CC BY
95
УДК 667.637.2
О. П. Кузнецова, С. Н. Степин, А. А. Каюмов
ОЦЕНКА КРИТИЧЕСКОГО ОБЪЕМНОГО СОДЕРЖАНИЯ ПИГМЕНТА В ПРОТИВОКОРРОЗИОННЫХ ПОКРЫТИЯХ НА ОСНОВЕ ВОДНОЙ ДИСПЕРСИИ АКРИЛОВОГО СОПОЛИМЕРА
Ключевые слова: водная дисперсия акрилового сополимера, система окрашенный металл-электролит,
электрическая емкость, тетраоксихромат цинка, критическое объемное содержание пигмента.
Важной характеристикой наполненных лакокрасочных материалов (ЛКМ), лежащей в основе расчета их рецептур, является критическое объемное содержание пигментов (КОСП). Пигментирование воднодисперсионных лакокрасочных материалов обладает особенностями, связанными с дисперсным состоянием связующего. В данной работе найдено КОСП в противокоррозионных покрытиях на основе перспективной отечественной водной дисперсии акрилатного сополимера Лакротэн Э-241.
Keywords: water dispersions of acrylic copolymers, system of colored metal-electrolyte, electric capacity, tetraoksihromat zinc, critical volume content of the pigment.
An important characteristic of filled coatings (paints), underlying the calculation of their formulations, is the critical volume content of pigments (СУСР). Pigmentation water-dispersion paints have features associated with the dispersed binder. In this study, found СУСР in anticorrosive coatings based on advanced domestic water dispersion of acrylate copolymer Lakroten E-241.
Введение
Наблюдаемый в последние десятилетия опережающий рост производства ЛКМ на водной основе по сравнению с органоразбавляемыми композициями лакокрасочного назначения связана с экологическими преимуществами использования воды в качестве дисперсионно среды и растворителя. Особенно широкое применение в различных областях народного хозяйства нашли ЛКМ на основе водных дисперсий акриловых сополимеров [1].
Приведенные ранее коррозионные испытания покрытий на основе акрилатной дисперсии Лакротэн Э-241 (ООО «Оргхимром», г.Дзержнск), показали, что их барьерные характеристики превосходят покрытия дисперсий анлогичной природы импортного производства Maincoate PR-71 и Maincoate HG-86ER [2]. Для разработки противокоррозионных грунтовок на основе этой перспективной отечественной пленкообразующей системы необходимо знание критического уровня ее наполнения.
В отличие от органоразбавляемых пленкообразователей алкидного типа, для которых возможен расчет КОСП на основе значения маслоемкости первого рода пигментной части, подобный априорный расчет для воднодисперсионных пленкообразующих невозможен. Это связано с дисперсным характером пленкообразующего, причем высокое значение соотношения йпл/ Dnr, где йпл, Dnr - величины диаметра частиц пленкообразующего и пигмента является одной из причин пониженной «пигментоемкости» пленкообразователей этого типа. Помимо этого, формирование межфазной границы пигмент - связующее в покрытиях на основе пигментированных дисперсий осложняется низкой подвижностью макромолекул пленкообразователя, что может приводить к снижению межфазной адгезии и повышению дефектности лакокрасочной пленки.
Следует отметить, что значения КОСП, определенные различными методами, могут значительно различаться, поэтому в данной работе для оценки этого параметра исследовали зависимость изолирующей способности (важной противокоррозионной характеристики) покрытий от содержания пигмента.
Экспериментальная часть
С целью определения критического уровня наполнения выбранной пленкообразующей дисперсии был получен ряд композиций, содержащих различное количество пигмента. В качестве
147
последнего, учитывая предназначение покрытий, был выбран широко используемый в настоящее время противокоррозионный пигмент тетраоксихромат цинка (ТОХЦ).
Образцы стали 08 кп перед нанесением исследуемых покрытий обрабатывали абразивной шкуркой, после чего обезжиривали ацетоном.
Покрытия толщиной 30 ± 2 мкм наносили на образцы стали центрифугальным методом в три слоя с промежуточной сушкой в течение 30 минут. С целью предотвращения «мгновенной» коррозии стали в процессе формирования покрытия в дисперсии и композиции добавляли 0,5 % ингибитора 8ЕЯ ЛБ 179. После нанесения последнего слоя образцы выдерживали до начала испытаний 7 суток.
Полученные образцы приводили в контакт с 3 %-ным водным раствором хлорида натрия, после чего осуществляли хронопотенциометрические измерения окрашенной стали и мониторинг электрической емкости системы металл-покрытие-электролит. Для измерения потенциала окрашенной стали, находящейся в контакте с электролитом, использовали рН -метр рН-150 М, электрическую емкость измеряли с помощью измеритель иммитанса Е7-21.
Результаты и их обсуждение
На рис. 1 представлены результаты емкостных измерений стали с покрытиями на основе полученных композиций в процессе воздействия коррозионно-активной среды. Анализ полученных данных показывает, что по мере повышения содержания ТОХЦ в лакокрасочной пленке наблюдается увеличение значений емкости системы металл-покрытие-электролит.
При построении зависимости установившегося значения емкости от объемного содержания пигмента при низких уровнях наполнения наблюдается линейная зависимость С(ф) (рис. 2, кривая 1), что свидетельствует о монотонном снижении барьерных свойств лакокрасочной пленки. Последнее, по-видимому, обусловлено наличием в ТОХЦ водорастворимых веществ, способствующих повышению гидрофильности покрытия.
При увеличении содержания пигмента выше 8 об. % зависимость С(ф) отклоняется от линейности, что является следствием появления в лакокрасочной пленке дефектов в результате превышения критического уровня наполнения [3]. Подтверждением этого является экстремальная зависимость адгезии от содержания пигмента (рис. 2, кривая 2), максимум на которой совпадает с изгибом зависимости С(ф).
Визуальная оценка состояния испытуемых покрытий через 500 часов испытаний показала отсутствие коррозионного поражения стали под лакокрасочной пленкой при уровнях наполнения до 10 об. %. В последнем случае уже через 250 часов контакта с 3 %-ным водным раствором хлорида натрия появляются следы подпленочной коррозии.
Рис. 1 - Зависимость значений электрической емкости (С) стали с грунтовочными покрытиями на основе Лакротэн Э-241, содержащие ТОХЦ: 1 - 0%; 2 - 4%; 3 - 6%; 4 - 8%; 5 - 10%, от времени (1) контакта с водным раствором хлорида натрия
Рис. 2 - Зависимость свойств покрытий (С, А) на основе дисперсии Лакротэн Э-241 от наполнения (ф) ТОХЦ
Полученные результаты свидетельствуют о том, что критическое объемное содержание пигментов (КОСП) в противокоррозионных покрытиях на основе водной дисперсии Лакротэн Э-241 составляет 8 об. %.
Объемное содержание пигментов (ОСП) в грунтовочных покрытиях обычно принимают равным от 0,75 до 0,95 от КОСП. Поэтому рекомендуемое значение ОСП для расчетов лакокрасочных композиций на основе Лакротэн Э-241 составляет 7,5 об. %.
Литература
1 Верхолонцев, В.В. Водные краски на основе синтетических полимеров / В.В. Верхолонцев. - Л,: Химия, 1968. - 200 с.
2 Кузнецова, О. П. Противокоррозионные свойства покрытий на основе водных дисперсий акриловых сополимеров / О.П. Кузнецова, А.А. Каюмов, С.Н. Степин, А.П. Светлаков // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2010. - № 10. - С. 566-569.
3 Кузнецова, О.П. Определение критического уровня наполнения покрытий противокоррозионного назначения на основе емкостных измерений системы окрашенный металл - электролит / О.П. Кузнецова, И.М. Сиразина, С.Н. Степин, А.П. Светлаков // Международная научно-практическая конференция «Перспективные инновации в науке, образовании, производстве и транспорте 2007 года». - Одесса, 2007. - Т.3. - С. 67-68.
© О. П. Кузнецова - канд. техн. наук, ст. препод. кафедры дизайна КГТУ, [email protected]; С. Н. Степин - д-р хим. наук, проф., зав. каф. химической технологии лаков, красок и лакокрасочных покрытий КГТУ; А. А. Каюмов - аспирант той же кафедры.
