CC BY
62
УДК 667.6
С. Н. Степин, Т. В. Николаева, П. В. Гришин
ПРИМЕНЕНИЕ ВОДНО-ДИСПЕРСИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ АКРИЛОВЫХ
СОПОЛИМЕРОВ ДЛЯ АНТИКОРРОЗИОННОЙ ЗАЩИТЫ МЕТАЛЛОВ
Ключевые слова: водная стиролакрилатная дисперсия, покрытия, наполнение, адгезия, электрохимический потенциал,
свойства, антикоррозионная защита.
Приведено исследование адгезионных, физико-механических свойств, твердости и эластичности покрытий на основе водной стиролакрилатной дисперсии Лакротэн Э-244, а также электрохимического поведения окрашенной стали. Приведены рекомендации по использованию этой дисперсии в составе грунтовок антикоррозионного назначения.
Keywords: aqua styrene-acrylate dispersion, coating, filling, adhesion, electrochemical potential, properties, corrosion protection.
The study of adhesion, physical and mechanical properties, hardness and elasticity of the aqueousstyrene-acrylate dispersion Lakroten E-244 coatings,as well as the electrochemical behavior of painted steel are shown. The recommendations for the use of the dispersion in the anticorrosived estinationprimers compositionsare shown.
Очевидные достоинства являются причиной все более широкого применения пленкообразующих систем на водно-дисперсионнойоснове при получении лакокрасочных материалов различного назначения, в том числе современных наноструктуриро-ванных материалов [1,2]. К факторам, сдерживающим их применение в области защиты металлов от коррозии, относятся наличие в составе дисперсий гидрофильных компонентов, обеспечивающих их агрегативную устойчивость, а также необходимость включения в рецептуры водоразбавляемых лакокрасочных материалов гидрофильных функциональных добавок, обеспечивающих технологичность нанесения и требуемые эксплуатационные свойства покрытий. Следствием этого является низкая способность последних препятствовать проникновению водных коррозионно-активных сред к поверхности защищаемого субстрата. Поэтому активно проводятся исследования, направленные на создание водно-дисперсионных пленкообразующих систем с пониженной гидрофильностью, покрытия на основе которых обладают высокими защитными свойствами при использовании минимального количества функциональных добавок.
Именно таким путем пошли в ООО «Орг-химпром» при создании водной стиролакрилатной дисперсии Лакротэн Э-244, первое упоминание о которой датируется еще 2008 годом [1]. Целью данной работы явилось исследование адгезионных, физико-механических свойств, твердости и эластичности покрытий на основе этой дисперсии, а также электрохимического поведения окрашенной стали.
Покрытия толщиной 50 ± 5 мкм наносили центрифугальным методом в три слоя с промежуточной сушкой в течение 30 мин на предварительно обработанные шлифовальной шкуркой и обезжиренные ацетоном образцы стали 08кп. Для предотвращения «мгновенной» коррозии стали в процесс се формирования Пк в дисперсии и композиции добавляли 0,5% ингибитора SER AD 179. После нанесения последнего слоя образцы до начала испытаний выдерживали 7 сут. Эластичность покрытий оценивали с помощью пресса Эриксена, адгезию
методами решетчатых надрезов и прямого отрыва, сопротивление вдавливанию при помощи шарикового твердомера ШТ-1, ударную прочность при помощи удар-тестера У-1. Оценку эластичности и адгезии методом надрезов во влажном состоянии осуществляли после выдержки покрытия в контакте с дистиллированной водой в течение 24 ч.
Для исследования электрохимического поведения стали полученные образцы после формирования покрытий приводили в контакт с 3%-ным водным раствором хлорида натрия, после чего проводили хронопотенциометрические измерения субстрата и измерения электрического сопротивления системы сталь/покрытие/раствор электролита. Электрическую емкость измеряли измерителем ЯСЬР1икеРМ 6306-571, потенциал окрашенной стали, находящейся в контакте с электролитом, измеряли относительно хлорсеребряного электрода с помощью потенциометра рН-340. Полученные значения потенциала пересчитывали на шкалу нормального водородного электрода.
800 -| 700 -600 500 400 300 200 100 0
0
Рис. 1 - Зависимость электрической емкости системы «окрашенный металл-раствор электролита» от времени испытаний
Как видно из результатов емкостных измерений, представленных на рис. 1, постоянное совершенствование состава и технологии синтеза дисперсии позволили достичь высоких изолирующих свойств покрытий на ее основе. Наблюдаемый начальный, кратковременный рост емкости связан с проникновением электролита в объем покрытия. Установившееся после этого и неизменное в течение
С, пФ
т. ч
800
последующего периода испытания значение емкости, свидетельствует о высокой стойкости адгезированной пленки к воздействию водной коррозионно-активной среды, причем низкое значение этого показателя позволяет сделать вывод о том, что по барьерным характеристикам покрытия на основе Лакротэна Э-244 не уступают традиционным алкидным.
Данные, представленные в табл. 1, свидетельствуют об очень высокой эластичности, сопротивлении вдавливанию, ударной прочности и адгезии исследованных покрытий.
Таблица 1 - Свойства покрытий на основе Лакротэн-244
эксплуатационных свойств покрытия. Для покрытий противокоррозионного назначения наиболее важным свойством является изолирующая способность.
Параметр Значение
Состояние покрытия Сухое Влажное
Адгезия методом решетчатых 1 1
надрезов, балл
Адгезия прямой отрыв, МПа 4 -
Эластичность по Эриксену, мм 9 9
Сопротивление вдавливанию, МПа 80 -
Ударная прочность, см более 50 -
Приведенные в таблице данные свидетельствуют о том, что статическое воздействие воды не влияет на адгезию и эластичность покрытий.
Факт сохранения адгезии покрытий после воздействия водной среды свидетельствует о том, что образующиеся связи полимерной пленки со стальной поверхностью обладают гидролитической устойчивостью. Это важно в аспекте противокоррозионной эффективности покрытия, так как поверхностные атомы металла, участвующие во взаимодействии с функциональными группами пленкооб-разователя с образованием адгезионных связей исключаются из процесса коррозии. Это, в сочетании с высокой изолирующей способностью покрытий, способствующей торможению процесса отвода продуктов растворения металла, образующихся в зонах протекания анодного процесса электрохимической коррозии, способствует «облагораживанию» коррозионного потенциала металла. Как видно из результатов хронопотенциометрии, приведенных на рис. 2, коррозионный потенциал стали с покрытием на основе дисперсии Лакротен Э-244 смещается в область пассивации, что подтверждает отсутствие следов коррозии на поверхности образца после 1000-часового коррозионного испытания.
Важной характеристикой пленкообразующей системы, предназначенной для получения противокоррозионных грунтовок, является предельный уровень наполнения покрытий, количественно характеризуемый величиной критического объемного содержания пигментов (КОСП). Это содержание, превышение которого приводит к резкому ухудшению
Е (н.в.э.), мВ
сЗвЙ^ 400 600 00 1000 т, ч
С.пФ
_____—"Ó
Рис. 2 - Зависимость электрохимического потенциала от времени испытаний
В данной работе для определения КОСП контролировали изменение установившегося значения емкости при увеличении уровня наполнения
красным железооксидным пигментом.
4S00 4000
зяю 3000 им
3000 1500 1000 500
Рис. 3 - Зависимость электрической емкости (С) системы «окрашенный металл-электролит» от объемного содержания пигмента (ф)
Полученная зависимость, представленная на рис. 3, имеет изгиб, связанный с резким ростом емкости, обусловленным нарушением сплошности лакокрасочной пленки в результате переполнения. Анализ хода кривой С=Дф) позволяет определить значение КОСП, которое составляет 12 об.%. Это значение можно использовать при составлении рецептур противокоррозионных грунтовок на основе исследованной дисперсии.
Литература
1. Т.В. Николаева, Д.А. Родионов, С.Н. Степин, Лакокрасочная промышленность, 6,2008. С. 7-10;
2. Катнов В.Е., Вахитов Т.Р., Катнова Р.Р., Степин С.Н., Вестник Казанского технологического университета, 16, 17, 74-76 (2013);
3. Катнов В.Е., Степин С.Н., Катнова Р.Р., Мингалиева Р.Р., Гришин П.В., Вестник Казанского технологического университета. 15, 7, 95-96 (2012).
© С. Н. Степин - д.х.н., профессор, зав. каф. химической технологии лаков, красок и лакокрасочных покрытий, КНИТУ, stepin@kstu.ru; Т. В. Николаева - генеральный директор ООО ПКФ «Оргхимпром», orgchimprom@r52.ru; П. В. Гришин -инженер «Управления по получению и модификации наночастиц» ЦКП «Наноматериалы и нанотехнологии», КНИТУ, pvgrishin@live.ru.
© S. N. Stepin - Doctor of Chemical Sciences, Professor, Head of. Chemical Technology of paints, lacquers and coatings Department, KNRTU, stepin@kstu.ru; T. V. Nikolaeva - CEO PKF "Orgkhimprom", orgchimprom@r52.ru.; P. V. Grishin - an engineer of the«Nanoparticles preparation and modification management» of CCU «Nanomaterials and Nanotechnology», KNRTU, pvgrishin@live.ru.
