CC BY
28
УДК 667
И. В. Усманов, Э. Д. Усманова, С. Н. Степин
ОПТИМИЗАЦИЯ СОСТАВА ПИГМЕНТНОГО ФЕРРИТА КАЛЬЦИЯ
НА ОСНОВЕ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА
Ключевые слова: феррит кальция пигментный прокалочный,бегхаузная пыль,кальция гидроксид, отход, состав шихты, оптимизация свойства, защитные, грунтовок пигмента содержание.
Осуществлена оптимизация свойств ферритного пигмента, получаемого прокаливанием смеси бегхаузной пыли (отход переработки стали) и гидроксида кальция (отход получения ацетилена), базирующаяся на результатах исследования защитных свойств алкидных грунтовок, с различным содержанием синтезированных пигментов, отличающихся соотношением исходных компонентов шихты.
Key words: calcium ferrite pigment calcination walk-throat dust calcium hydroxide waste components optimization properties protective pigments primer.
Optimization of the properties of the ferritic pigment obtained by calcination of the mixture of airless dust (steel processing waste) and calcium hydroxide (acetylene recovery waste) based on the results of the investigation of the protective properties of alkyd primers with different content of synthesized pigments differing in the ratio of the initial components of the charge was carried out.
Ферритные пигменты во многих случаях являются экологически полноценной заменой токсичных хромсодержащих пигментов ингибирующего типа [1]. Особенно перспективно получение ферритов с использованием в качестве сырья отходов производства. В [2] показана возможность синтеза феррита кальция (ФКл) с использованием образующейся при переработке черных металловбегхауз-ной пыли (БХП), которая в своем составе содержит по большей части оксид железа и гидроксида кальция, представляющего собой побочный продукт получения ацетилена. Термический анализ показал, что диспергирование компонентов перед прокаливанием шихты позволяет снизить температуру синтеза. Полученные результаты позволили выбрать технологию получения ферритного пигмента, включающую предварительную дезагрегацию шихты до максимального размера частиц 30 мкм и ее термообработку в течение 4,5 часа при 850 0С.
В данной работе исследовали влияние состава шихты на противокоррозионные свойства феррита кальция с целью выбора оптимального соотношения компонентов. Выбор базировался на результатах испытания алкидных грунтовок, пигментированных продуктами прокаливания, без перекрытия и с перекрытием алкидной эмалью ПФ-115 (ГОСТ 6465-76). Элементный анализ пигмента проводили с использованием спектрометра iCAP 6300 Duo, в котором используются оптическая схема Эшелле и полупроводниковый CID-детектор. Контроль спектрометра обеспечивается с применением компьютера и программного обеспечения iTEVA.
Содержание водорастворимых веществ в пигменте определяли методом горячей экстракции [3].
Технические характеристики пигментов такие как: маслоемкость первого рода определяли по ГОСТ 21119.8-75 с помощью стеклянной палочки; плотность пигмента определялипо ГОСТ 21119.5-75с помощью стеклянного пикнометра объемом 510 мл, в качестве растворителя использовали уайт-спирит. Укрывистость пигмента определяли визуальным методом (ГОСТ 8784-75).
Так же определяли рН водных вытяжек пигментов и экстрактов покрытийнепосредственно перед электрохимическими испытаниями с помощью лабораторного рН-метра рН-1500 со встроенным стеклянным электродом по ГОСТ 21119.3-91.
При подготовке к проведению электрохимических испытаний были использованы двухэлектрод-ная ячейка, образующая с дном стакана участок покрытия площадью 7,07 см2 и параллельно расположенная стальная пластина, которые служили рабочими электродами. Двух электродную ячейку готовили с помощью стеклянного цилиндра наклеенного на образец с внутренним диаметром 3 см.
Зависимости хронопотенциометрических кривых получили с помощью потенциометра рН-метра (рН-150М) - неравновесный электродный потенциал стали с лакокрасочным покрытием от продолжительности коррозионных испытаний.
Подготовка поверхности образцов стали 08кп перед нанесением покрытий,проводилась в ручную, с помощью наждачной шкурки зернистостью 4 до одинаковой степени шероховатости с последующей протиркой ватными тампонами смоченными растворителями уайт-спиритом, а затем ацетоном для обезжиривания поверхности. Сушку покрытий проводили на воздухе в течение 20 мин (ГОСТ 9.402-80).
На основе лака ПФ-060 били приготовлены ряд композиций с различным объемным содержанием пигментов, которые использовались в дальнейших испытаниях. Пигментная часть грунтовок состояла на 75% из полученных ФКл различного состава и на 25% из микроталька. По значениям плотности пигментной смеси и маслоемкости были рассчитаны значения критического объемного содержания синтезированных ФКл в покрытиях, уровень наполнения лакокрасочных пленок для антикоррозионных испытаниях составлял 80% от критического. Получение лакокрасочных композиций включало смешение лака ПФ-060 с расчетным количеством пигментов и наполнителей с последующим диспергированием пигментных паст на лаборатор-
ном диспергаторе при скорости 1000 об/мин до степени перетира не более 30 мкм по прибору «Клин» (ГОСТ 6589-74).
Перед нанесением лакокрасочный материал тщательно перемешивается и отфильтровывается через сито с диаметром сеток 01-02 (ГОСТ 661386), затем разбавляетсяуайт-спиритом и доводится до рабочей вязкости по вискозиметру ВЗ-246 с диаметром сопла 4 мм. Период между подготовкой поверхности и нанесением лакокрасочного материала не превышал 2 часов.
Лакокрасочный материал наносили в три слоя спиральным ракелем. Формирование лакокрасочных покрытий осуществляли в естественных условиях в течение 3 суток. Покрытия наносили в три слоя, толщина покрытий составила 30-40 мкм. Толщину лакокрасочного покрытия определяли с помощью толщиномера ТТ 210.
Результаты хронопотенциометрии и визуальной оценки степени коррозионного поражения окрашенных образцов через 500 ч контакта с 3%-ным водным раствором хлорида натрия. сведены в таблице 1. Их анализ позволяет сделать заключение о том, что значение коррозионного потенциала стали достигает максимальной величины как в случае перекрытого грунтовочного покрытия, так и без перекрытия при мольном соотношении компонентов в шихте 1:0,4, что коррелирует с величиной коррозионного поражения подложки (на стали с комплексным покрытием следы коррозии отсутствуют). Увеличение и снижение доли гидроксида кальция в шихте приводит к разблагораживанию значения коррозионного потенциала стали и возрастанию степени коррозионного поражения ее поверхности.
Таблица 1 - Результаты покрытий с различным содержанием пигмента ФКП
Параметр Мольное соотношение между Fe2O3 и СаО
1:0,76 1:0,66 1:0,52 1:0,40 1:0,28 1:0,20
Без пере ре- кры-тия Е, мВ -310 -100 -170 50 -300 -300
Sкор, % 28 15 3 0,5 30 80
С пере ре- кры- Е, мВ -100 50 150 210 170 -30
Sкор, % 20 10 3 0 25 70
тием
Результаты испытаний пигментированных покрытий были подтверждены исследованиями воздействия на сталь водной вытяжки синтезированного феррита. Величина тока коррозии стали, контактирующей с водной вытяжкой ФКл оптимального состава, содержащей 3 хлорида натрия составила 60,3+5,9 мкА/см2, тогда как аналогичная величина для тетраоксихромата цинка (наиболее эффектив-
ного, но высокотоксичного противокоррозионного пигмента) составила 121+6,3 мкА/см2, что в два раза больше.
В таблице 2 приведены основные характеристики ФКл, элементный состав которого: Fe = 42.857%, Са = 8.042%, А1 = 0.314%, Mg = 2.172%, Мп = 0.876%, Si = 0.757%.
Таблица 2 -Технические характеристики ФКП
Характеристика Значение
1. Содержание водорастворимых веществ, % 1,2
2. рН водной вытяжки 11
3. Маслоёмкость, г/100г 25
4. Укрывистость, г/м2 32
5. Плотность, кг/м3 3600
^ 40200
0 10 20 30 40 50 60 время, мин
Рис. 1 - Изменение степени дисперсности КЖП (1) и ФКл (2) в процессе диспергирования в ал-кидном лаке ПФ-060
Анализ данных, приведенных в табл. 1 и сопоставление скоростей дезегрегации ФКл и красного железооксидного пигмента, широко используемого в рецептурах противокоррозионных грунтовок (рис. 1), показывает, что по диспер-гируемости и другим показателям синтезированный феррит удовлетворяет требова-ниям к пигментам для лакокрасочных материалов.
Литература
1. Grigoriev D.O., Vakhitov T., Stepin S.N. Ferrites as Non-toxic Pigments for Eco-friendly Corrosion Protection Coatings // Bi-obased and Environmental Benign Coatings. U.K.: Wiley, 2016. pp.71-86.
2. Усманов И.В., Вахин А.В., Светлаков А.П., Степин С.Н. Фер-ритный пигмент на основе отходов литейного производства // Лакокрасочные материалы и их применения. - 2008. - № 10. -С. 40-42.
3. Горловский, И.А. Лабораторный практикум по пигментам и пигментированным лакокрасочным материалам / И.А. Горловский, Е.А. Индейкин, И.А. Толмачев. - Л.: Химия, 1990. - 240 с.
© Э. Д. Усманова - к.т.н., доц. каф. «Химическая технология лаков, красок и лакокрасочных покрытий», КНИТУ, engi23@mail.ru; И. В. Усманов -к.т.н., доц. той же кафедры; С. Н. Степин - д.х.н., проф. каф. «Химическая технология лаков, красок и лакокрасочных покрытий», КНИТУ.
© E D. Usmanova - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the "Chemical technology of varnishes and paint coatings" Department, KNRTU, engi23@mail.ru; I. V. Usmanov - Ph.D., Associate Professor of the Department. "Chemical technology of varnishes, paints and varnish coatings", KNRTU; S. N. Stepin- Doctor of chemical sciences, professor of the department. "Chemical technology of varnishes, paints and varnish coatings", KNRTU.
