CC BY
98
НАУЧНЫЕ ВЕДОМОСТИ
Серия Естественные науки. 2015. № 15 (212). Выпуск 32 141
ХИМИЯ
УДК 620.192.42:667.6
МОРОЗОСТОЙКОСТЬ НЕОТВЕРЖДЕННОЙ И ОТВЕРЖДЕННОЙ КОМПОЗИЦИИ ЗАЩИТНО-ДЕКОРАТИВНОГО ПОКРЫТИЯ
FREEZING TEST OF UNCURED AND CURED COMPOSITION OF PROTECTIVE-
DECORATIVE COATING Л.Ю. Сахнова, О.А. Воронцова, А.И. Везенцев
L.Y. Sakhnova, O.A. Vorontsova, A.I. Vezentsev
Белгородский государственный национальный исследовательский университет, Россия, 308015, г. Белгород,
ул. Победы, 85
Belgorod State National Research University, 85, Pobeda St, Belgorod, 308015, Russia E-mail: vorontsova@bsu.edu.ru
Ключевые слова: морозостойкость, функциональные покрытия, защитно-декоративные покрытия, жидкое стекло, латекс.
Key words: frost-resistance, freeze resistance, functional coatings, protective-decorative coating, soluble water glass, latex.
Аннотация. Представлены результаты испытаний на морозостойкость неотвержденного и отвержденного композиционного материала защитно-декоративного назначения. Морозостойкость -способность материала выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без видимых признаков разрушения покрытия и без значительного понижения технических характеристик. В качестве пленкообразователя использовали калиевое или калий-натриевое жидкое стекло и акриловую дисперсию, твердая часть представлена микрокальцитом, оксидом цинка и мелом. Выявлено, что неотвержденный композиционный материал выдерживает 5 циклов замораживания-оттаивания без потери эксплуатационных характеристик. Испытания на морозостойкость отвержденного защитно-декоративного покрытия проводили на асбесто-цементных подложках; показано, что покрытие является морозоустойчивым, после 10 циклов замораживания-размораживания в толще воды процент отслоения покрытия составляет около 7% и 15-20% -после 20 циклов замораживания-размораживания.
Resume. This study presents experimentally freezing test of uncured and cured composition of protective-decorative coating. Freeze resistance is a capability of coating hold multicycles of freezing-defrosting without material recession of technical characteristics (coverage, coagulation stability, seeds). Film-forming’s coating consists of potassium or potassium-sodium silicate water glass and latex (dispersion acrylic-methacrylic ester polymer). Filler and pigment are presented by microcalcite, zinc oxide and chalk. Uncured compositions have put up with five cycles of freezing-defrosting without loss of technical characteristics. Freezing tests of cured composition of protective-decorative coating on cement-asbestos board have shown that coating is frostproof. Depreciation rate is 15-20% after 20 cycle of freezing-defrosting in water environment. We recommend bilayer coating.
Введение
Одной из важнейших задач в строительстве и отделке зданий и сооружений является разработка рецептуры для защитно-декоративных покрытий различного назначения -покрытие стен, фасадов, интерьера, выполненных из различных материалов (асбестоцементные изделия, бетонные плиты, кирпич, керамическая облицовочная плитка, штукатурка). Покрытия, в которых используется неорганический пленкообразователь на основе жидкого калиевого или натриевого стекла, являются экологически чистыми, обладают высокими эксплуатационными качествами, пожаровзрывобезопасны, имеют более низкую стоимость в сравнении с органическими красками. В коллоидно-дисперсные силикатные краски нового поколения вводят различные дисперсии полимеров, функциональных добавок, наполнителей и пигментов, однако не все краски являются морозостойкими, хотя этот показатель очень важен для климатических условий нашей страны. Морозостойкость -способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без видимых признаков разрушения и без
142
НАУЧНЫЕ ВЕДОМОСТИ
ерия Естественные науки. 2015. № 15 (212). Выпуск 32
значительного понижения прочности [ЛКМ портал]. От морозостойкости в основном зависит долговечность строительных материалов в конструкциях и сооружениях. Морозостойкость неотвержденного лакокрасочного материала оценивается в количестве циклов замораживания и оттаивания, которые не сказываются значительным образом на свойствах материалов. Морозостойкость также важна при транспортировке и хранении лакокрасочных материалов. В НИУ «БелГУ» разрабатывают рецептуру композиций защитно-декоративного назначения на основе калий-натриевого жидкого стекла и латекса, ранее были исследованы коллоиднохимические [Богданов, 2013б; Сахнова, Воронцова, 2014] и биоцидные свойства [Богданов, 2013а], повышение влагостойкости силикатных покрытий [Богданов, 2013в], а также пожаровзрывобезопасность [Богданов, 2014].
Целью данной работы является исследование на морозостойкость неотвержденной композиции защитно-декоративного назначения и готового отвержденного покрытия на подложке из асбесто-цемента.
Экспериментальная часть
Лакокрасочные материалы состоят из двух основных компонентов - жидкая фаза, представленная пленкообразующими или пленкосвязующими веществами (идентичные понятия в отечественной терминологии), и твердая фаза, которая представлена пигментами, наполнителями и др. В исследуемой композиции пленкообразователь представлен неорганической и органической составляющей: в качестве неорганической части
использовался жидкое калиевое стекло или смесь калиевого и натриевого стекол (р =1.2
г/ см3, силикатный модуль 3.5-3.9); в качестве органической части использовали латекс НОВОПОЛ 110 (ООО «Группа «ХОМА»), который является дисперсией сополимеров эфиров акриловых и метакриловых кислот и стирола, не содержащий пластификаторов, стабилизированный анионными и неионными ПАВ. Данная дисперсия рекомендована для производства универсального связующего для ЛКМ строительного назначения, в которых требуется повышенная водостойкость и стойкость к щелочам. Твердая часть представлена микрокальцитом, оксидом цинка и мелом (МТД-2). Составы композиции защитнодекоративного покрытия приведены в таблице 1.
Состав композиции защитно-декоративного покрытия The composition of protective and decorative coatings
Таблица 1 Table 1
Ингредиент Содержание, г
Состав 1 Состав 2 Состав 3 Состав 4
Жидкое калиевое стекло 24 35 36 45
Жидкое натриевое стекло 10 9 4 -
НОВОПОЛ-110 16 20 9 10
Вода 30 20 25 20
Микрокальцит 7 7 8 7
Оксид цинка 7 7 8 8
Мел 6 2 6 10
Итого 100 100 100 100
В качестве диссольвера для смешивания жидкой и твердой части композиции использовали лабораторную диспергирующую установку ЛДУ-3 МПР. Жидкость, полученную при первичном промывании диссольвера после диспергирования твердой фазы в пленкообразователе можно использовать в качестве грунтовки. Таким образом, одна технологическая операция дает два конечных потребительских продукта: грунтовку и краску, что способствует экономии природных ресурсов, в частности - воды. Данный технологический прием повышает экологическую чистоту производства, так как это значительно уменьшает количество сточных вод, по предварительной оценке в 2-4 раза.
На основе ГОСТ 28196-89 для водно-дисперсионных красок разработана методика определения морозоустойчивости неотвержденной композиции защитно-декоративного покрытия: пластиковую тару до половины заполняют неотвержденной композицией и помещают в морозильную камеру на 6 часов при температуре -18°С, после чего оставляют на 18 часов при комнатной температуре (+20°С). Цикл повторяют 5 раз. Краска считается морозостойкой, если после пяти циклов замораживания-размораживания в тонком слое краски не появились твердые комочки.
НАУЧНЫЕ ВЕДОМОСТИ
Серия Естественные науки. 2015. № 15 (212). Выпуск 32 143
Результаты и их обсуждение
После 5 циклов замораживания-размораживания композиционный материал был тщательно перемешан и нанесен на контрастную по цвету подложку, композиционный материал, не подвергавшийся испытанию, также был нанесен на контрольную подложку. Визуально была определена устойчивость композиции к коагуляции: после 5 циклов замораживания-размораживания композиционный материал не изменил свою текстуру и укрывную способность. Неотвержденный композиционный материал защитно-декоративного назначения выдерживает 5 циклов замораживания-размораживания без потери эксплуатационных характеристик, и по этому параметру является морозостойким и удовлетворяет техническим требованиям, предъявляемым к водно-дисперсионным краскам.
Также была испытана морозостойкость отвержденного покрытия, были испытаны 3 способа окрашивания асбесто-цементных изделий:
- грунтовка и нанесение покрытия в один слой (Грунт+краска);
- грунтовка и нанесение покрытия в два слоя (Грунт+краска-2);
- нанесение покрытия в два слоя без грунтовки (Краска-2).
Каждый вид окрашивания испытывался на 3 образцах (плитках).
После серии экспериментов оценивался внешний вид, и процент износа (отслоения) покрытия. Процент износа определяется как отношение площади отслоившегося покрытия ко всей площади первоначально произведенного окрашивания. Результаты эксперимента приведены в таблице 2.
Таблица 2
Определение износа покрытия после циклов замораживания-размораживания
Table 2
Depreciation rate after cycles of freezing-defrosting in water environment
Вид покрытия 5 циклов 10 циклов 20 циклов
Грунт+краска 4-6% 7-10% 20-30%
Г рунт+краска-2 3-5% 5-7% 15-20%
Краска-2 3-5% 5-7% 15-20%
Исходя из экспериментальных данных, рекомендуемая методика окрашивания - в два слоя, с временем просушки после нанесения 1 слоя не менее 40 минут.
Заключение
Неотвержденный композиционный материал защитно-декоративного назначения выдерживает 5 циклов замораживания-размораживания без потери эксплуатационных характеристик, и по этому параметру является морозостойким и удовлетворяет техническим требованиям. Испытания морозостойкости отвержденного покрытия на асбесто-цементных подложках в водной среде, показало, что процент износа составляет около 7% после 10 циклов замораживания-размораживания, и 15-20% после 20 циклов. Таким образом, как неотвержденный композиционный материал защитно-декоративного назначения, так и покрытие на его основе являются морозостойкими. Рекомендуется использовать окрашивание в два слоя.
Список литературы References
1. Богданов В.Н., Буханов В.Д., Везенцев А.И., Воронцова О.А. 2013. Бактерицидное действие экспериментального композиционного материала защитно-декоративного назначения. Бутлеровские сообщения, 34 (5): 100-105.
Bogdanov V.N., Buhanov V.D., Vesentsev A.I., Vorontsova O.A. 2013. The bactericidal action of experimental composite material of protective and decorative purposes. Butlerovskie soobshhenija [Butlerov Communications], 34 (5): 100-105. (in Russian)
2. Богданов В.Н., Воронцова О.А., Везенцев А.И. 2013. Коллоидно-химические свойства неотвержденной композиции защитно-декоративного покрытия. Лакокрасочные материалы и их применение, (1-2): 62-65.
Bogdanov V.N., Vorontsova O.A., Vesentsev A.I. 2013. Colloid-chemical properties of the uncured composition of protective-decorative coating. Lakokrasochnye materialy i ih primenenie [Russian Coatings Journal], (1-2): 62-65. (in Russian)
144
НАУЧНЫЕ ВЕДОМОСТИ
ерия Естественные науки. 2015. № 15 (212). Выпуск 32
3. Богданов В.Н., Перистый В.А., Везенцев А.И., Корниенко И.Д., Перистая Л.Ф., Воронцова О.А., Козырева Ю.Н. 2013. Повышение прочности и влагостойкости силикатных защитных покрытий по металлу. Химическая промышленность сегодня, 6: 7-11.
Bogdanov V.N., Peristy V.A., Vesentsev A.I., Kornienko I.D., Peristaya L.F., Vorontsova O.A., Kozyreva Y.N. 2013. Increased adhesive strength and moisture resistance of silicate coatings for metal surface. Khimicheskaya Promyshlennost’ segodnya [Chemical Industry Today], 6: 7-11. (in Russian)
4. Богданов В.Н., Сахнова Л.Ю., Воронцова О.А. 2014. Разработка пожаровзрывобезопасного защитно-декоративного покрытия. В кн.: Moderni vymozenosti vedy. Materialy X Mezinarodni vedecko-prakticka konference. Dil 31. Chemie a chemicka technologie. Zemepis a geologie (Praha, 7 января - 5 февраля 2014 г.). Praha: 9-12.
Bogdanov V.N., Sakhnova L.Y., Vorontsova O.A. 2014. Development of fire-explosion safety protective-decorative coating. In: Moderni vymozenosti vedy. Materialy X Mezinarodni vedecko-prakticka konference. Dil
31. Chemie a chemicka technologie. Zemepis a geologie (Praha, 7 janvarja - 5 fevralja 2014 g.) [Modern conveniences science. Materials X International scientific-practical conference. Dil 31. Chemistry and Chemical Technology. Geography and Geology (Praha, 7 January - February 5 2014)]. Praha: 9-12. (in Russian)
5. ЛКМ портал. Морозостойкость. URL: www.lkmportal.com/enc/morozostoykost (06 апреля 2015).
LKM portal. Morozostoykost’. [Paints and lacquers’ portal. Frost-resistance]. Available at:
www.lkmportal.com/enc/morozostoykost (accessed 06 April 2015).
6. Сахнова Л.Ю., Воронцова О.А. 2014. Коллоидно-химические свойства пленкообразователя на основе калий-натриевого жидкого стекла и латекса. В кн.: Наукоемкие технологии и инновации. Сборник докладов Юбилейной международной научно-практической конференции, посвященной 60-летию БГТУ им. В.Г. Шухова. (г. Белгород, 9-10 октября 2014 г.). Белгород, Изд-во БГТУ: 256-259.
Sakhnova L.Y., Vorontsova O.A. 2014. Colloid-chemical properties of the film-forming on base of potassium-sodium silicate water glass and latex. In: Naukoemkie tekhnologii i innovacii: sbornik dokladov ubileynoy mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferencii, posvyashennoy 60-letiyu BGTU im. V.G.Shuhova (g. Belgorod, 9-10 oktyabrya 2014 g.) [High technologies and innovation: book of reports of the Jubilee International research and practice conference, deals with 60th anniversary of BSTU named after V.G. Shukhov (Belgorod, 9-10 October 2014)]. Belgorod, Izd-vo BGTU: 256-259. (in Russian)
