства водно-дисперсионных защитных покрытий // Известия КГАСУ, 2014, № 4 (30). - С. 284-290.

2. Строганов В.Ф., Амельченко М.О. Влияние термической активации каолина на защитные свойства водно-дисперсионных стирол-акриловых покрытий // Известия КГАСУ, 2015, № 4 (34). - С. 293-298.

3. Мюллер Б., Пот У. Лакокрасочные материалы и покрытия. Принципы составления рецептур. - М.: ООО «Пэйнт-медиа», 2007. - 237 с.

4. Казакова Е.Е., Скороходова О.Н. Водно-дисперсионные акриловые лакокрасочные материалы строительного назначения. - М.: Изд-во ООО «Пэйнт-Медиа», 2003. - 136 с.

5. Степин С.Н., Николаева Т.В., Катнов В.Е. Водная стирол-акриловая дисперсия для антикоррозионных покрытий // Лакокрасочные материалы и их применение, 2014, № 7. - С. 29-31.

6. Николаева Т.В., Родионов Д.А., Степин С.Н. Новая дисперсия ООО «ПКФ «Оргхимпром» для производства высококачественных антикоррозионных грунтовок // Лакокрасочная промышленность, 2008, № 6. - С. 7-10.

Stroganov V.F. - doctor of chemical sciences, professor E-mail: [email protected] Amelchenko M.O. - post-graduate student E-mail: [email protected]

Kazan State University of Architecture and Engineering

The organization address: 420043, Russia, Kazan, Zelenaya st., 1

Modification of styrene-acrylic film former by acid-activated kaolin to improve the protective properties of coatings

Resume

Results of researches on filling styrene-acrylic dispersions by the acid activated kaolin (AA-kaolin) are given in article. It is established that introduction of the AA-kaolin to coatings on water dispersion of E-21 (40-50 %) and E-25 (25-30 %) promotes some improvement of indicators of covering ability and rinsability - by 1,2 times, in comparison with paint and varnish coatings filled with an initial kaolin. Increase in maintenance of the AA-kaolin in a covering promotes to «braking» of process water- and moisture absorptions when filling over 40-50 %. These results are caused by the fact that, the increased maintenance of the activated filler promotes education in a covering of more dense structure from mineral substances which interferes with penetration of hostile environment. Besides, filling by the AA-kaolin allows to achieve increase in adhesive and cohesive durabilities, at the same time increase in the last causes decrease of the first.

Keywords: acid activation, styrene-acrylic copolymers, kaolin, adhesion, paint coatings.

Reference list

1. Stroganov V.F., Amelchenko M.O. Study the effect of acid activated kaolin on the properties of waterborne coatings // Izvestiya KGASU, 2014, № 4 (30). - P. 284-290.

2. Stroganov V.F., Amelchenko M.O. Effect of kaolin thermal activation on the protective properties of styrene-acrylic water-borne coatings // Izvestiya KGASU, 2015, № 4 (34). -P. 293-298.

3. Muller B., Poth U. Paints materials and coatings. Principles of drawing up compoundings. - М.: LLC «Paint-media», 2007. - 237 р.

4. Kasakova E.E., Skorohodova O.N. Waterborne acrylic paints for building and construction. - М.: LLC «Paint-media», 2003. - 136 р.

5. Stepin S.N., Nikolaeva T.V., Katnov V.E. Styrene-acrylic dispersion for waterborne anticorrosion coatings // Lakokrasochnaya promyshlennost', 2014, № 7. - P. 29-31.

6. Nikolaeva T.V., Rodionov D.A., Stepin S.N. New dispersion of LLC «Orgchimprom» to production of high-quality anticorrosive primers // Lakokrasochnaya promyshlennost', 2008, № 6. - P. 7-10.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.