CC BY
45
УДК 667.6:66.095.26-977
Н. А. Черняк, А. В. Сороков
РАЗРАБОТКА АКРИЛОВОЙ ВОДНО-ДИСПЕРСИОННОЙ ГРУНТОВКИ ГОРЯЧЕГО ОТВЕРЖДЕНИЯ
Ключевые слова: акриловая дисперсия, термоотверждаемая дисперсия.
В результате проведенных исследований были выбраны оптимальные режимы и время отверждения водных дисперсий марок Лакротэн. Показана перспективность использования смеси дисперсий в соотношении 1:3. Отработана рецептура грунтовки и найдено оптимальное содержание противокоррозионного пигмента в ее составе. Определены физико-механические свойства полученной грунтовки. В результате проведенных исследований показана перспективность использования полученной грунтовки для противокоррозионной защиты металлов.
Keywords: Acrylic dispersion, dispersion hot curing.
The studies were selected the optimum modes and curing time of aqueous dispersions of brands Лакротэн. Perspectivity of use of a mixture of dispersions in a ratio of 1:3. Tested recipe primer and found optimal content of anti-corrosive pigment in its composition. Defined physical and mechanical properties of the resulting primer. As a result of the conducted research ofperspectivity of use of the received primer for corrosion protection of metals.
Введение
В последнее десятилетие наметилась тенденция увеличения доли водно-дисперсионных материалов в общей доли потребления лакокрасочных материалов. Отдельную нишу занимают лакокрасочные материалы используемые для защиты металлов от коррозии. При использовании водно-дисперсионных материалов для этих целей возникает ряд проблем: при нанесении на металл вода вызывает образование ржавчины на подложке; использование водорастворимых компонентов способствует свободной миграции воды через пленку; антикоррозионные добавки и пигменты не всегда хорошо совмещаются с водными дисперсиями и другие причины.
Одним из путей решения некоторых проблем является использование водно-дисперсионных материалов горячей сушки, поскольку практически полностью исключается влияние воды на подложку и оптимизация минимальной температуры пленкообразования. В результате высокотемпературного формирования покрытия образуются пространственно-сшитые полимеры, что также улучшает защитные свойства получаемых покрытий [1].
В данной работе исследовали возможность использования экспериментальных водных акриловых дисперсий марки Ларотэн, выпускаемых ООО ПКФ «Оргхимпром», для получения противокоррозионных грунтовок по черным металлам.
Экспериментальная часть
Акриловые водные дисперсии марок Лакротэн №1 и №2 предназначены для получения покрытий «горячей» сушки. Температура и время отверждения обычно оказывают значительное влияние на свойства получаемых покрытий, поэтому на первом этапе определяли влияние температуры и времени отверждения на относительную твердость
покрытий и гель-фракцию. По величинам гель-фракции можно судить о степени сшивки полимера. Гель-фракцию определяли с помощью аппарата (экстрактор) Сокслета с использованием в качестве растворителя четыреххлористого углерода.
Отверждение покрытий проводили при температурах 120 и 1400С и варьируя продолжительность от 10 до 60 минут с шагом 10 минут. Исследование показало, что при повышении температуры отверждения на 20 0С не приводит к значительному увеличению твердости покрытий, кроме того после 40 минут отверждения относительная твердость практически не возрастает. Содержание гель-фракции после 10 и 20 минут отверждения при любых температурах ниже чем у пленок сформированных при комнатной температуры. Такой эффект, по нашему мнению, проявляется в результате того, что за это время дисперсионная среда исчезает и теряется подвижность макромолекул, однако не все связи успели образоваться. При формировании пленок на воздухе реакция идет значительно медленнее, однако наличие дисперсионной среды позволяет образовывать сетчатую структуру. Повышение температуры с 120 до 140 0С увеличивает содержание гель-фракции приблизительно на 20%, при этом увеличение времени отверждения более 40 минут не приводит к значительному увеличению показателей. Поэтому было выбрано оптимальное время отверждения, которое составило 40 минут [2].
Параллельно с определением содержания гель-фракции провели термо-механические исследования пленок (рис. 1) и установили, что при формировании покрытий на воздухе также происходит образование трехмерной сетки, т. е. происходит отверждение.
Поскольку латекс марки Лакротэн №1 обладает пониженной твердость было принято решение повысит ее путем смешения с латексом марки Лакротэн №2. При соотношении компонентов 1:3 (Лакротэн №1:№2) относительная твердость
пленок увеличилась почти в 2,5 раза, причем от температуры она практически не зависит.
[1], [4] - соотношение латексов 1:3; [2] - Лакротэн №2; [3] - Лакротэн №1
Рис. 1 - Зависимость изменения линейных размеров пленки от температуры
Дальнейшим этапом работы было получение пигментированных лакокрасочных материалов с содержанием противокоррозионного пигмента. Ранее на кафедре была показана перспективность использования ферритов магния в качестве противокоррозионного пигмента. Поэтому проводили наполнение смеси латексов от 2 до 14 % масс. Примерная рецептура грунтовок представлена в таблице 1.
Таблица 1 - Примерная рецептура грунтовок
Компонент Содержание, %
Лакротен № 1:№2 (1:3) 83,3
Феррит магния 2, 3, 4, 6, 8, 10, 12, 14
Добавки около 2
Вода до 100%
В качестве добавок использовали: диспергатор, загуститель и коалесцент. Количество каждого компонента рассчитывали исходя из соотношения латекс пигмент.
Покрытия наносили на образцы стали 08 кп наносили с помощью спирального ракеля в три слоя с промежуточной сушкой 8 часов и завершающей 72 ч. Толщина покрытий, измеренная с помощью толщиномера ТТ-210 составляла 50±5 мкм.
Противокоррозионные свойства покрытий оценивали путем мониторинга потенциала коррозии окрашенного металла в контакте с электролитом, в качестве которого использовали 3%-ный раствор хлорида натрия в воде. Потенциал измеряли с помощью рН-метра РН 150М относительно хлорсеребряного электрода и пересчитывали на шкалу нормального водородного электрода.
Защитные свойства покрытий оценивали путем мониторинга значений электрохимической емкости покрытий с помощью моста переменного тока.
Исследования показали, что только покрытия с содержанием пигмента 2 % массовых выдержали испытания рисунок 2.
9000 8000 ? 7000 § 6000
» 5000
1
| 4000 | 3000 |2000 1 1000 0
□ О о о 00
о
-
-
о
о -
и О
0 □ Время,часы
250 200
-- 150 Ч 100 5
-150 с
-200
-250
Оемкость, пФ шпотенциал, мВ
Рис. 2 - Зависимость электрохимической емкости и электродного потенциала стали под покрытием от времени экспозиции в электролите для покрытий с содержанием 2%масс пигмента [3]
Лакокрасочный материал обладает комплексом физико-механических характеристик, поэтому на следующем этапе проводили их определение. Результаты исследований указаны в таблице 2.
Таблица 2 грунтовки
Физико-механические показатели
Наименование показателя Значение
Цвет пленки Светло-коричневого цвета
Внешний вид покрытия После высыхания грунтовка образовывает гладкую, однородную без расслаивания, оспин, потеков, морщин и посторонних включений поверхность.
Блеск покрытия по фотоэлектрическому блескомеру ФБ-2, % 65
Степень перетира, мкм 30
Эластичность пленки на штампе Эриксона, мм 8,5
Прочность пленки при ударе по прибору типа У-1,см 50
Твердость покрытия по маятниковому прибору типа ТМЛ (маятник А), относительные единицы 0,345
Адгезия пленки, баллы 2
Условная вязкость при температуре (20+2)°С по вискозиметру типа ВЗ-246 с диаметром сопла 4 мм, при температуре (20+0,5)°С , с 60
Анализируя физико-механические
показатели, полученной грунтовки можно отметить, что они удовлетворяют требованиям предъявляемым к грунтовкам по черным металлам.
Выводы
В результате проведенных исследований были выбраны оптимальные режимы и время
0
0
100
200
300
400
500
600
отверждения водных дисперсий марок Лакротэн №1 и №2. Режим отверждения: 1400С продолжительность 40минут. Показана
перспективность использования смеси дисперсий в соотношении 1:3 (Лакротэн №1:№2). Отработана рецептура грунтовки и найдено оптимальное содержание противокоррозионного пигмента в ее составе. Определены физико-механические свойства полученной грунтовки. В результате проведенных исследований показана перспективность
использования полученной грунтовки для противокоррозионной защиты металлов.
Литература
1. Толмачев И. А., Лакокрасочные матерериалы и их применение. N 1, с. 23-28. (1998)
2. Г.Р. Николаенко, Вестник Казан. технол универс.,15, 24, 89-95 (2012)
3. Д.А. Федосеев, А.В. Сороков, С.Н. Степин, Вестник Казан. технол универс.,15, 22, 69-70 (2012)
© Н. А. Черняк - студ. каф. химической технологии лаков и красок КНИТУ; А. В. Сороков - канд. техн. наук, доц. той же кафедры, sav7@kstu.ru.
