CC BY
51
УДК 667.64
Бадмаев М.А., Квасников М.Ю., Федякова Н.В., Дараселия К.К., Кузовлева Е.А.
САМОВОССТАНАВЛИВАЮЩИЕСЯ ЛАКОКРАСОЧНЫЕ ПОКРЫТИЯ
Бадмаев Максим Александрович, магистрант 1 курса 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, e-mail: [email protected];
Федякова Наталья Владимировна, к.т.н., ассистент кафедры химической технологии полимерных композиционных лакокрасочных материалов и покрытий;
Дараселия Кристина Кобовна, студент бакалавриата 4 курса кафедры химической технологии полимерных композиционных лакокрасочных материалов и покрытий;
Кузовлева Екатерина Алексеевна, студент бакалавриата 4 курса 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 работе описано получение новых лакокрасочных композиций для металлических и неметаллических подложек, покрытия из которых способны при нагревании к самовосстановлению.
Ключевые слова: самовосстанавливающиеся лакокрасочные покрытия, самозаживляющиеся покрытия. SELF-HEALING COATINGS
Kvasnikov M.Y., Badmaev М.А., Fedyakova N.V., Daraselia C.K., Kuzovleva C.A. D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
In this work the obtaining of new coating compositions for metallic and non-metallic substrates when heated is able to heal itself.
Keywords: self-healing coating, self-restoring.
Для самовосстановления полимерных покрытий использовались реологические особенности термопластов размягчаться и течь при температурах выше температуры стеклования. При нагреве лакокрасочных покрытий расплавленный термопласт, входящий в композицию, способен саморемонтировать трещины и царапины. Часто термопластичные пленкообразователи используются в сочетании с реактопластичными
пленкообразователями, которые служат для увеличения адгезии и эластичности. Однако, обычно такие композиционные покрытия образуют при отверждении трехмерную сетку, что не позволяет их рассматривать как самовосстанавливающиеся, хотя они обладают при этом улучшенными барьерными свойствами. Как правило, такие лакокрасочные материалы наносятся на различные алкидные или фенолоформальдегидные грунтовки, улучшающие адгезию [1].
Целью исследования является создание лакокрасочной композиции, способной за счет термопластичности обеспечивать однослойному покрытию при нагревании способность к самовосстановлению при образовании небольших трещин или царапин, и обладающих требуемым комплексом защитных и физико-механических свойств при хорошей адгезии к различным типам подложек.
В работе использовались широко распространенные термопластичные
поливинилхлоридные (ПВХ) смолы и их сополимеры с винилацетатом, которые находят очень широкое применение в качестве пленкообразователей лакокрасочных материалов, применяемых в различных отраслях, особенно в строительстве. Особенно часто они используются для получения химически стойких,
атмосферостойких и специальных покрытий. Получаемые на их основе покрытия не подвержены окислительной деструкции, химически инертны, отличаются полным отсутствием токсичности, обладают невоспламеняемостью и высокой твердостью. В качестве объекта для исследования были выбраны перхлорвиниловые смолы ПСХ-ЛС (ОСТ 6-01-37-88) (Россия) и смола CPVC HG 63 фирмы Wuxi Honghui Chemical (Китай), представляющие собой термопластичные продукты хлорирования ПВХ с молекулярной массой 3100057000. Смолы содержат 62-65% (масс.) химически связанного хлора. Покрытия на основе этой смолы отличаются хорошими антикоррозионными и электроизоляционными свойствами, химической стойкостью. Но образуемые покрытия обладают недостаточной адгезией к некоторым видам подложек.
Для повышения этих функций смолы ПСХ-ЛС/ CPVC HG 63 комбинируют с другими пленкообразующими веществами. ПСХ-ЛС/ CPVC HG 63 хорошо совмещаются с алкидно-акриловыми, полиуретановыми, быстровысыхающими
алкидными, эпоксидными пленкообразующими материалами. В качестве пластификаторов можно использовать дибутилфталат, диоктилфталат и трикрезилфосфат. Обычно в состав композиций вводятся также стабилизаторы, предотвращающие выделение соляной кислоты при старении покрытий. Одним из таких стабилизаторов является эпоксидная смола [2].
Известны эпоксидно-перхлорвиниловые композиции, которые, помимо эпоксидной смолы (большего количества, чем 5%), улучшающей адгезию покрытия, дополнительно содержат отвердитель эпоксидной смолы. Получаемые покрытия обладают хорошим комплексом свойств, но не способны к самовосстановлению из-за образующейся трехмерной сетки.
Мы обратили внимание на то, что диановые эпоксидные смолы с низкой или средней молекулярной массой (800-1100 г/моль) смола Э-41 (ГОСТ 10587-84) и ее аналоги (смола YD-901H фирмы NanYa Plastics Corp (Тайвань), смола Epicot 1001 фирмы Hexion Inc, (США), смола DER 671 фирмы DOW Chemical Company (Германия)) оказывают легкое пластифицирующее действие по отношению к перхлорвиниловой смоле. Это дает основание предполагать, что можно создать композицию на основе ПСХ ЛС/ CPVC HG 63 и эпоксидной диановой смолы (Э-41 или аналогов) оптимального соотношения по отношению друг к другу без введения отвердителя, сохранив ее способность к самовосстановлению под действием тепла. Дополнительно при создании композиции были использованы широко распространенные и дешевые битумные пленкообразователи: Битум БН 90/10 и Битум строительный БН 70/30. В пределах положительных температур эти марки обладают устойчивостью к трещинообразованию и пластичностью. В качестве растворителей мы использовали растворители марок Р-4/Р-5, представляющие собой смесь кетонов,
ароматических углеводородов, эфиров, в которых растворимы указанные пленкообразователи.
Были приготовлены растворы ПСХ ЛС/ CPVC HG 63 и эпоксидной диановой смолы смолы Э-41 (ее аналогов) в общеизвестном растворителе Р-4 концентрации 9% масс. Указанная концентрация является оптимальной для перхлорвиниловых смол в лакокрасочных композициях. Раствор эпоксидной смолы в различном соотношении вводили в раствор ПСХ ЛС. Добавлялся пластификатор дибутилфталат для улучшения пленкообразования в количестве 3,5 массовых частей, как в реальных лакокрасочных композициях. Полученная композиция наносилась на подготовленную в соответствии с ГОСТ 9.402.2004 металлическую поверхность (сухие, чистые, обезжиренные пластинки из стали 08КП (AISI A 622)) методом пневматического распыления в два слоя «мокрый по мокрому» с получением лакокрасочного покрытия толщиной 50-60 мкм.
Отверждение покрытий происходило при комнатной температуре в течение суток до степени 3 по ГОСТ 19007-73. Проверялась адгезия пленок по ГОСТ 31149—2014 и твердость по ГОСТ Р 521662003. Для проверки способности к самовосстановлению на поверхности пластинок из композиций, содержащих 8-10 масс. долей эпоксидной смолы, наносились в соответствии с ГОСТ 31149-2014 однолезвиевым инструментом надрезы длиной 20 мм. В данной работе были использованы подложки из металла марки 08КП (АШ А 622). Далее пластинки с надрезом помещались в сушильный шкаф с фиксированной температурой и временем. О способности к самовосстановлению судили по изменению шероховатости покрытий, определяемой по ГОСТ 2789-73, после прогрева и выдержки на воздухе в течение 20 минут. Было установлено, что выбранные композиции при тепловом воздействии в диапазоне от 60 0С до 100 0С в течение от 1 до 20 минут полностью ликвидируют дефекты.
Взяв за основу эту композицию, были созданы лакокрасочные рецептуры, используя, по аналогии с промышленными материалами, в качестве пигмента -диоксид титана (ГОСТ 9808-84) и наполнителей - микротальк (ГОСТ 19284-79) и/или микробарит (ТУ 1769-002-40705684-2001) [3].
Известно, что композиции, содержащие наноразмерные порошковые добавки, придают покрытию повышенную твердость, не ухудшая (а даже иногда улучшая) пласто-эластические свойства полимерной композиции. В связи с этим для дополнительного упрочнения в лакокрасочную композицию вводили наноразмерные порошковые добавки. Были выбраны следующие наноразмерные порошки: ковелос (высокодисперсный аморфный SiO2,ТУ 2168-001-14344265-09), аэросил (ГОСТ 14922-77) и нано- графит (ГОСТЗ 55417-2013) [4].
Для получения предлагаемой композиции перхлорвиниловую смолу растворяли в органическом растворителе в течение 0,5 часа при комнатной температуре; затем поочередно загружали эпоксидную диановую смолу, пластификатор, пигмент, наполнители, нанодобавки. Полученную суспензию тщательно размешивали и диспергировали в бисерной мельнице в течение 60-80 минут до степени перетира 30 мкм (по ГОСТ 31973-2013) [5].
На подготовленную в соответствии с ГОСТ 9.402.2004 металлическую поверхность наносили полученную композицию методом пневматического распыления в два слоя «мокрый по мокрому». Толщина слоя 50-60 мкм. Сушку композиции производили при (20±2)°С в течение суток [6].
В таблице 1 приведены физико-механические и защитные свойства
самовосстанавливающихся покрытий на основе разработанной композиции.
Таблица 1.Свойства полученных лакокрасочных покрытий
Свойства покрытий Покрытие из разработанной композиции
Внешний вид покрытия (ГОСТ 9.032-74) Однородная, гладкая без расслаивания, поверхность V класса
Адгезия, балл, не более (ГОСТ 31149-2014 0
Эластичность при изгибе, мм, не более (ГОСТ 31974-2012) 1
Твердость покрытия, ус.ед. (ГОСТ Р 52166-2003) 0,3
Стойкость к статическому воздействию при (20 +2) оС следующих сред, час., не менее: -дистиллированной воды -3%-ного водного р-ра №С1 -бензина (ГОСТ 9.403, разд. 3) 24 8 2
Шероховатость мм, после надреза и выдержки при Т=90С в течение 3 минут. (ГОСТ 2789-73) 6,3
Выводы
Было показано, что композиции при подобранном соотношении образует покрытие с хорошими защитными, адгезионными и прочностными свойствами и способна под влиянием нагрева (от солнца или теплопистолета) полностью ликвидировать дефекты поверхности без перекраски. Этим она отличается от других известных перхлорвиниловых композиций.
Достоинством композиции по сравнению с другими перхлорвиниловыми композициями
является то, что она способна образовывать хорошо адгезированные покрытия непосредственно на обезжиренной поверхности без использования дополнительных грунтовочных слоев.
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. BaghdachiJ. // Europ. Coat. J.— 2010.— Vol.№9.— P.17-23.
2. Сорокин М. Ф., Кочнова З. Ф., Шодэ Л. Г. Химия и технология пленкообразующих веществ: Учебник для вузов. — 2-е изд., перераб и доп. — М.: Химия, 1989. —480 с.
3. Бадмаев М.А., Квасников М.Ю., Федякова Н.В. Самовосстанавливающиеся лакокрасочные покрытия на основе термопластов // Лакокрасочная промышленность. 2018. - №3.- С. 28.
4. Т.В. Калинская, А.С. Дринберг, Э.Ф. Ицко. Нанотехнологии, применение в лакокрасочной промышленности. <ЛКМ пресс>2011.
5. ГОСТ 31973-2013 - Метод определения степени перетира.
6. ГОСТ 9.402.2004 - Единая система защиты от коррозии и старения (ЕСЗКС). Покрытия лакокрасочные. Подготовка металлических поверхностей к окрашиванию.
