CC BY
9
УДК 667.6
Павлов А.В., Федякова Н.В., Зеленская А.Д.
СИСТЕМА АНТИКОРРОЗИОННОГО АНТИОБЛЕДЕНИТЕЛЬНОГО ЛАКОКРАСОЧНОГО ПОКРЫТИЯ ДЛЯ ЗАЩИТЫ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
Павлов Александр Валерьевич - старший преподаватель кафедры химической технологии полимерных
композиционных лакокрасочных материалов и покрытий;
alexanderpavlov2013@mail.ru.
Федякова Наталия Владимировна - кандидат технических наук, доцент кафедры химической технологии полимерных композиционных лакокрасочных материалов и покрытий;
Зеленская Александра Дмитриевна - аспирант кафедры химической технологии полимерных композиционных лакокрасочных материалов и покрытий; Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева; Россия, 125047, Москва, Миусская пл., д. 9.
Основной целью работы является создание системы лакокрасочного покрытия, состоящего из антикоррозионной грунтовки, полиуретановой эмали, лакового финишнего антиобледенительного слоя. Антиобледенительный лак был разработан на основе современного гидроксилсодержащего пленкообразователя, формирующего покрытие с помощью изоцианатного отвердителя.
Ключевые слова: лакокрасочные покрытия, полиуретановые лакокрасочные материалы, антиобледенительные покрытия
SYSTEM OF ANTI-CORROSION ANTI-ICE PAINT COATING FOR PROTECTION OF METAL SURFACES
Pavlov A.V., Fedyakova N.V., Zelenskaya A.D.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russian Federation
The main purpose of the work is to create a system of paint and varnish coating, consisting of an anti-corrosion primer, polyurethane enamel, and a varnish finish anti-icing layer. The de-icing varnish was developed on the basis of a modern hydroxyl-containing film former, forming a coating with the help of an isocyanate hardener. Keywords: coatings, polyurethane coatings, anti-icing coatings.
Функциональные лакокрасочные покрытия (ЛКП) обладают специальными свойствами, которые обеспечивают решение узконаправленных задач промышленности и хозяйственной деятельности человека [1,2]. Безусловно, антиобледенительные лакокрасочные покрытия являются ярким примером таких покрытий, а их рецептуростроение - предметом исследований ученых и инженеров - технологов во всем мире.
Агрессивное воздействие льда на техногенные и природные объекты из-за его физических особенностей является серьезной проблемой мирового масштаба. Задачи борьбы с обледенением приборов и конструкций актуальны для многих отраслей промышленности. Обледенение транспортных средств, судов, конструкций и изделий снижает срок их эксплуатации, а также может вовсе запрещать эксплуатацию и создавать опасность для жизни людей [3]. Существует множество методов борьбы с обледенением. Среди них можно отметить механические, при помощи нагревательных приборов, электроимпульсный и ультразвуковой методы. Механический метод подразумевает удаление льда с помощью лома или скребков. С помощью электрического обогрева (нагревательного кабеля) непосредственно растапливают выпавший снег и образовавшейся лед. Электроимпульсный метод заключается в уничтожении льда за счет электрического импульса при помощи индукционных
катушек (после подачи электрического импульса возникает магнитное поле, которое вызывает колебания поверхности). При индукционном методе применяют нагревание обледеневшей поверхности за счет пропускания через нее электрического тока. Ультразвуковой метод - формирование ультразвуковых колебаний, разрушающих наледь. Посыпание поверхности различными природными солями (бишофит, хлорид натрия) разрушает образовавшейся лед за счет химического взаимодействия с водой. Однако существенными минусами всех этих методов являются высокая материальная стоимость, применение специального оборудования, и, соответственно, наличия персонала для контроля этого оборудования. Кроме того, природные соли являются агрессивными соединениями, вызывающими интенсивную коррозию металлических поверхностей.
В свою очередь, лакокрасочная промышленность готова предложить удобный и эффективный метод борьбы с обледенением, не требующий постоянного контроля и наличия специального оборудования -создание антиобледенительных лакокрасочных материалов (ЛКМ) и покрытий, которые обладают постоянством свойств во времени и одновременно повышают срок службы окрашенных ими изделий и конструкций. Сущность борьбы со льдом заключается в уменьшении адгезии льда к поверхности или понижение температуры замерзания воды за счет соприкосновения с покрытием. Согласно проведенным
исследованиям на обледенение поверхностей влияют два основных фактора: гидрофобность ЛКМ и структура поверхности [4, 5], и все методы получения гидрофобных поверхностей можно разделить на две группы: получение супергидрофобной поверхности без структурирования поверхности и методы, позволяющие получать заданный рельеф поверхности. Однако, стоит помнить, что даже текстурированная поверхность не будет являться гидрофобной, так как большинство материалов, из которых состоят подложки (металлы, оксиды металлов), являются гидрофильными. Поэтому для придания необходимых свойств применяются различные вещества, в частности, специальные гидрофобные ЛКП. Множество различных работ и исследований предлагают конкретные материалы для получения антиобледенительных покрытий. Одним из главных требований, предъявляемых к этим покрытиям, является сохранение эксплуатационных свойств после множества циклов «наледенение-оттаивание», так как лед является оптимальной подложкой для сцепления с водой.
До недавнего времени рецептуростроение антиобледенительных лакокрасочных материалов строилось на основе следующих пленкообразователей: кремнийорганические полимеры, фторопласты, модифицированные эпоксидные олигомеры. Но каждое подобное покрытие обладало рядом недостатков, не позволяющих его долгую эксплуатацию. Прогрессивным направлением развития в лакокрасочной отрасли уже несколько десятков лет является модификация полиуретановых покрытий, представляющих собой продукт взаимодействия гидроксилсодержащих полиэфиров с изоцианатными отвердителями. А защита металлических конструкций для длительной их эксплуатации подразумевает под собой нанесение многослойной системы лакокрасочных покрытий с применением полиуретановых покрытий.
Цель данной работы: разработка системы антикоррозионного антиобледенительного покрытия с
применением нового гибридного
гидроксилсодержащего акрилового олигомера. Для достижения поставленной цели необходимо было выполнить следующие задачи:
1. Подбор грунтовочного слоя и полиуретановой эмали для антикоррозионной защиты.
2. Создание антиобледенительного лака для нанесения в качестве внешнего слоя системы антикоррозионного антиобледенительного покрытия.
3. Испытания полученной системы антикоррозионного антиобледенительного покрытия.
Нами была предложена система
антикоррозионного антиобледенительного покрытия для одновременной защиты металлических поверхностей от образования наледей и коррозионных подпленочных процессов (рис. 1).
Первый слой: эпоксидная антикоррозионная грунтовка, толщина 80-100 мкм сухого покрытия, время формирования до степени 3 - одни сутки, нанесение методами пневматического или безвоздушного распыления.
Второй слой: полиуретановая атмосферостойкая эмаль белового цвета RAL 9003 «Сигнально-белый», толщина 40-60 мкм сухого покрытия, время формирования до степени 3 - одни сутки, нанесение методами пневматического или безвоздушного распыления.
Оба перечисленных лакокрасочных материала -являются серийным продуктом крупной отечественной лакокрасочной компании, имеющие соответствующие сертификаты об антикоррозионной эффективности и атмосферостойкости покрытий на их основе. Третий слой предстояло разработать.
За основу антиобледенительного лака был взят новый продукт на лакокрасочном рынке -силанизированная гидроксилсодержащая акриловая смола, образующая при отверждении изоцианатным отвердителем полиуретановое лаковое покрытие, совместимое с полиуретановой эмалью. Рецептура антиобледенительного лака приведена на рисунке 2.
Антнобледенительный лак
RAL 9003 «Сигнально-белый»
Мо.шурстаиовая атмосферостойкая эмаль Аепикорро'люикая эпоксидная грунтовка
40-60 мкм
80-100 мкм
Рис. 1. Предлагаемая схема антикоррозионного антиобледенительного лакокрасочного покрытия
Наименование компонентов рецептуры основы антиобледенительного лака Краткое описание
Силанизированная гидроксил содержащая акриловая смола 60% раствор в органическом растворителе, содержание гидроксильных групп 5г5 %.
Растворитель марки Р-189 Смесевой органический растворитель — «классический» растворитель для ПУ-покрытий
УФ-поглотитель (УФ-абсорбер) Впитывает излучение и преобразуют его в тепло
УФ-стабилиз атор Нейтрализуют появляющиеся радикалы
Поверхностная добавка Модифицированная гидроксилсодержащая кремнийорганическая добавка
Катализатор отверждения Раствор ^оутщ^дл^щга олова
Рис. 2. Рецептура основы антиобледенительного полиуретанового лака
Для отверждения покрытия использовали алифатический отвердитель, широко применяемый в лакокрасочной промышленности, его количество составило 40 м.ч. на 100 м.ч. лаковой основы. Массовая доля нелетучих веществ основы лака (ГОСТ 31939): 50-55 %, условная вязкость основы лака по ВЗ-246, диаметр сопла 4 мм (ГОСТ 8420): 100-120 секунд, покрытие естественной сушки,
время высыхания до степени 3 (ГОСТ 19007): 5 часов. Рекомендуемые методы нанесения лака: пневматическое или безвоздушное распыление.
Результаты испытаний полученной системы антикоррозионного антиобледенительного
лакокрасочного покрытия для защиты металлических поверхностей приведены в Таблице 1и на рисунке 3.
Наименование показателя (характеристики) Значение показателя (содержание характеристики)
Внешний вид покрытия Однородная поверхность без видимых дефектов: пропуски, потеки, наплывы, шагрень, кратеры, поры, пузыри отсутствуют
Адгезия методом Х-образного надреза, балл 0
Адгезия методом решетчатого надреза, балл 0
Адгезия льда к поверхности, МПа 0
Краевой угол смачивания, град. 100 - 101
Таблица 1. Результаты испытаний разработанной системы ЛКП
а) б)
Рис. 3. Система покрытий после испытаний на адгезию: а) методом решетчатых надрезов,
б) методом Х-образного надреза
Результаты испытаний подтверждают
возможность использования данного покрытия в качестве антиадгезионного антиобледенительного лакокрасочного покрытия для защиты металлических поверхностей.
Список литературы
1. Яковлев А. Д., Яковлев С. А. Лакокрасочные покрытия функционального назначения. СПб.: Химиздат, 2016. -272 с.
2. Оттова П.О., Павлов А.В., Зеленская А.Д., Федякова Н.В. Антистатическое индустриальное лакокрасочное покрытие // Успехи в химии и
химической технологии: сб. науч. тр. - 2019. -№ 6 (216). -Т. XXXIII. - С. 76-78.
3. Шорина Н.С., Смогунов В.В. Проблема обледенения и краткий обзор современных методов борьбы с ним // Труды Международного симпозиума «Надежность и качество». - 2010. - Т.2. - С.91-93.
4. Кот А. Покрытия, препятствующие обледенению//Лакокрасочные материалы и их применение. - 2015. -№ 9.- С. 30-31.
5. В.В. Верхоланцев. Антиадгезионные покрытия // Лакокрасочные материалы и их применение. -2004. - №6. - С. 33-34.
