Термостойкость лакокрасочных покрытий на основе полимеров и способы ее увеличения Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 667.6

С. Е. Митрофанова

ТЕРМОСТОЙКОСТЬ ЛАКОКРАСОЧНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ ПОЛИМЕРОВ И СПОСОБЫ ЕЕ УВЕЛИЧЕНИЯ

Ключевые слова: термостойкость, лакокрасочные материалы.

Лакокрасочные материалы применяются повсеместно. Одной из важных характеристик покрытий является их термостойкость. Увеличивая температурный интервал эксплуатации лаков можно значительно расширить области их применения.

Keywords: thermal stability, paintwork and coating materials.

Paintwork materials are using everywhere. Thermal stability is one of important coating behavior. Increasing the temperature interval ofpaint operation it is possible to expand the application field.

В настоящее время лакокрасочная промышленность предлагает широкий ассортимент продукции, среди которой особое место занимают композиции на основе полимерных пленкообразующих [1]. По данным государственного комитета статистики РФ, в 2012 году была выпущена 831 тыс. тонн лакокрасочных материалов (ЛКМ) на основе полимеров. Как показано на рисунке 1, среднегодовой темп роста производства составляет 5,3%. Рост популярности полимерных покрытий обусловлен их уникальным комплексом свойств, к которым, прежде всего, относятся высокая устойчивость к абразивному истиранию, прочность, адгезия к различным подложкам, нефтебензомаслостойкость и хим-стокость, высокая технологичность [2]. Востребованность указанных материалов на рынке ЛКМ стимулирует исследования в этой области.

Немаловажным фактором для выбора лакокрасочного покрытия является температурный режим, в котором будет эксплуатироваться окрашиваемый объект. В данном случае особое внимание необходимо уделять такой характеристики лакокрасочного покрытия, как его термостойкость. Под этим термином понимается температура, при которой покрытие сохраняет свои защитные и физико-механические свойства, позволяющие использовать его в течение определенного срока. Термостойкость покрытия зависит от природы пленкообразующего, пигментов и наполнителей и определяется прочностью химических связей вещества, механизмом и кинетикой термических реакций. Большинство полимеров при нагревании в присутствии кислорода воздуха подвергается термоокислительной деструкции, в результате чего происходят два процесса: разрушение молекул полимера с образованием молекул меньшего размера (продукты окисления и расщепления полимера) и структурирование — образование молекул трехмерного строения. Эти процессы ухудшают свойства термостойких лакокрасочных покрытий [3, 4].

В зависимости от природы пленкообразующего термостойкое лакокрасочное покрытие может сохраняться довольно длительно: нитроцеллюлоз-ные и перхлорвиниловые покрытия — при 80—90°, этилцеллюлозные — при 100°, алкидные на высыхающих маслах — при 120—150°, алкидные на полувысыхающих маслах — при 200°, фенольно-

масляные, полиакриловые и полистирольные — при 200°, эпоксидные — при 230—250°, поливинилбу-тиральные — при 250—280°, битумно-масляно-смоляные — при 200°, полисилоксановые, в зависимости от типа смолы,— при 350—400—550°. В качестве пигментов в термостойких эмалях применяются сажа (до 350°), титановые белила, зеленая окись хрома, стронциевый крон, кадмиевые и кобальтовые соединения, цинковая пыль, алюминиевая пудра и пудра из нержавеющей стали. Наполнители: слюда, тальк, асбестит.

Термостойкие ЛКМ обладают целым рядом достоинств. Во-первых, такие виды красок позволяют надежно защитить обрабатываемые детали, механизма и конструкции от коррозии. Они продлевают срок службы окрашенных поверхностей в несколько раз. Во-вторых, лакокрасочные материалы этой группы способны эффективно противодействовать негативному воздействию на окрашенные элементы влаги, агрессивных химических веществ, таких, как бензин или масло. Это открывает широкие возможности для использования их в нефтедобывающей и перерабатывающей промышленности. И, наконец, в-третьих, термостойкая краска сохраняет свои свойства при температуре до 600-700°С, имеет высокие электроизоляционные свойства.

Лакокрасочная продукция на основе поли-органосилоксанов на протяжении нескольких десятилетий входит в ряд важнейших термостойких защитных покрытий, способных противостоять действию температур 200-600 °С. Синтетические кисло-родосодержащие кремнийорганические полимеры полиорганосилоксаны — отличаются высокой прочностью и с трудом разрушаются. Именно разработками таких продуктов занимается торгово-промышленная компания «ИнфраХим». Покрытия на основе кремнийорганических пленкообразующих используются для термостойкой защиты дымовых труб, печей для сжигания отходов, системы выхлопа в автомобилях, трубопроводов, продуктопроводов, в том числе с перегретым паром. Это такие лаки как К0-08, КО-85, КО-815 и др. Средняя температура их эксплуатации 200-450°С.

1000-. 8006004002000

2009

2010

2012

2013

2014

Рис. 1 - Тенденция роста ЛКМ на основе полимеров (тыс. тонн) в России в период 2009-2014 гг

Широкий ассортимент ЛКМ на основе по-лиорганосилоксанов производят и на ЗАО «Н1III»Спектр». Это такие продукты как «Экоцин», «Церта», «Церта-пласт», ОС-51-03. Введение в состав представленных ЛКМ дополнительных неорганических пигментов и наполнителей способствует еще большему повышению термостойкости [5]. Данные краски применяются для защитно-декоративной отделки и выдерживают воздействия перепада температур от -60 до 750°С.

В основе краски Мс^ор лежит технология применения кремнийорганических смол, которые способствуют существенному повышению порога термостойкости - до 600°С. Она предназначена для покраски конструкций, которые могут подвергаться длительному воздействию температур

Применение в качестве наполнителей различных минеральных компонентов, таких как асбеста и слюды приводит не только к значительному увеличению термостойкости, но и значительно удешевляет лакокрасочный материал. Добавление алюминиевой или цинковой пудры обеспечивает способность красок выдерживать очень высокую температуру, около 650°С.

В последние годы для повышения прочностных свойств и термостойкости полимерных материалов и покрытий применяют их армирование на-ноструктурными наполнителями. Эксперты считают, что созданные с использованием нанотехноло-гий материалы поднимут на новый уровень качество труб с антикоррозионным покрытием. Это повысит их конкурентоспособность, увеличит срок эксплуатации и изменит физико-химические свойства. Это обстоятельство немаловажно в связи со строительством нефтегазопроводов в сложных климатических

условиях Крайнего Севера, пустынь и территорий с большими и резкими колебаниями температур.

Так, завод ЗАО «Уралпластик» одним из первых в России реализовал производство полимерной пленки, модифицированной нанокомпозитами. Что в итоге повысило термостойкость лакокрасочных материалов на 150°С и привело к значительному снижению себестоимости продукции.

Особый вклад в увеличение термостойкости вносят керамические добавки и глинезем [6]. Кроме того, созданное с использованием нанотех-нологий антикоррозионное покрытие нового типа ориентировано на соответствие международным экологическим нормам, что должно в значительной мере обеспечить конкурентоспособность продукции трубных предприятий России на рынке, особенно в странах ЕЭС. Все это позволяет сделать вывод о том, что актуальность, востребованность и перспективность разработки несомненна.

Литература

1. В. А. Кофтюк, Лакокрасочные материалы и их применение, 5, 13-17 (2008).

2. В.А. Ямский, Полиуретановые технологии, 2(9), 28-32 (2007).

3. Н.А. Моисеева, Д.Г. Богатеев, И.А. Абдуллин, А.А. Баландина, Вестник Казанского Технологического Университета, 24, 95-96 (2013).

4. В.Е. Катнов, С.Н. Степин, В.В. Михеев, Вестник Казанского Технологического Университета, 9, 144-146 (2010).

5. С.П. Михеев, Лакокрасочные материалы и их применение, 6, 24-27 (2014).

6. С.В. Панин, В.Е. Панин, Б.Б. Овечкин, Физическая ме-зомеханика, 9, 141-144 (2006).

© С. Е. Митрофанова - к.х.н., асс. каф. физики КНИТУ, [email protected].

© S. E. Mitrofanova - Ph.D. Assistent of department Department of physics of KNRTU, [email protected].