Совершенствование составов противопригарных красок Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»



гита I со

1 (82), 2016/ UU

УДК 621.74 Поступила 25.12.2015

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СОСТАВОВ ПРОТИВОПРИГАРНЫХ КРАСОК IMPROVEMENT OF THE COMPOSITION OF NONSTICK COLORS

О. С. КОМАРОВ, Б. М. НЕМЕНЕНОК, Е. В. РОЗЕНБЕРГ, Т. Д. КОМАРОВА, Белорусский национальный технический университет, г. Минск, Беларусь, пр. Независимости, 65. E-mail: [email protected]

O. S. KOMAROV, B. M. NEMENJONOK, E. V. ROZENBERG, T. D. KOMAROVA, Belarusian National Technical University, Minsk, Belarus, 65, Nezavisimosti ave. E-mail: [email protected]

Изучена возможность повышения твердости (прочности) противопригарной краски на основе дистен-силиманита и лигносульфаната в качестве связующего за счет добавки алюмината натрия и полиэтиленгликоля (ПЭГ-200). Установлено, что добавка этих веществ способствует повышению прочности для первого в диапазонах температур 1301200 °С, а для второго - только после сушки.

Показано, что для дистен-силиманита и циркона (ZrSiO4) эти вещества обеспечивают высокую прочность и в качестве самостоятельных связующих. Но для красок на основе Al2O3 их применение не эффективно.

The possibility of increasing the hardness (strength) nonburning-on coatings based on distensilimonita and lingosulfanata as binding by the addition of sodium aluminate and polyethylene glycol (PEG-200) was usearched. It was found that addition of these substances enhances strength for the first one temperature ranges 130-1200 °C, and for the second one - only after drying.

It is shown that for distensilimonita zircon (ZrSiO4) these substances provide high strength and as separate binders. But for paints based on Al2O3 their use is not efficient.

Ключевые слова. Противопригарное покрытие, связующее, алюминат натрия, полиэтилен гликоль, прочность покрытия. Keywords. Nonburning-on coating, binding, sodium aluminate, polyethylene glycol, strength coating.

Целью проведенных исследований по совершенствованию состава литейных противопригарных красок являлся поиск вторичных ресурсов (отходов), добавка которых в состав существующих красок повысит их качество, или использование которых в качестве самостоятельных связующих позволит создать новые противопригарные покрытия

Анализ существующих на предприятиях РБ отходов показал, что потенциальными связующими могут быть алюминат натрия и ПЭГ-200 . Первый образуется при полировке алюминиевых отражателей в расплаве NaOH . Второй служит носителем для порошка карбида кремния при распиливании слитков полупроводникового кремния

На первом этапе работы исследовали влияние добавок этих отходов в состав базовой краски УПП «Универсал-Лит», связующим в которой является лигносульфанат. В состав краски вводили отходы ПЭГ-200 или раствор NaAlO2 в количестве 1-4% . Алюминат натрия добавляли в краску в виде 50%-ного водного раствора

Критерием оценки влияния добавок на свойства краски служила ее твердость после сушки при 130 °С и прокалки при 400, 900 и 1200 °С . Твердость измеряли в соответствии с методикой, приведенной в работе [1] . Результаты замеров твердости для добавок ПЭГ-200 и NaAlO2 приведены на рис . 1, 2 . Как следует из рисунков, добавка ПЭГ-200 не оказала заметного влияния на твердость краски после прокалки при высоких температурах . Это естественно, так как нагрев свыше 400 °С приводит к деструкции лигносульфаната и полиэтиленгликоля . Повышение твердости после прокалки при 1200 °С связано со спеканием дистен-силиманита легкоплавкими примесями, например, глиной, добавляемой с целью повышения вязкости

Наоборот, добавка алюмината натрия повышала твердость краски после сушки и прокалки тем в большей степени, чем больше величина добавки . Такой характер его влияния объясняется тем, что после деструкции лигносульфаната (400 °С) он берет на себя функции связующего (см . рис . 1) .

54/1(82]

:iwr:tffititfrrTrrii (82), 2016-

Рис . 1 . Влияние температуры нагрева краски с добавкой ПЭГ-200 на ее твердость: 0 - без добавки; 1, 2, 4 - % добавки ПЭГ-200

Рис 2 Влияние температуры нагрева краски с добавкой №АЮ2 на ее твердость: 0 - без добавки; 1, 2, 4 - % добавки №АЮ2

Рис . 3 . Влияние добавки №АЮ2 и ПЭГ-200 на ее твердость краски литейного цеха № 3 ОАО «МТЗ»: 1 - исходная краска МТЗ; 2 - с добавкой 3% ПЭГ-200; 3 - с добавкой 3% №АЮ2 и 2% ПЭГ-200; 4 - с добавкой 5% №АЮ2 и 2% ПЭГ-200; 5 -с добавкой 4% NaAЮ2

Проверку достоверности упрочнения краски на основе дистен-силиманита и лигносульфаната проводили на краске литейного цеха ОАО «МТЗ» . Результаты экспериментов приведены на рис . 3 . Как и в предыдущем случае (рис . 1, 2), добавка NaAlO2 и ПЭГ-200 существенно повысили твердость краски во всем диапазоне исследованных температур Характерно, что добавка NaAlO2 обеспечивает стабильный рост твердости по мере повышения температуры .

На втором этапе исследовали возможность использования смеси алюмината натрия и ПЭГ-200 в качестве самостоятельного связующего . В качестве огнеупорного наполнителя использовали дис-тен-силиманит, порошок AI2O3 и ZrSiO4 . Варианты соотношения связующих для различных опытов приведены в табл 1

На рис . 4 приведено изменение твердости огнеупорного покрытия после сушки при 130 °С и прокалки при 400, 900 и 1300 °С для дистен-силиманита в качестве огнеупорного наполнителя . Из рисунка видно, что добавка NaAlO2 обеспечивает высокую

Таблица 1. Варианты соотношений связующих для различных наполнителей

Номер опыта Состав краски, %

основа ПЭГ NaAlO2 глина ЛСН

21 50ДСМ - 5 1 -

22 50ДСМ 1 5 1 -

23 50ДСМ 2 5 1 -

24 50ДСМ 3 - 1 -

25 50ДСМ 4 1 1 -

лгггг^ гг^^птллтггта/кк -1 (82), 2016/ 1111

Продолжение табл. 1

Номер опыта Состав краски, %

основа ПЭГ №АЮ2 глина ЛСН

26 50ДСМ 5 2 1 -

33 707гБЮ4 - - 1 3

34 707гбю4 - 5 1 -

35 707гбю4 1 5 1 -

36 707гбю4 2 5 1 -

37 707гбю4 5 - 1 -

38 707гбю4 5 1 1 -

39 707гбю4 5 2 1 -

П р и м е ч а н и е: ДСМ - дистен-силиманит, ЛСН - лигносульфанат.

твердость при всех температурах независимо от дополнительной добавки ПЭГ-200 . Для опытов № 22, 23 и 25 значения твердости после прокалки при 1300 °С указаны цифрами над верхним контуром рис . 4 .

Изменение твердости после сушки и прокалки при различных температурах и разных соотношениях связующих компонентов для случая применения в качестве огнеупорного наполнителя представ-

лено на рис . 5, из которого следует, что краска на этом наполнителе изначально более твердая по сравнению с дистен-силиманитом . Наилучшие результаты независимо от температуры прокалки получены в случае использования в качестве связующего NaAЮ2 (опыты 34-36) . Добавка ПЭГ-200 к NaAЮ2 способствует росту твердости (опыты 35 и 36) . Лигносульфанат (опыт 33) обеспечивает хорошую твердость после сушки, но она резко уменьшается после прокалки при 400 °С и выше . ПЭГ-200 в качестве связующего не обеспечивает необходимой твердости (опыт 37), но добавка к нему 1-2% NaAЮ2 изменяет ситуацию (опыты 38, 39) . В связи с растрескиванием и скалыванием краски при нагревании до 1300 °С удалось замерять твердость только для опыта № 36

Использование А^Оэ в качестве огнеупорного наполнителя и связующих ПЭГ-200 и NaAЮ2 не дало положительных результатов (табл . 2) . Краска плохо схватывалась с корундовой подложкой, имела невысокую твердость после сушки и рассыпалась после прокалки при 900 °С .

150

125

110

70 65 60 55 50 45

А 35 &

о 30

ч

а

и 25 Е-

20 15 10

5 О

В 22

24 Ж**

25

200

1200

400 600 800 1000

Температура, °С

Рис . 4 . Изменение твердости по мере увеличения температуры при различных соотношениях связующих для дистен-силиманита: 23, 22, 21, 26, 24, 25 - номера опытов

75 70 65 60

55 > 50

X

Л 45 Й

§ 40

а.

о

(2 35 30 75 20 15 10

33»- ---

39/

3

200 400 600 800

Температура, "С

1000

1200

Рис 5 Изменение твердости по мере увеличения температуры прокалки при различных соотношениях связующих для 7гБЮ4: 35, 33, 36, 34, 39, 38, 37 - номера опытов

М/Ш"IK-rcnî

U U/ 1 (82), 2016-

а

б

агггг^ IT гс лтита /С7

-1 (82), 2016 / U И

Таблица 2 . Влияние добавок ПЭГ-200 и №АЮ2 на твердость краски на основе а-А1203 после прокалки

при различных температурах

Номер опыта Состав, % Твердость HV после нагрева до t, °С Примечание

AI2O3 NaAlO2 ПЭГ глина 130 400 1300

27 50 2 5 1 - - - Нет прочности и связи с подложкой

28 50 5 - 1 8,7 - - Нет прочности и связи с подложкой

29 50 5 1 1 7,5 12,1 - Нет связи с подложкой

30 50 - 5 1 8,0 21,3 - Осыпалась, нет прочности

31 50 1 5 1 7,8 15,1 - Осыпалась, нет прочности

32 50 2 5 1 7,2 13,5 - Разваливается, нет связи с подложкой

С целью выяснения причины отсутствия прочности у краски на основе глинозема (AI2O3) исследовали структуру красок на основе AI2O3; ZrSiO4 и Al2O3*SiO4 (дистен-силиманита) после прокалки при 1300 °С (рис . 6) . В отличие от красок на основе ZrSiO4 и Al2O3-SiO4 структура краски на основе глинозема состоит из отдельных конгломератов (рис . 6, а), образовавшихся в процессе осаждения Al(OH)3 из пересыщенного раствора алюмината натрия, что хорошо заметно при небольшом увеличении При большом увеличении выявляется однородная структура конгломерата, состоящая из пластинок одинаковых размеров . Выдержка при 1300 °С не привела к образованию мостиков, соединяющих отдельные пластины . В то же время выдержка красок на основе ZrSiO4 и Al2O3-SiO4 (рис . 6, б, в) привела к образованию мостиков (отмечены стрелками) между отдельными зернами Сама зерновая структура в обоих случаях характеризуется неоднородностью размеров отдельных частиц . Остается невыясненной причина отсутствия проникновения крепителя в конгломераты AI2O3, в результате чего исключается связь между частицами при низких температурах и спекание частиц при высоких

Выводы

Установлено, что небольшие добавки алюмината натрия во всем диапазоне исследованных температур способствуют росту твердости, а следовательно, и прочности противопригарных красок на базе дис-тен-силиманита и лигносульфаната . Добавка ПЭГ-200 повышает прочность только после сушки краски . Кроме того, показано, что NaAlO2 и ПЭГ-200 могут выступать в качестве самостоятельных связующих для дистен-силиманита и циркона (ZrSiO4)

Литература

1. К о м а р о в О .С . , Б а р а н о в с к и й К . Э . , Р о з е н б е р г Е .В . , К о м а р о в а Т. Д . Методика определения прочности противопригарных красок // Литье и металлургия . 2014 . № 4 . С . 31-33 .

References

1. K o m a r o v O . S . , B a r a n o v s k i j K .J e . , R o z e n b e r g E . V. , K o m a r o v a T D . Metodika opredelenija prochnosti protivoprigarnyh krasok [Method of determining the strength of nonstick colors] . Lit'e i metallurgija = Foundry рroduction and metallyrgy, 2014, no . 4, pp. 31-33 .