-------------------□ □-----------------------
Наведено дослідження про застосування органоминеральної добавки в рецептурі полістирольних фарб. Виявлено підвищення пружних деформацій зразків плівок, приготованих із застосуванням органогліни. Встановлено збільшення на 30% міцності полістирольних плівок з органогліни. Показано, що при введенняі органогліни в рецептуру полістирольної фарби спостерігається збільшення значення критичної об’ємної концентрації пігменту, зменшується час перетирання фарби, значного знижуються витрати фарби на квадратний метр поверхні Ключові слова: органогліни, полістирольна фарба, деформативні властивості, ступінь наповнення, ступінь перетирання, реологія
□------------------------------------□
Приведены исследования о применении органоминеральной добавки в рецептуре полисти-рольных красок. Выявлено повышение упругих деформаций образцов пленок, приготовленных с применением органоглины. Установлено увеличение на 30% прочности полистирольных пленок с органоглиной. Показано, что введение органоглины в рецептуру полистирольной краски увеличивает значения критической объемной концентрации пигмента, снижает время перетира краски, приводит к значительному снижению расхода краски на квадратный метр поверхности
Ключевые слова: органоглина, полистироль-ная краска, деформативные свойства, степень наполнения, степень перетира, реология -------------------□ □-----------------------
УДК 691. 175.746.222
повышение
стойкости
полистирольных
КРАСОК ПРИ ВВЕДЕНИИ В
рецептуру
органоми-
неральной
ДОБАВКИ
В. И. Логанина
Доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой* E:mail: [email protected] Н. А. Петухова Аспирант* E-mail: [email protected] *Кафедра «Стандартизация, сертификация
и аудит качества» Пензенский государственный университета архитектуры и строительства ул. Германа Титова, 28, г. Пенза, 440028, россия
1. введение
В практике отделочных работ находят применение полистирольные краски, например, эмаль полимерная (ТУ У 6-05761614.028-2000), эмаль НП-182 (ТУ 2313-196-56271024-2003), краска «Сольвентол» (ТУ 2313-206-56241024-2004). Для регулирования реологических, технологических свойств красок и эксплуатационных свойств покрытий на их основе в рецептуру вводят различные структурирующие добавки. Так, в практике хорошо зарекомендовала себя добавка органобентонита, которая является загустителем масляных красок, повышает их вязкость и долговечность покрытий [1, 2]. Нами разработана органоминеральная добавка на основе глин Пензенского региона, которую предлагается использовать как диспергирующую и структурирующую добавку при разработке рецептуры полистирольных красок [3, 4]. В качестве органического компонента применяли добавки ОП-4 и ОП-11, концентрацию которых устанавливали по изменению поверхностного натяжения раствора пластификатора. Нами установлено, что глина адсорбирует 1,9 % добавки ОП-4 и 0,9 % добавки ОП-11 [5, 6, 7].
2. Методы исследования
Для исследования влияния органоминеральной добавки на свойства полистирольных красок были изготовлены пленки на основе 10%-ного полисти-рольного лака размером 5,0х1,0 см. Для получения лака использовался ударопрочный полистирол марки УПМ-0508-08 (ГОСТ 28250-89). В качестве растворителя применяли сольвент каменноугольный марки Б (ГОСТ 1928-79).
В качестве пигментов использовали диоксид титана рутильной формы Ті02 (ТУ 6-10-1650-78) и охру -алюмосиликат железа (ТУ У-00204607-005-2000), в качестве наполнителя - микродоломит марки МД-10 и наполнитель отуасагЬ марки 5VA.
Реологические свойства составов оценивали по показателю условной вязкости, определяемого с помощью вискозиметра ВЗ-4.
3. Экспериментальная часть
На рис. 1, 2 представлены результаты экспериментальных исследований зависимости вязкости лако-
© В. И. Логанина, Н. Н. Петухова. 2013
Е
красочных составов от концентрации пигмента ТЮ2 и охры.
Анализ данных (рис. 1, 2) показывает, что при наполнении оксидом титана в интервалах 0< ф <0,07 (для контрольного состава), 0< ф <0,04 (для составов с органоглинами) и охрой 0< ф <0,06 (для контрольного), 0< ф <0,05 (для составов с органоглинами) увеличение вязкости незначительное. Очевидно, полимерная матрица лишь частично переходит в пленочное состояние. При дальнейшем наполнении наблюдается резкое повышение вязкости лакокрасочного состава. При достижении КОКП происходит структурно-фазовый переход матрицы из ее объемного состояния в пленочное, при этом происходит образование структурной сетки типа пигмент-пигмент.
С, ед.об.
Рис. 1. Зависимость условной вязкости п лакокрасочных составов от объемной С концентрации пигмента г|=^С):
1 — контрольный (без добавок); 2 — с органоглиной, модифицированной ОП-4; 3 — с органоглиной, модифицированной ОП-11
С, ед.об.
Рис. 2. Зависимость условной вязкости г| лакокрасочных составов от объемной С концентрации пигмента (охры) г|=^С): 1 — контрольный (без добавок); 2 — с органоглиной, модифицированной ОП-4; 3 — с органоглиной, модифицированной ОП-11
На рис. 3-4 представлены зависимости вязкости от объемной доли пигмента в координатах ^ п - С (где С - концентрация пигмента в системе). Эта зависимость представляет собой две пересекающиеся
прямые. Точка пересечения, спроецированная на ось абсцисс, будет представлять собой критическую объемную концентрацию пигмента (КОКП).
С, ед.об.
Рис.3. Зависимость логарифма вязкости 1д г| системы от объемной С концентрации пигмента (диоксида титана) 1д г|=^С): 1 — контрольный (без добавок); 2 — с органоглиной, модифицированной ОП-4; 3 — с органоглиной, модифицированной ОП-11
С, ед.об.
Рис. 4. Зависимость логарифма вязкости 1д г| системы от объемной С концентрации пигмента (охры) 1д г|=^С):
1 — контрольный (без добавок); 2 — с органоглиной, модифицированной ОП-4; 3 — с органоглиной, модифицированной ОП-11
Результаты определения критической объемной концентрации пигмента (КОКП) представлены в табл. 1.
Таблица 1
Значения критической объемной концентрации пигментов
№ п/п Составы КОКП
ТІО2 Охра
1 контрольный 0,081 0,068
2 с органоглиной, модифицированной ОП-4 0,091 0,067
3 с органоглиной, модифицированной ОП-11 0,095 0,076
Установлено, что при введении органоминеральной добавки наблюдается увеличение значения КОКП.
Оптимальная степень наполнения полимерных композитов была рассчитана двумя методами. В первом случае расход компонентов для формирования
единицы объема полимерного композита рассчиты вался по формулам:
1
при
V _ —,
нап '
а
V _______І — _ нснап
ПЛ а Р нап
Еон + Vпл _ 1;
V _ V — V ■ V, ,
мон нап нап Пнап '
(1)
(2)
(3)
(4)
где Vнап - объем частиц наполнителя, ед.об.;
Vпл - объем раствора пленкообразователя, ед.об.; а - коэффициент раздвижки частиц наполнителя; Рнснап - насыпная плотность наполнителя, кг /м2; рнап - плотность наполнителя, кг / м2; мон - объем монолитных частиц наполнителя, ед.об.;
УПнап - объем межчастичных пустот наполнителя, ед.об.
В свою очередь,
(5)
Коэффициент раздвижки частиц наполнителя определяли по формуле
Л3
(6)
где dcp - средний размер частиц наполнителя, м;
Ь - средняя толщина прослойки пленкообразователя, м, принималась равной 1,4 мкм.
Вторым методом расчет производился по формуле
ф_рп'
р£ і^о^иРІ+і
(7)
где ф - объемное содержание наполнителя;
рп - насыпная плотность наполнителя, кг / м2;
pf - плотность наполнителя, кг/м2;
Ьо - средняя толщина прослойки пленкообразователя, 1,4 мкм ( 1,410-6 м);
Su - удельная поверхность наполнителя, м2 / кг .
Рассчитанный расход пигмента в обоих случаях оказался одинаковым. Полученные данные представлены в табл. 2.
Полученные значения объемной концентрации пигмента (ОКП) для различных видов пигментов были использованы в дальнейшем при разработке рецептуры красочных составов с комплексом заданных свойств.
Нами были проведены сравнительные исследования влияния предлагаемой органоминеральной добавки и органобентонита на время перетирания краски. В соответствии с ТУ У В. 2.7-05761614.028-2000 степень перетира полистирольных красок должна быть не более 50 мкм. Степень перетира краски определялась по прибору «Клин» по ГОСТ 6589-57 «Методы испы-
таний. Определение степени перетира красок методом «Клина». Установлено, что контрольный состав (без органоглины) достигает степени перетира 52 мкм через 20 минут перетирания, в то время как введение органоглины снижает время перетирания пигмента до 5-7 минут при получении той же степени перетира. Уменьшение времени перетира краски существенно влияет на энергозатраты при производстве краски,
и, следовательно, способствует снижению себестоимости готовых красок. Введение в рецептуру краски отечественного органобентонита также приводит к снижению времени на перетирание пигмента по сравнению с контрольным составом и составляет 10 минут (рис. 5).
Таблица 2
Результаты теоретических расчетов расхода пигментов
Пигмент Su, м2/кг dcp.10-6, м Рш м 2/кг рнап, м2/кг Унап, ед об У мон, ед.об. Упл, ед.об.
ТЮ2 467,92 3,2 650 4000 0,34 0,054 0,946
Охра 1128,83 1,83 730 2900 0,182 0,046 0,954
Сурик железный 750,53 2,04 1072 3900 0,209 0,057 0,943
Оксид хрома 1012,64 1,13 882 5210 0,089 0,015 0,985
3 120 « 100 &
Й 80 &
¡В 6° Я 40
О 3
N
0 5 10 15 20 25 30 35 ^ мин
Рис. 5. Зависимость степени перетира от времени: 1 — контрольный (без добавок); 2 — с органоглиной; 3 — с органобентонитом
Введение органоминеральной добавки в рецептуру полистирольной краски изменяет реологические, технологические свойства краски и эксплуатационные свойства покрытий на их основе [8, 9]. Установлено, что применение в рецептуре полистирольной краски предлагаемой органоглины приводит к значительному снижению расхода краски на квадратный метр поверхности (табл. 3).
Таблица 3
Укрывистость лакокрасочных покрытий
№ п/п Органоглина, % Наполнитель, % Укрывистость, г/м2
МД-10 отуасагЬ
контр. - - - 160
2 2 - 5 110
3 2 - - 112
4 2 5 - 142
Были рассмотрены два способа введения органоглины в красочный состав. Первый способ введения
-уз
5 20
0
органоглины заключался в следующем. В сольвент, который использовали в качестве растворителя при приготовлении красочных составов, вводили пластифицирующую добавку ОП-4 с концентрацией 1,9 % от массы глины. В полученный раствор добавляли глину в количестве 2% от массы полистирола. Затем через 15-20 минут в полученный раствор добавляли полистирол.
Во втором способе приготовления лака полученная органоглина в сухом виде вводилась в расплав полистирола, который затем использовался для приготовления лака.
После отверждения пленки были испытаны на растяжение на разрывной машине марки ИР 50-57 с установленной скоростью движения траверсы 35 мк/с. Результаты испытаний приведены в табл. 4 и на рис. 6.
органоглиной разорвались при относительном удлинении 2,8% (первый способ введения) и 2,7% (второй способ введения). Следует отметить, что разрушающее напряжение при растяжении пленки при первом способе введения органоглины оказалось значительно выше и составило ор = 81,14 кг / см2, а пленок, приготовленных вторым способом, ор = 59,04 кг / см2.
Нами дополнительно изучалось влияние введения органоглины на изменение технологических свойств красок. Технологические свойства краски оценивались по времени высыхания. Краска изготавливалась на основе 10 %-го полистирольного лака. Степень высыхания лакокрасочного покрытия определяли по пятибалльной шкале в соответствии с ГОСТ 19007-73* «Материалы лакокрасочные. Метод определения времени и степени высыхания». Результаты представлены в табл. 5.
Время высыхания покрытий до степени 3 на цементно-пес-чанной подложке составляет в среднем 7,6 - 10 минут, на стекле -18,2 - 35,5 минут. При отрицательной температуре ^=-10±2 °С) цементно-песчанной подложки и положительной температуре краски ( =20±2 °С) время высыхания покрытий уменьшается у всех составов по сравнению с условиями отверждения при положительной температуре. Время высыхания до степени 3 при отрицательной температуре поверхности подложки составило 7,1 - 9,8 минут.
Таблица 4
Физико-механические свойства полистирольных пленок
№ Наимено- вание Тол- щина, см Напряжение при разрыве ст0, кг/см2 Модуль упругости Еупр, кг/см2 Упругие деформа- Пластические деформации Є Относительные деформа-
1 Контроль- ный 0,07 52,4 0,75-104 0,0056/0,14 0,0337/0,86 0,039/1
2 Первый способ введения органо- глины 0,07 96,2 0,95-104 0,0079/0,28 0,0201/0,72 0,028/1
3 Второй способ введения органо- глины 0,07 59,04 0,85-104 0,0065/0,24 0,0205/0,76 0,027/1
Примечание. Над чертой приведены значения деформаций пленок в мм/мм, под чертой - доли упругой деформации в общей деформации.
Относительное удлинение, %
Анализ данных, приведенных в табл. 4, свидетельствует, что прочность полистирольных пленок с органоглиной на основе ОП-4 приводит к повышению прочности пленок на 30% при первом способе приготовления лака. При втором способе введения органоглин в расплав также наблюдается повышение прочности пленок по сравнению с контрольными (без добавки) на 11 %.
Выявлено повышение упругих деформаций образцов пленок, приготовленных с применением органоглины [10]. Так, у контрольных образцов упругие деформации £упр составляли еупр = 0,0056 мм/мм, в то время как у пленок с органоминеральной добавкой упругие деформации повысились и составили при первом способе введения £упр = 0,0079 мм/мм и втором способе введения £упр = 0,0065 мм/мм. С введением органоминеральной добавки полистирольные пленки имеют более высокие значения модуля упругости. При первом способе введения органоглин модуль упругости образцов составляет Еупр = 0,95-104 кг/см2, при втором способе приготовления лака модуль упругости Еупр = 0,85-104 кг/см2, в то время как у контрольного Еупр = 0,75 104 кг/см2.
На рис. 6 приведена диаграмма растяжения поли-стирольных пленок. Пленка контрольного состава (без органоглины) разорвалась при относительном удлинении 3,9% и напряжении ор = 42,72 кг/см2. Пленки с
Рис. 6. Диаграмма растяжения полистирольных пленок 1 — контрольный состав (без органоглины); 2 — с органоглиной (1-ый способ приготовления); 3- с органоглиной (2-ой способ приготовления)
В табл.6 приведены сравнительные свойства модифицированных полистирольных красок с органоглиной и покрытий на их основе [11]. Установлено, что при введении органоминеральной добавки увеличивается прочность при ударе, прочность сцепления полисти-рольного покрытия с подложкой. Полистирольные краски с органоглиной характеризуются лучшей удо-бонаносимостью на пористую поверхность. Покрытия на основе модифицированных полистирольных красок характеризуются высокими декоративными свой-
3
ствами. При введении в рецептуру фракционированного песка покрытия имеют рельефную поверхность, что расширяет многообразие фактурной отделки.
Время высыхания лакокрасочных составов в зависимости от вида подложки и условий высыхания
Таблица 6
Эксплуатационные свойства полистирольных покрытий
Показатель Контрольный С органоглиной
Условная вязкость по ВЗ-4, с 11-14 12-16
Время высыхания до степени 3 при (20±2)°С, мин, не более 8-10 10-12
Прочность пленки при ударе по прибору У-1а, кгс-см, не менее 35 50
Степень перетира, мкм, не более 50 50
Стойкость Пк к статическому воздействию воды при (20±2) °С, ч, не менее 48 48
Сопротивление паропроница-нию Яп-10-5, м2-ч-Па / мг 6,78 8,2
Розлив, мин 9 8
Прочность сцепления, МПа 1,88 2,11
Характер поверхностного отделочного слоя Гладкий Гладкий
Качество внешнего покрытия после 500 ч. увлажнения III (потеря блеска до 50 %, изменение цвета значительное, белесоватость значительная) V(потеря блеска до 5 %, изменение цвета едва заметное, белесоватость отсутствует)
4. выводы
1. Разработаны состав и технология производства органоминеральной добавки, предназначенной для по-листирольных красок в качестве структурирующей и диспергирующей добавки, представляющая собой смешанослойную глину с адсорбированным ПАВ.
2. Разработан состав полистирольной краски с пониженным содержанием летучих соединений, предназначенный для наружной и внутренней отделки строительных изделий и конструкций. Покрытия на основе разработанной полисти-рольной краски обладают повышенной трещиностойкостью.
3. Установлены закономерности влияния органоминеральной добавки на критическую объемную концентрацию пигментов, заключающееся в увеличении КОКП в 1,2 раза. На основе результатов комплексных исследований выявлено, что введение органоминеральной добавки в рецептуру полистирольной краски способствует повышению степени перетира краски, снижению показателя укрывистости с 160 г/м2 до 112 г/м2, повышению когезионной прочности в 1,6-1,8 раз, в 1,2 раза модуля упругости, в 2 раза доли упругой деформации и снижению доли пластической деформации в общей деформации покрытий.
4. Выявлено, что полистирольные краски обладают лучшим розливом, повышенной на 13 % удерживающей способностью. Покрытия на основе модифицированной полистирольной краски характеризуются повышенным классом качества внешнего вида, составляющим
IV-У (у покрытий на основе контрольного состава
V-У1). Определены основные защитные свойства покрытий на основе модифицированной полистироль-ной краски. Показано, что введение органоминеральной добавки способствует повышению водостойкости, а также прочности сцепления с подложкой на 22 %.
Литература
1. Микитаев, А.К. Нанокомпозитные полимерные материалы на основе органоглин [Текст] / А.К. Микитаев, А.А. Каладжян, О.Б. Леднев, М.А. Микитаев // Пластические массы. - 2004. - С. 45-50.
2. McLauchlin, A.R. Preparation and characterization of organoclays based on an amphoteric surfactant [Текст] / A.R. McLauchlin, N.L. Thomas // Journal of Colloid and Interface Science. - 2008. - Т. 321. - № 1. - С. 39-43.
3. Логанина, В.И. Полистирольные краски с пониженным содержанием летучих соединений [Текст] / В.И. Логанина, Н.А. Петухова. - Пенза: ПГУАС, 2009. - 82с.
4. Логанина, В.И. Перспективы изготовления органоминеральной добавки на основе отечественного сырья [Текст] / В.И. Логанина, Н.А. Петухова, Т.Н. Дмитриева, В.Н. Горбунов // Известия вузов. Строительство.
- 2009. - № 9. - С. 36-40.
Таблица 5
Вид подложки Условия высыхания Время высыхания, мин., до степени Составы
кон- троль- ный 1 2 3 4
Стекло Температура воздуха t=20±2°С; Относительная влажность воздуха ]=60 1 9 11 13 10 11
2 15 24,7 17 34 17,5
3 18,2 27,7 19,5 35,5 20
5 19,8 32,7 22,5 39,5 22
Цемент- но-пес- чанная подложка Температура воздуха t=20±2°С; Относительная влажность воздуха ]=60 1 0,75 0,94 1,7 0,92 1,08
2 3,3 7,8 6,1 8,2 6
3 7,6 8,1 7,9 10 9,4
5 10,2 11,6 10,3 12,2 10,7
Температура воздуха t= -10±2°С; Температура краски t=20±2°С 1 - - - - -
2 3 2,6 5,8 7,7 5,4
3 7,1 7,8 6,9 9,8 8,9
5 9,3 9,9 8,9 12 9,9
Температура воздуха t= -10±2°С; Температура краски t=-10±2°С 1 - - - - -
2 24,7 28 25 21 26,5
3 28,5 30 28,5 24,7 32
5 34,5 35,7 35 32 36
Е
5. Paul, D.R. The interlayer swelling and molecular packing in organoclays [Текст] / D.R. Paul, Q.H. Zeng, A.B. Yu, G.Q. Lu // Journal of Colloid and Interface Science. - 2005. - Т. 292. - № 2. - С. 462-468.
6. Seki, Y. Paraquat adsorption onto clays and organoclays from aqueous solution [Текст] / Y. Seki, K. Yurdako // Journal of Colloid and Interface Science. - 2005. - Т. 287. - № 1. - С. 1-5.
7. Fu, X.A. Swelling behavior of organoclays in styrene and exfoliation in nanocomposites [Текст] / X.A. Fu, S. Qutubuddin // Journal of Colloid and Interface Science. - 2005. - Т. 283. - № 2. - С. 373-379.
8. Логанина, В.И. Модификация рецептуры полистирольного красочного состава дисперсными частицами органоглины [Текст] / В.И. Логанина, Н.А. Петухова // Известия вузов. Строительство. - 2008. - №8. - С. 25-27.
9. Lee, K.M. Rheology of organoclay nanocomposites: effects of polymer matrix/organoclay compatibility and the gallery distance of organoclay [Текст] / K.M. Lee, C.D. Han // Macromolecules. - 2003. - Т. 36. - № 19. - С. 7165-7178.
10. Санжаровский, А.Т. Физико-механические свойства полимерных и лакокрасочных покрытий [Текст] / А.Т. Санжаровский.
- М.: Химия, 1978. -183с.
11. Логанина, В.И. Влияние органо-минеральной добавки на свойства полистирольных красок [Текст] / В.И. Логанина, Н.Г. Вилкова, Н.А. Петухова // Известия вузов. Строительство. - 2008. - №5. - С. 37-41
--------------------□ □-----------------------
У даній статті обґрунтовується вибір олій і пропонується математична модель для розрахунку купажів з метою оптимізації жирнокислотного складу. Раніше встановлено, що олій зі збалансованим складом поліненасичених жирних кислот (ПНЖК) ш-6 і ш-3 в природі не існує. Один із шляхів одержання олій збалансованих за відношенням незамінних жирних кислот - це їх купажування
Ключові слова: олії, купажі, поліненасичені жирні кислоти ш-6 та ш-3, незамінні жирні кислоти
□-------------------------------------□
В данной статье обосновывается выбор растительных масел и предлагается математическая модель для расчета купажей с целью оптимизации жирнокислотного состава. Ранее установлено, что растительных масел со сбалансированным составом полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК) ш-6 и ш-3 в природе не существует. Один из путей получения масел, сбалансированных по отношению незаменимых жирных кислот, - их купажирование
Ключевые слова: растительные масла, купа-жи, полиненасыщенные жирные кислоты ш-6 и ш-3, незаменимые жирные кислоты --------------------□ □-----------------------
1. Вступ
За станом здоров’я населення, за оцінкою агентства Bloomberg Rankings, Україна займає 99 місце зі 145 держав. Це можна пов’язати з незадовільним екологічним станом в багатьох регіонах та суттєвим відхилом харчового раціону українців від формули збалансованого харчування, зокрема зменшенням споживання незамінних поліненасичених жирних кислот (ПНЖК)
і вітамінів, які приймають участь в регуляції процесу обміну речовин і функціонуванні окремих органів. Нестача в раціоні харчування людини ПНЖК викликає порушення діяльності нервової системи, знижує імунітет та підвищує ризик тяжких захворювань. За даними дієтологів НДІ харчування РАМН співвідно-
УДК 664.34 063.8
математичне
обґрунтування
СКЛАДАННЯ
сумішей олій
Т. В. Матвєєва
Кандидат технічних наук Старший науковий співробітник* E-mail: [email protected] П . Ф. П е т і к Кандидат технічних наук Директор** E-mail: [email protected] З. П. Федякіна Завідуюча відділом* E-mail: [email protected] *Відділ досліджень технології переробки олій та жирів** **Український науково-дослідний інститут олій та жирів Національної академії аграрних наук України пр. Дзюби, 2а, м. Харків, 61019
шення ПНЖК ш-3 : ш-6 в харчовому раціоні повинно складати для здорової людини 1 : 10, а для профілактичного і лікувального харчування 1 : 5 та 1 : 3. На сьогодні населення України споживає жирів з вмістом ш-6 (соняшникова, кукурудзяна, оливкова) дуже багато і співвідношення ш-3 : ш-6 складає 1 : 30. ПНЖК, до яких відносять лінолеву та ліноленову кислоти, синтезуються лише у рослинному організмі з олеїнової кислоти та поступають в організм людини з їжею. В організмі людини з лінолевої кислоти при наявності вітаміну В6 і токоферолу утворюється арахідонова кислота, яка входить до складу фосфоліпідів - основи клітинних мембран. Найбільша кількість її виявляється в мозку та м’язах. Крім того, арахідонова кислота як запальний медіатор бере участь у передачі клітинних сигналів.