CC BY
11
УДК 667.6
Пелясова Д.А., Лвин Ко Ко, Квасников М.Ю.
ПИГМЕНТИРОВАННЫЕ КАДМИЙ-ПОЛИМЕРНЫЕ ПОКРЫТИЯ
Пелясова Дарья Александровна, магистрант 1-го года обучения кафедры химической технологии полимерных композиционных лакокрасочных материалов и покрытий, e-mail: billie.redson@gmail.com;
Лвин Ко Ко, аспирант 3-го года обучения кафедры химической технологии полимерных композиционных лакокрасочных материалов и покрытий;
Квасников Михаил Юрьевич, д.т.н., профессор кафедры химической технологии полимерных композиционных лакокрасочных материалов и покрытий;
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева; Россия, 125047, Москва, Миусская пл., д. 9.
В настоящей работе представлены результаты исследований получения пигментированных кадмий-полимерных покрытий. Были определены оптимальное соотношение пигмент/связующее, время и напряжение нанесения.
Ключевые слова: электроосаждение, лакокрасочные покрытия; металл-полимерные покрытия.
PIGMENTED CADMIUM-POLYMER COATINGS
Pelyasova D.A., Lwin Ko Ko, Kvasnikov M. Y.
D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia.
This article presents the results of these studies to obtain pigmented cadmium-polymer coatings. The optimum ratio of pigment/binder, time and stress of application were determined.
Keywords: electrodeposition; paints and varnishes; metal-polymer coatings.
В состав большинства лакокрасочных систем кроме пленкообразователей входят пигменты и наполнители. Пигмент влияет не только на внешний вид и свойства покрытий, но также на протекание процесса электроосаждения. Осаждение частиц пигмента на катоде при протекании электрического тока целиком зависит от пленкообразователя. Однако пигмент, как составная часть формирующейся пленки, влияет на параметры процесса электроосаждения и свойства образующегося покрытия. При этом изменяются электрические и временные параметры электроосаждения.
Введение пигмента влияет на рассеивающую способность лакокрасочного материла, которая зависит от ряда факторов, в частности от способности пигмента изменять электрическое сопротивление осажденной пленки. Толщина пленки, получаемой электроосаждением, зависит от ее сопротивления, поэтому пигмент влияет на толщину покрытия.
С увеличением продолжительности процесса электроосаждения толщина покрытия возрастает до определенного предела. С ростом напряжения выход покрытия, как правило, увеличивается, но после превышения некоторого его значения на покрытии образуется так называемый «дефект переосаждения» («наплывы» или «апельсиновая корка»), а также могут возникать кратеры на покрытии. Рост электрических параметров интенсифицирует побочные реакции, которые наблюдаются при электроосаждении. Электролиз воды при этом ускоряется, что сопровождается повышенным
газообразованием и, как следствие, кратерообразованием на покрытиях. На практике стараются работать при максимально допустимом напряжении, так как рассеивающая способность пропорциональна напряжению. Продолжительность процесса электроосаждения, как правило, составляет 1,5-3 минуты.
С ростом продолжительности процесса и электрических параметров рассеивающая способность системы и защитные свойства покрытия улучшаются, но эта зависимость не является прямо пропорциональной. На кривых, выражающих эту зависимость, имеются максимумы, соответствующие возникновению указанного выше дефекта «переосаждения».
Обычно электроосаждение осуществляется при постоянных величинах напряжения
(потенциостатический режим) или силы тока (гальваностатический режим). Оптимальные параметры зависят от типа лакокрасочных материалов (ЛКМ)[1].
Работа проводилась с использованием промышленного лакокрасочного материла фирмы «BASF» CATHOGUARD 580 ASM10 FARBLOS, поставляемого в двух упаковочной форме: водного раствора эпоксиаминного аддукта,
модифицированного блокированным изоцианатом, нейтрализованного уксусной кислотой и пигментной пасты на основе указанного плёнкообразователя с добавлением сажи и диоксида титана.
Готовили водный раствор олигомерного полиэлектролита при концентрации 15 % масс. по сухому остатку с добавлением пигментной пасты
для достижения различных соотношений пигмент/связующее, а именно 1:3, 1:4, 1:5. Установлено, что водные растворы ацетата кадмия и полиэлектролита полностью совместимы в широком диапазоне соотношений компонентов. При этом ни агрегативная, ни кинетическая устойчивость систем не нарушаются. К раствору олигомера при перемешивании добавлялся раствор ацетата кадмия до достижения концентрации в композиции 11,7 г/л.
Электроосаждение проводили в
термостатируемой ванне объемом 500 мл. Катодами служили предварительно обезжиренные пластинки из стали марки 08 КП (AISIA622) площадью 0,2 дм2 обезжиренные и подготовленные согласно требованиям ISO 1513:2010. Поскольку матрица покрытия формируется на основе
полиэлектролитного компонента, оптимальными условиями для получения покрытия были признаны параметры процесса, приближенные к параметрам катодного электроосаждения полиэлектролита, а именно: режим постоянного напряжения в пределах от 100 до 220 В, температура рабочего раствора 30-35°С, рН - 5-5,5. Термоотверждение проводили при 180°С для полимерного покрытия и 170°С для кадмий-полимерного в течение 25 минут. В указанных условиях формировались бездефектные
ровные покрытия, удовлетворяющие по внешнему виду ISO 4628 (ГОСТ Р 51691-2008). Таким образом, были получены пигментированные лакокрасочные полимерные и металл-полимерные покрытия [2].
Введение проводящих пигментов, например, некоторых сортов сажи, при высокой степени пигментирования настолько снижает сопротивление пленки, что позволяет получить методом электроосаждения двухслойные покрытия [1]. В данной работе в качестве пигментной пасты использовалась система с высоким содержанием сажи. Предполагалось, что благодаря понижению общего сопротивления пленки, оптимальные условия нанесения изменятся, а именно: напряжение уменьшится, а время увеличится.
Проведены практические исследования для проверки выдвинутых предположений.
Для выбора оптимального соотношения пигмент/связующее были приготовлены композиции с различным содержанием пигмента и полиэлектролита. Исходя из рекомендаций производителя по содержанию сухого остатка 20% от объема ванны, были рассчитаны рецептуры трех композиций с соотношениями 1:3, 1:4 и 1:5 и получены покрытия на их основе (рисунок 1).
1:3
1:4
1:5
Рис. 1. Внешний вид покрытий, полученных при различных соотношениях пигмент/связующее
Из представленных фотографий видно, что при увеличении количества связующего уменьшается шероховатость покрытия. Благодаря оптимальному балансу компонентов наблюдается гладкое качественное покрытие в случае соотношения 1:5. Поэтому для дальнейших исследований было выбрано именно это соотношение.
Для определения оптимального времени нанесения композиций были проведены эксперименты при постоянном напряжении 180 В и различных значениях времени от 10 до 210 секунд. На рисунке 2 представлены результаты определения удельной массы покрытий в зависимости от продолжительности электроосаждения.
Из рисунка 2 видно, что оптимальным временем нанесения является 180 секунд. Это подтверждает предположение о том, что с увеличением содержания проводящего пигмента время нанесения увеличится (для непигментированных композиций оно составляло 120 секунд [2]) за счет уменьшения сопротивления пленки.
Рис. 2. Выбор оптимального времени проведения процесса электроосаждения
Для определения оптимального напряжения были проведены эксперименты в течение 180 секунд при постоянном напряжении при различных его значениях от 100 до 220 В. На рисунке 3 представлены результаты определения удельной массы покрытий в зависимости от напряжения.
В качестве оптимального напряжения было выбрано значение 180 В. Покрытия, полученные в этом режиме, обладают оптимальной толщиной и хорошим качеством.
В ходе данной работы были получены пигментированные кадмий-полимерные покрытия с использованием композиций с различным соотношением пигмент/связующее. Были определены оптимальные условия нанесения композиций, а также оптимальное соотношение пигмент/связующее.
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.Крылова И.А., Квасников М.Ю. Окраска методом электроосаждения на рубеже веков //Лакокрасочные материалы и их применение. -2001. —№ 4-6 . - С. 10, С. 24, С. 26.
2.Лвин Ко Ко, Пелясова Д.А., Квасников М.Ю. Лакокрасочные кадмий-полимерные покрытия, получаемые методом катодного электроосаждения // Лакокрасочные материалы и их применение. - 2017. - № 12. - С. 38-42.
Рис. 3. Выбор оптимального напряжения проведения процесса электроосаждения
