CC BY
15
Вивчена оптимiзацiя витрат при роз-робщ лакофарбних CKMadie на ocHoei алки)-но-уретанового лаку з застосуванням еко-лoгiчнo безпечних i багатофункцюнальних пiгментiв i напoвнювачiв для отримання емалi заданого кольору i вiдтiнку
Ключoвi слова: тгмент, емаль, диспергу-вання, наповнювач
Изучена оптимизация затрат при разработке лакокрасочных составов на основе алкидно-уретанового лака с использованием экологически безопасных и многофункциональных пигментов и наполнителей для получения эмали заданного цвета и оттенка
Ключевые слова: пигмент, эмаль, диспергирование, наполнитель
The trained optimization of charges at development of lacofarb them the compositions on the basis of alcidno-ouretanovogo to varnish with the use of ecologically safe and multifunction pigments and napovnyovachiv for the receipt of enamel of the set color and tint
Keywords: pigment, enamel, dispergouvan-nya, napovnyovach
УДК 667.64:667.661.2
ПРО СТВОРЕННЯ РЕЦЕПТУР ЛАКОФАРБОВОГО СКЛАДУ З ОПТИМАЛЬНОЮ К1ЛЬК1СТЮ П1ГМЕНТ1В I НАПОВНЮВАЧ1В
О.Ф. Часн и к
Доцент, кандидат хiмiчних наук* Контактний тел.: (06453) 7-35-59
О. В. Мороз
Науковий ствроб^ник* *Кафедра технологи високомолекулярних сполук Контактний тел.: (06453) 7-36-54 Рубiжанський технолопчний шститут Схщноукрашського Нацюнального ушверситету iм. В. Даля м. Рубiжне, Луганська обл.
Постшно зростаючi вимоги споживчого ринку до якост лакофарбових матерiалiв (ЛФМ) за умови тдтримки прийнятно! щни змушують дослщниюв i виробниюв шукати шляхи оптимiзащi витрат при виробництвi фарб i емалей.
Одним i3 таких резервiв е оптимiзацiя розроблю-ваних ЛФМ з використанням сучасних еколопчно безпечних i багатофункцюнальних наповнювачiв i в'язких речовин.
На прикладi створення червоно-коричневого кольору алюдно-уретанових емалi для полово! де-ревини щнних порiд були використанi тгменти: червоний залiзоокисний (ТУ 6-10-602-74), охра (ТУ 6-10-1320-80), лиопон (ГОСТ 907) , тгмент червоно-коричневий Ж тюшд^ощний за ТУ 6-37-200-91 (для пiдколiровки), наповнювач - кальцит або омiакарб фiрми «омiа» (Чехiя). З велико! рiзноманiтностi ал-кiдно-уретанових лаюв, що поеднують набiр меха-шчних властивостей i простоту застосування був використаний лак для паркету (ТУ У 24.3-14113297004-2002), розбавляемий дезодорованим уайт-спиритом (t кип. 170-180°С).
Високоякiснi ЛФМ для вiдповiдного кольору по-виннi вiдповiдати, наряду з другими, таким вимогам як мктити максимальну можливу юльюсть пiгментiв i наповнювача.
Емаль для пiдлоги являе собою стабiлiзовану дис-персiю тгменпв i наповнювачiв у середовищi алкщно-уретаного плiвкоутворювача. Обов'язковою умовою отримання яюсних пiгментних емалей е рiвномiрний розподiл часток твердо! фази в плiвкоутворювачi, що досягаеться подрiбненням компоненпв з мелючими тiлами (скляним бшером) в бiсерному млинi.
Для створення щкаво! по колiрному сприйняттю алкщно-уретаново! емалi для пiдлоги спочатку повинна визначитися тгментна частина з наповнювачем, Попереднiми експериментами була складена емаль для тдлоги при наступному спiввiдношеннi компо-нентiв (мас.%):
Шгмент червоний залiзоокисний - 12,93 Охра - 45,26 Лггопон - 13,36 Омiакарб - 28,45
Щiльнiсть г/см3) тако! пiгментноi композицii, визначена пiкнометрiчним методом в середовищi уайт-спирiту, становила 3,6 г/см3. Дуже близьке значення шдльност виходить також шляхом обчислення за формулою (1):
, _ P1 + P2 + P3 + P
Jj_ + A. + A + A '
n "Г n ' Г1 ~T n
де: Рь Р2, Р3, Р4 - маса окремих тгменпв i напо-внювачiв, г;
Dl, D2, D3, D4 - щiльнiсть окремих тгменпв напо-внювача, г/см3.
Щiльнiсть використовуваних тгменпв i наповню-вачiв за довщковими даними становить [1]: червоного залiзоокисного (d1 = 4,15 г/см3), охри = 3,80 г/см3), лиопону (d3 = 5,6 г/см3), омiакарбу (d4 = 2,2 г/см3).
Поставивши чисельнi довiдковi значення шдльно-стi в формулу (1), отримуемо:
d =
12,93 + 45,26+13,36 + 28,45
12,93 + 45,26 + 13,36 + 28,54 4,15 + 3,80 + 5,6 + 2,8
100
100
3,12 +11,91 + 2,39 +10,16 27,58
(г/см3)
= 3,63
Л = урл-100/тп
Л =
0,73 ■ 0,81 3,0
100 = 19,7 (г/100г)
КОКП = -
100
100 + d ■ Л '
КОКП = -
100
100 100
100 + 3,63 19,7 100 + 71,5 171,5
= 0,583,
ОКП = КОКПу (%),
За умовою ОКП визначаеться вага, яка заванта-жуеться пiгментними частинами з наповнювачем в кiлькостi 19,4 см3 за формулою (5):
т = ОКП^
(5)
Далi обчислюеться лакоемшсть (Л, г/100г) сумiшi пiгментноi частини за ГОСТ 21119 (метод маслоемно-сп) за формулою (2):
(2)
де: V - обсяг витраченого лаку, см3; тпг - навь шування пiгменту (навiшування пiгментних частин складае 3,0 г); рл - шдльшсть лаку (при 20оС становить 0,81 г/см3); V - обсяг витраченого лаку - 0,73 см3.
Знаючи лакоемшсть i шдльшсть пiгментних частин, можна приблизно визначити критичну об'ем-ну концентращю пiгментних частин з наповнювачем (КОКП) за формулою (3):
(3)
де: d - шдльшсть пiгментного частини з наповнювачем, г/см3;
Л - лакоемшсть тгментних частин з наповнювачем, г/100г.
Шдставляючи у формулу (3) значення вщомих даних, отримуемо величину критичноi об'емноi кон-центрацii тгменту (КОКП):
або 58,3%
У свою чергу, об'емна концентращя пiгментноi частини з наповнювачем у вщсотках (ОКП) взаемо-пов'язана з КОКП формулою (4):
т = 17,5-3,63 = 63,5 г.
При шдльносп лаку рл = 1,0 г/см3, маса лаку складае: (100-17,5) 2 = 165 г.
Але так як реальна шдльшсть лаку рл = 0,81 г/см3, тому маса 50%-ного лаку складе величину, шо дорiв-нюе 133,65 г (т = 165.0, 81 = 133,65). Рiзниця в 31,35 г (165-133,65) становить розрвджувач - дезодорований уайт-стрит.
Загальна сумарна маса тгменпв з наповнювачем, лаком i розчинником дорiвнюе: 63,5 + 133,65 + 31,35 = 228,5 (г).
Тепер можна визначити загальш юлькост компо-нентiв (у%) пiгментних частин (Х), лаковоi частини (Y) i розчинника (Z), шо завантажуються в стакан лабораторного бiсерного млину:
Х = 635Ш = 27,8 (%)
Y =
Z =
228,5 133,65-100
228,5 31,35 100
= 58,5 (%)
228,5
= 13,7 (%)
(4)
де: у - коефвдент для сумiшi тгменпв з наповнюва-чами, який за довщковими даними становить величину, шо дорiвнюе ~ 0,3.
Зi спiввiдношення (4) визначаеться величина ОКП.
ОКП = 58,3 ■ 0,3 = 0,175 або 17,5%
Стввщношення компоненпв тгментних частин становитиме (у, %):
Шгмент залiзоокисний червоний - 12,93 ■ 0,278 =
3,6
Охра - 45,26 ■ 0,278 = 12,6
Лггопон - 13,36 ■ 0,278 = 3,7
Омiакарб - 28,45 ■ 0,278 = 7,9
У тдсумку виходить наступна рецептура алквдно-уретановоi емалi для тдлоги червоно-коричневого кольору (мас. %):
Лак алкiдно-уретановий - 58,5
Шгмент:
- Залiзооксидний червоний - 3,6
- Охра - 12,6
- Лггопон - 3,7
- Наповнювач (омiакарб) - 7,9
- Розрщжувач (уайт-стрит) - 13,7
Разом: 100.
Вщповщно до пiдсумковоi рецептури, готують пробне завантаження компоненив в стакан бкерного млину, шо складаеться з металевоi нержавстальноi склянки об'емом 0,2 дм3 i скляних кульок (бiсеру) до нього, вала з дисками, кришки, тдшипникового корпусу, електродвигуна типу АОЛБ-31-2 з числом оборотiв (~ 3000 об/хв) i потужнiстю 0,4-0,6 кВт. Всi деталi млину крiпляться на рамь Стакан тдтриму-еться за допомогою хомута. Вал з дисками i склянку з сорочкою для охолодження виготовляеться зi сталi марок 3Х13 або 4Х13 (ГОСТ 5632) твердктю 370-380 по НВ. Характеристика скляних кульок: дiаметр 1,01,5 мм, шдльшсть 2,4-2,5 г/см3, стираншсть в межах 0,10-0,15%. Для перевiрки скляних кульок на стирання в стакан млину помщають 40 г бшеру, 120 см3 води i пускають у хiд мiшалку. Через 60 хв. мшалку зупи-
няють i вмiст виливають на сито № 04 (ГОСТ 3584), ретельно обполшкуючи склянку водою. Склянi кульки промивають водою на сип, збирають у фарфорову мисочку i висушують в термостатi при 130-150оС до постiйноi ваги.
Зважування кульок здшснюеться на аналiтичних терезах. Стирашсть кульок (Х, %) розраховують за формулою (6):
X =
(a - в)100
(6)
де: а - навшування сухих кульок, г; в - вага кульок тсля промивання на сип i висушу-вання, г.
Перед перевiркою склянi кульки промивають водою на сип № 04 вщ можливих забруднень i пилу i висушують до постiйноi ваги.
Отриману пiсля диспергування тгменпв i напо-внювачiв у бшерному млинi алкiдно-уретанову емаль для тдлоги червоно-коричневого кольору вивантажу-ють i аналiзують за всiма показниками згiдно з пропо-нованим вимогам.
Пiсля розрахунку рецептури емалi визначаються ii колiрнi показники ^ якщо вони вiдрiзняються ввд еталонних, проводиться уточнення або коригування рецептури за допомогою пiдколеровочного тгменту червоно-коричневого Ж тiоiндiгоiдного. Необхiднi добавки тих чи шших компоненпв обчислюються на пiдставi системи вщомих рiвнянь з подальшим пере-рахуванням витратних норм на готову емаль.
Розрахунок рецептур для отримання емалей зада-ного кольору здшснювали згiдно методики визначен-ня функцiй Гуревича-Кубелки-Мунка [7, с.484]. Роз-рахунок проводиться з використанням комп'ютера, куди закладуються основш оптичш характеристики накрасок усiх вихщних барвистих паст з заданим вмь стом в них пiгментiв. Координати кольору i значення функцii Гуревича-Кубелки-Мунка розраховуються з спектрiв вiдбиття зразка, колiр якого необхiдно вiдтворити. Щ данi вводять в комп'ютер i на пiдставi оптичних характеристик вихщних компонентiв, що зберiгаються в пам'яи комп'ютера, розраховуються вiдкоригованi юлькосп вихiдних пiгментiв (паст пiгментiв) для отримання емалi заданого кольору i вiдтiнку.
a
Литература
1. Каминская Т.В., Доброневская С.Г., Емельянова А.Т., Олейник Е.Г. Влияние основных свойств пигментов на их способность окрашивать полимерный материал. Пластические массы, 1990, №5, с. 60-64.
2. Скороходова О.П., Казакова Е.Е. Неорганические пигменты и их применение в лакокрасочных материалах. Изд. « Пэйнт-Медиа», М., 2005, 168 с.
3. Ламбурн Р. Лакокрасочные материалы и покрытия. Теория и практика. Пер. с англ. под ред. проф. Л.Н. Машляковского и А.М. Фроста. Изд. «Химия», Санкт-Петербург, 1991, 512с.
4. Горловский И.А., Индейкин Е.А., Толмачёв И.А. Лабораторный практикум по пигментам и пигментированным лакокрасочным материалам. Изд. «Химия», Л., 1990, 239 с.
5. Лившиц М.Л. Технический анализ и контроль производства лаков и красок. Изд. «Высшая школа», М., 1987, 264 с.
6. Манусов Е.Б. Контроль и регулирование технологических процессов лакокрасочных производств. Изд. «Химия», М., 1977, 116 с.
7. Джадд Д., Вышецки Г. Цвет в науке и технике. Изд. «Мир», М., 1978, 592 с.
