Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям
На правах рукописи
Силкина Анастасия Юрьевна
РАЗРАБОТКА АНТИКОРРОЗИОННОЙ ГРУНТОВКИ УФ-ОТВЕРЖДЕНИЯ
Специальность 05.17.06 Технология и переработка полимеров и композитов
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Санкт-Петербург - 2012
Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный университет кино и телевидения на кафедре полимеров и композитов.
Научный консультант: доктор технических наук Бабкин Олег Эдуардович
Официальные оппоненты:
Толмачев Игорь Андреевич доктор технических наук, профессор, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный технологический институт (Технический университет), профессор кафедры химической технологии органических покрытий Дринберг Андрей Сергеевич кандидат технических наук, ООО НИПРОИНС ЛКМ и П с ОП, генеральный директор
Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования СанктПетербургский университет ГПС МЧС России
Защита диссертации состоится 25 декабря 2012 года в на заседании диссертационного совета Д 210.021.01 Санкт-Петербургского государственного университета кино и телевидения по адресу: 191119, Санкт-Петербург, ул.
Правды, д. 13.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного университета кино и телевидения.
Автореферат разослан л 23 ноября 2012 г.
Ученый секретарь диссертационного совета Гласман К.Ф.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы:
В последние годы в индустрии антикоррозионной защиты наблюдается некоторая смена приоритетов, которая происходит под влиянием новых разработок и исследований, проводимых производителями лакокрасочных материалов. Если ранее считалось, что основное назначение грунтовки - обеспечение высокой адгезии покрытий к защищаемой поверхности и связь с верхним слоем, а также выполнение защитных функций в составе комплексного покрытия, то в настоящее время грунтовка рассматривается как самостоятельное покрытие толщиной 20-25 мкм с сохранением высоких защитных характеристик. Помимо высоких защитных свойств, к грунтовкам предъявляются повышенные требования, например, высокая скорость формирования покрытия, низкая токсичность, небольшая толщина покрытия.
Таким образом, развитие современных систем защиты от коррозии включает в себя сохранение существующих высоких антикоррозионных свойств покрытий при небольшой толщине 20-25 мкм с одной стороны и рост производительности окраски с другой стороны. Эти цели могут быть достигнуты как за счет создания новых материалов, так и за счет оптимального комбинирования и применения уже имеющихся.
В настоящее время инновационная технология УФ-отверждения лакокрасочных материалов считается одной из самых главных и перспективных технологий в лакокрасочной промышленности. Свойства любого лакокрасочного материала определяются его химическим составом: природой пленкообразующего, видом пигментов и наполнителей, характером применяемых специальных добавок. Большая часть УФ-отверждаемых лакокрасочных покрытий основана на химии акрилатов, которые сшиваются за счет радикальной полимеризации, при которой наблюдается усадка и, как следствие, ухудшение адгезии с металлической подложкой, что в итоге сказывается на защитных свойствах покрытия. Кроме того, неясно как будут влиять антикоррозионные пигменты на скорость формирования покрытия и его защитные свойства. Поэтому рецептурный анализ факторов, влияющих на защитные свойства и скорость формирования покрытия, позволяет считать разработку антикоррозионных грунтовок УФ-отверждения актуальной задачей.
Цели и задачи исследования Цель работы заключалась в разработке антикоррозионной грунтовки УФотверждения. В перечень задач исследования входило:
1. Обоснование выбора природы низкомолекулярного олигомера в качестве пленкообразователя для УФ-отверждаемых систем.
2. Изучение влияния активного разбавителя на защитные свойства пленки УФотверждения.
3. Исследование влияния технического углерода на возможность использования его в рецептурах УФ-покрытий.
4. Изучение влияния антикоррозионных пигментов на формирование покрытий УФ-отверждения.
5. Разработка технологии производства антикоррозионной грунтовки УФотверждения.
Научная новизна 1. Предложен и научно обоснован выбор природы низкомолекулярных олигомеров для использования их в качестве пленкообразователя антикоррозионных грунтовок УФ-отверждения с высокими защитными характеристиками.
2. Выявлены функциональные составляющие активного разбавителя в композиции УФ-отверждения, заключающиеся не только в регулировании вязкости, но и в активном влиянии на реакционную способность композиции и регулировании защитных характеристик покрытия.
3. Показано, что дисперсность и химические свойства поверхности технического углерода влияют на декоративные и физико-механические показатели грунтовки УФ-отверждения.
4. Установлен целесообразный вид антикоррозионного пигмента и его содержание в грунтовке УФ-отверждения.
Практическое значение работы 1. Разработана рецептура и технология производства антикоррозионной грунтовки УФ-отверждения Акрокор УФ ТУ 2316-019-50003914-2006.
2. Налажено производство грунтовки Акрокор УФ в ООО НПФ ИНМА.
Положения, выносимые на защиту 1. Активный разбавитель в рецептуре композиции УФ-отверждения выполняет роль не только регулятора вязкости, но также определяет реакционную способность композиции и регулирует защитные и физико-механические характеристики покрытия.
2. Дисперсность и химические свойства поверхности технического углерода влияют на декоративные и физико-механические показатели грунтовки УФотверждения.
3. Природа антикоррозионного пигмента влияет на возможность его использования в грунтовке УФ-отверждения.
4. Обоснование параметров технологии производства антикоррозионной грунтовки УФ-отверждения.
ичный вклад автора Основная идея работы, постановка исследовательских и практических задач, разработка методов их решения. Теоретическое и практическое обоснование выбранных направлений.
Апробация работы Основные результаты исследований докладывались и обсуждались на международной научно-практической конференции Современные проблемы химии и физики поверхности (Киев, 18-21.05.2010) и на научно-практическом семинаре, проводимом ОАО АВАНГАРД, (СПб, 15-18.04.2008, 24-27.03.2009, 9-11.02.2010, 15-18.02.2011, 14-17.02.2012); на второй межотраслевой конференции Антикоррозионная защита - 2011, (г. Москва, 30.03.2011); на международной научно-практической конференции Новые материалы и технологии производства и применения лакокрасочных материалов.
Противокоррозионная защита ОАО Ленэкспо (СПб, 17-18 мая 2011); на всеукраинской конференции с международным участием, посвященная 25летию Института химии поверхности им. А.А. Чуйко НАН Украины Актуальные проблемы химии и физики поверхности (Киев, 11-13 мая 2011);
на международной конференции Rad Tech Europe 11. Europes event for UV/EB curing. UV/EB-Green Technology for Innovation ( Basel / Switzerland, October 1820, 2011); на пятой всероссийской конференции с международным участием Химия поверхности и нанотехнологии, (СПб-Хилово 24-30 сентября 2012).
Публикации По материалам диссертации опубликовано 12 печатных работ, в том числе четыре статьи, опубликованых в изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка цитируемой литературы (122 наименования) и приложений. Диссертация содержит 1страницу текста, 39 рисунков и 16 таблиц.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, представлена ее общая характеристика, сформулированы цель и задачи исследования, дана оценка научной новизны и практической ценности полученных результатов.
В первой главе представлен обзор литературных источников, в котором приведены сведения о классификации коррозии и способах защиты от нее.
Рассмотрены виды антикоррозионных грунтовок и эффективность их действия.
Описаны процессы и механизмы УФ-отверждения лакокрасочных покрытий. Рассмотрены материалы, отверждаемые УФ-излучением, их достоинства и недостатки, области их применения и принципы построения рецептур.
Обобщение и анализ научно-технической литературы позволили сформулировать цель и основные направления работы.
Во второй главе описаны объекты и методы исследования. Объектами исследования являлись низкомолекулярные олигомеры, активные разбавители, пигменты некоторые физико-механические показатели которых приведены в табл. 1-4. На их основе готовили композиции лаков и грунтовок УФотверждения.
Композиции лаков УФ-отверждения готовили в скоростном диссольвере путем смешивания компонентов пленкообразователя с 2,5% фотоинициатором 1-гидроксициклооксилфенилкетон в течение 10 минут. Интенсивность ультрафиолетового излучения (Н) областей UV-A, UV-B, UV-C, UV-V регистрировали с помощью прибора УФ-фотомера UV Power Puck II. Они составили: Ha=135 мВт/см2, HB=150 мВт/см2, HC=24 мВт/см2, НV = 90 мВт/см.
Толщину покрытия измеряли прибором Konstanta К5.
Грунтовки УФ-отверждения готовились в скоростном диссольвере смешением в течение 20 минут компонентов пленкообразователя со смесью фотоинициаторов, состоящей из 1-гидроксициклооксилфенилкетона и 2,4,6триметилбензилдифенилфосфиноксида, пигментов и добавок.
Таблица Некоторые характеристики низкомолекулярных олигомеров ММ, Функциона- , № Хим. соединение Торговая марка г/моль льность Пас Уретан акрилаты Photomer 6611F 1000 2 13,Ароматический уретановый акрилат Photomer 6619F 1000 6 1Desmolux U200 2000 3,9 7,Алифатический 2 Desmolux U100 1100 3 8,уретановый акрилат Desmolux LS 2265 650 3,4 8,Ароматический 3 уретановый акрилат Photomer 6613F 2000 3 40,в ГДДА Эпоксиакрилаты Эпоксиакриловый 4 Ebecryl 3300 550 2 1,олигомер Desmolux VP LS 5 Эпоксиэфиракрилат 700 3,5 8,22Изучение лаковых систем проводили методами определения:
динамической вязкости на приборе Brookfield DV-E ГОСТ 1929-87, твердости на маятниковом приборе ТМЛ-2124 ГОСТ 5233-89, адгезионной прочности на электронном приборе для измерения сцепления Neurtek KN-10 ИСО 4624, паропроницаемости по методике рег. №1-2006, стойкости в камере соляного тумана Dycometal SSC 140 ГОСТ 9.401 и ГОСТ 20.57.406-8 метод 215-3. ИКспектры рассчитывались с помощью Фурье-спектрометра Shimadzu FTIR8400S.
Грунтовки УФ-отверждения изучали методами определения: стойкости в камере соляного тумана Dycometal SSC 140 ГОСТ 9.401 и ГОСТ 20.57.406-метод 215-3, водостойкости ГОСТ 9.403-80 метод А, адгезионной прочности ГОСТ 15140-78 метод параллельных надрезов, эластичности пленки на изгиб на приборе шкала гибкости ШГ-1 ГОСТ 6806-73, прочности пленки при ударе на приборе У-1 ГОСТ 4765-73, степени перетира на приборе Клин (гриндометр) ГОСТ 6589-74.
Таблица Характеристики активных разбавителей Торговая ММ Функциона- , № Хим. соединение марка г/моль льность Пас Монофункциональные акрилаты Полипропиленгликоль 1 Bisomer PPA6 420 1 0,акрилат Полиэтиленгликоль 2 Bisomer PEA6 336 1 0,0акрилат 3 Изоборнилакрилат IBOA 208 1 0,0Фенолэтоксиламоно- Photomer 4 265 1 0,акрилат 4039F Гидроксиэтил- Bisomer 5 130 1 0,0метакрилат HEMA Дифункциональные акрилаты Этоксилированный Photomer 6 500 2 1,диакрилат Бисфенон-А 4028F Пропоксилированный Photomer 7 диакрилат 330 2 0,04127F неопентилгликоля Photomer 250 2 0,Дипропиленгликоль 4226F диакрилат(ДПГДА) Laromer 250 2 0,DPGDA Laromer 9 Бутандиодиакрилат 200 2 0,0BDDA 10 Гександиолдиакрилат HDDA 226 2 0,Трипропиленгликоль 11 TPGDA 300 2 0,0диакрилат Триметилолпропан 12 TMPDE 80 210,7 2 0,0диалилэфир Трифункциональные акрилаты Пропоксилированный Photomer 13 триметилпропан 475 3 0,04027F триакрилат Этоксилированный Photomer 14 триметилпропан 430 3 0,4149F триакрилат 15 Глицерин триакрилат SR 9020 428 3 0,0Пентаэритритол 16 SR 4440 298 3 0,триакрилат Таблица Характеристики технического углерода Средний Удельная Марка тех. pH водной № диаметр частиц, поверхность по углерода суспензии нм БЭТ, м/г 1 Special black 6 2,5 17 32 Printex U 4,5 25 1Special black 3 3,3 50 14 П-245 7,0 23 15 П-324 8,0 28 6 П-514 7,8 50 7 П-702 8,0 92 8 П-803 8,0 180 Таблица Характеристики антикоррозионных пигментов Средний МаслорH (водной Плотность, размер № Название емкость, вытяжки) г/см частиц, г/100г мкм Фосфат цинка с 1 6,0-8,0 3,2 34-45 1,молибдатом цинка Мелкодисперсный 2 6,5-8,5 3,3 42-56 1,фосфат цинка Модифицированный 3 комплекс на основе 8,2 3,5 43,9 ортофосфата цинка Тетраоксихромат 4 7,0-8,0 Ч 15-35 1,цинка Фосфат хрома со 5 сниженным 5,0-6,5 2,4 30 1,поглощением масла Цинковый порошок 6 Ч Ч Ч сферической формы Цинковый порошок 7 Ч Ч Ч 10-хлопьевидной формы В третьей главе представлены результаты исследований.
В первом разделе обоснован выбор природы низкомолекулярного олигомера.
Из представленного ассортимента низкомолекулярных олигомеров эпоксиакрилатов, уретанакрилатов, сложных полиэфиракрилатов с молекулярной массой (ММ) от 500 до 2500 г/моль разработана оптимальная рецептура лакокрасочного материала УФ-отверждения. Из литературных данных известно, что чем более плотная структура олигомера образуется на подложке, тем более высокие защитные свойства проявляет пленка.
Рис. 1. Влияние количества активного Рис. 2. Влияние количества активного разбавителя на твердость покрытия: а) разбавителя на время отверждения алифатический уретановый акрилат, ММ - композиции: а) алифатический уретановый 650 г/моль; б) алифатический уретановый акрилат, ММ - 650 г/моль; б) акрилат, ММ - 1000 г/моль; в) алифатический уретановый акрилат, ММ - алифатический уретановый акрилат, ММ - 1000 г/моль; в) алифатический уретановый 2000 г/моль акрилат, ММ - 2000 г/моль На рис. 1 и 2 представлены результаты по влиянию количества активного разбавителя трипропиленгликольдиакрилата (ТПГДА) и гександиолдиакрилата (ГДДА) на твердость пленки и время отверждения для низкомолекулярных олигомеров с разной ММ. При увеличении содержания активного разбавителя твердость пленки увеличивается для всех низкомолекулярных олигомеров.
Следовательно, активный разбавитель влияет не только на вязкость композиции, но и на физико-механические показатели.
С увеличением активного разбавителя время отверждения возрастает (рис.
2 а,в). Для низкомолекулярного олигомера с ММ - 1000 г/моль (рис. 2 б) наблюдается экстремум при содержании от 5 до 20% активных разбавителей в системе.
Проведенные испытания покрытий на основе уретанакриловых, эпоксиакриловых, полиэфиракриловых низкомолекулярных олигомеров с различной молекулярной массой в камере соляного тумана показали, что в тонком слое отвержденной пленки (20-25 мкм) защитные свойства составляют не более 24 часов, независимо от исследуемой природы олигомера, и с ростом его ММ до значений, превышающих 1000 г/моль, они ухудшаются до 12 часов и менее.
Из представленного ассортимента уретанакрилатов, эпоксиакрилатов, полиэфиракрилатов был выбран низкомолекулярный олигомер с невысокой функциональностью, не больше двух, так как у олигомеров с большей функциональностью возникают проблемы с адгезией из-за высокой усадки.
Анализ литературы показал, что при выборе пленкообразователя наилучшими показателями обладают эпоксиакрилаты и уретанакрилаты.
Исходя из химии полимера, вязкости и срока службы покрытия, был выбран эпоксиакрилат. Эпоксиакрилаты дают жесткие пленки с высокой скоростью отвержения. Покрытия на их основе отличаются высокой химической стойкостью, имеют высокую адгезию, и эти материалы можно наносить методом пневмораспыления.
Во втором разделе представлены результаты исследования влияния активного разбавителя, как на свойства самой УФ-отверждаемой композиции, так и на свойства получаемого полимерного покрытия.
Рецептурный состав усложняется, если появляется второй компонент - активный разбавитель. Активный разбавитель разбавляет пленкообразователь и активно участвует в процессе полимеризации. Таким образом, согласно теории плотной упаковки существуют определенные оптимальные пропорции компонентов, зависящие от плотности упаковки макромолекул связующего, при достижении которых образуются наиболее плотные структуры, и как следствие, в этом случае защитные свойства пленки будут максимальны.
В композицию с эпоксиакрилатом вводили двухфункциональный активный разбавитель - дипропиленгликольдиакрилат (ДПГДА). С увеличением содержания ДПГДА с 35 до 62% масс. при уменьшении вязкости в 10 раз, не происходит изменения времени отверждения, но при этом незначительно возрастает твердость пленки с 0,48 до 0,62 у.е. В этом же интервале происходит ухудшение показателя прочности к удару. Этот показатель уменьшается с 50 до 30 см при содержании ДПГДА в смеси более 50% масс.
Стойкость в камере соляного тумана пленки толщиной 25 мкм остается постоянной и составляет не более 100 часов независимо от увеличения ДПГДА в изучаемом интервале (рис. 3).
Изучение паропроницаемости пленок с толщиной 100 мкм показало экстремальную зависимость от рецептурного состава соотношения олигомер:активный разбавитель. Максимальная паропроницаемость наблюдается у пленок, где соотношение эпоксиакрилат:ДПГДА равно 1:1 по массе. В этой же области наблюдается и минимальная адгезионная прочность пленки к металлу, составляя 0,6 Н/мм.
Рис. 3. Характеристики композиций: экоскиакрилат:ДПГДА По-видимому, образующаяся трехмерносшитая полимерная пленка при этом соотношении компонентов менее плотноупакована на молекулярном уровне.
Для изучения этого рецептурного состава был введен третий компонент - активный разбавитель изоборнилакрилат (ИБА) с функциональностью, равной 1, который последовательно замещал двухфункциональный разбавитель ДПГДА (рис. 4).
Рис. 4. Характеристики композиций: экоскиакрилат:ДПГДА:ИБА При увеличении содержания изоборнилакрилата до 28,8% масс. при одновременном уменьшении содержания эпоксиакрилата с 65 до 46% масс.
соотношение активных разбавителей в композиции двухфункциональный:однофункциональный уменьшается до 0,87, твердость пленки немного возрастает от 0,58 до 0,62 у.е., а затем увеличивается до 0,7 у.е. (рис. 5).
Надо отметить, что при этом процентном соотношении компонентов произошло существенное увеличение стойкости в камере соляного тумана покрытия толщиной 20-25 мкм со 100 до 240 часов (рис. 4). В этом же интервале происходит уменьшение паропроницаемости пленки с 46,3 до 32,г/смсут, а затем до 30 г/смсут. Сопоставляя кривую изменения адгезионной прочности (рис. 4) с результатами по стойкости в камере соляного тумана, можно констатировать, что высокий показатель по стойкости в камере соляного тумана покрытия толщиной 20-25 мкм (более 220 часов) объясняется более плотной организацией строения полимерной пленки и при этом меньшей усадкой из-за увеличения содержания в рецептуре композиции однофункционального разбавителя изоборнилакрилата.
0,0,0,0,0,0,0,0,0 5 10 15 20 25 30 изоборнилакрилат, % Рис. 5. Влияние разбавления изоборнилакрилата смеси эпоксиакрилата с ДПГДА на твердость пленки В результате проведенных испытаний было определено оптимальное соотношение олигомер:активный разбавитель, при которых композиции УФотверждения обладают наибольшими защитными свойствами. Этот состав композиции состоит из эпоксиакрилата-50%, ДПГДА-27% и ИБА-23%.
С помощью метода ИК-спектроскопии отслеживали процесс полимеризации.
В третьем разделе показано влияние дисперсности и химических свойств поверхности технического углерода на декоративные и физико-механические показатели.
Внешний вид покрытия, скорость отверждения, адгезионная прочность существенно зависят от используемой марки технического углерода, а именно, от его дисперсности и химических свойств поверхности (рис. 6).
Как видно из рис. 6а для покрытий, пигментированных техническим у.е.
Твердость по маятнику в углеродом с рН водной суспензии более 7 (марки П-245, П-324, П-702, П-803, П-514, табл. 3), с ростом удельной поверхности от 15 до 100 м/г и уменьшением диаметра частиц технического углерода внешний вид покрытия улучшается с 2 до 5 баллов, но при этом ухудшается адгезионная прочность от до 4 баллов, время отверждения грунтовки УФ-отверждения в этом случае не изменяется.
Рис. 6. Влияние удельной поверхности технического углерода на некоторые характеристики покрытия УФ-отверждения: а)технический углерод с щелочной поверхностью; б) технический углерод с кислой поверхностью Для марок технического углерода с кислой поверхностью (рН ~ 3-4, образцы 1 - 3, табл. 3) с ростом удельной поверхности от 30 м/г до 300 м/г ухудшается внешний вид покрытия, время отверждения увеличивается, но не изменяется адгезионная прочность (рис. 6б).
Таким образом, химические свойства поверхности существенно влияют на характер зависимости внешнего вида покрытия от роста удельной поверхности и уменьшения размера частиц технического углерода. В случае кислой поверхности технического углерода внешний вид покрытий ухудшается, а при щелочной - улучшается.
По-видимому, это связано с реактивностью грунтовок, а именно, кислые поверхностные группы технического углерода существенно замедляют процесс полимеризации. Соответственно, увеличение их содержания в рецептуре, происходящее при увеличении удельной поверхности технического углерода, приводит к замедлению процесса полимеризации.
Введение технического углерода в грунтовку с щелочной поверхностью не изменяет реакционной способности даже при увеличение содержания этих групп с ростом удельной поверхности. Но из-за существенного ухудшения адгезионной прочности к металлу мы отказались от использования в грунтовках технического углерода с химическими свойствами поверхности щелочного типа.
В результате испытаний был выбран технический углерод марки Special black 100 с рН водной суспензии 3,3, диаметром частиц 50 нм и удельной поверхностью по БЭТ 30 м/г.
В четвертом разделе показано влияние природы антикоррозионных пигментов на защитные свойства покрытия.
В рецептуру вводили различные типы антикоррозионных пигментов (табл.
4) для увеличения защитных свойств пленки. Внешний вид покрытия и его адгезионная прочность при толщине пленки 20-25 мкм существенно зависят от типа антикоррозионного пигмента.
При введении в грунтовку тетраоксихромат цинка покрытие отверждалось, образуя на поверхности пленки молотковый эффект смачивания. Также пробовали вводить в грунтовку цинковый порошок сферической (zinc dust4) и хлопьевидной (GTT) формы (40/60), но из-за высокого содержания цинка-96% отверждение не происходило.
На рис. 7а представлены зависимости адгезионной прочности, стойкости в камере соляного тумана и внешнего вида покрытия от процентного содержания антикоррозионного пигмента. Для покрытия УФ-отверждения со смесью антикоррозионных пигментов (фосфат цинка с молибдатом цинка) при увеличении содержания пигмента от 2,5 до 10,0% не происходит изменения внешнего вида и адгезии, а защитные свойства ухудшаются. При содержании пигмента 2,5% наблюдаются максимальные защитные свойства в камере соляного тумана, которые составляют 240 часов.
Для покрытия УФ-отверждения с мелкодисперсным фосфатом цинка представлены аналогичные зависимости на рис. 7б. При увеличении содержания антикоррозионного пигмента от 4,5 до 18,0% не изменяется внешний вид покрытия, адгезионная прочность ухудшается от 1 балла до 2. Защитные свойства в камере соляного тумана при содержании антикоррозионного пигмента 4,5% составляют всего 48 часов, при увеличении содержания до 9,0% увеличиваются до 180 часов, а при дальнейшем увеличении содержания антикоррозионного пигмента уменьшаются до 85 часов.
Зависимости адгезионной прочности, защитных свойств в камере соляного тумана и внешнего вида от процентного содержания антикоррозионного пигмента для покрытия УФ-отверждения с фосфатом хрома со сниженным поглощением масла представлены на рис. 7в. С увеличением содержания антикоррозионного пигмента от 7,0 до 28,0% внешний вид покрытия ухудшается, адгезионная прочность снижается от 1 балла до 4. Защитные показатели при содержании пигмента 7,0% составляют 85 часов, при содержании пигмента 14,0% достигают 160 часов, а при дальнейшем увеличении пигмента уменьшаются до нуля.
Далее для покрытия Акрокор УФ с модифицированным комплексом на основе ортофосфата цинка представлены зависимости на рис. 7г, где видно, что внешний вид покрытия, адгезионная прочность и защитные свойства ухудшаются с увеличением содержания антикоррозионного пигмента от 1часов до 0.
Рис. 7. Влияние содержание антикоррозионных пигментов на некоторые показатели покрытия УФ-отверждения: а) смесь пигментов фосфата цинка с молибдатом цинка; б) мелкодисперсный фосфат цинка; в) фосфат хрома со сниженным поглощением масла; г) модифицированный комплекс на основе ортофосфата цинка Рис. 8. Результаты испытания грунта в камере соляного тумана во времени В результате испытаний было выбрано оптимальное содержание антикоррозионного пигмента, а именно, смеси антикоррозионных пигментов фосфата цинка с молибдатом цинка, равное 2,5%, при котором достигается максимум по защитным свойствам, внешнему виду покрытия и адгезионной прочности.
На рис. 8 приведены результаты испытания грунтовки Акрокор УФ в камере соляного тумана. Как видно, защитное покрытие УФ-отверждения простояло в камере соляного тумана 240 часов (более 9 суток) без изменений внешнего вида и появления очагов коррозии.
В пятом разделе описана технология производства и применения антикоррозионной грунтовки УФ-отверждения Акрокор УФ.
Грунтовка Акрокор УФ изготавливается в скоростном диссольвере. Для этого в бисерную мельницу наливают изоборнилакрилат, дипропиленгликольдиакрилат, смесь фотоинициаторов (1-гидроксициклооксилфенилкетон и 2,4,6-триметилбензилдифенилфосфиноксид), загружают антикоррозионный пигмент и технический углерод марки Special black 100. После диспергирования компонентов в аппарат загружают эпоксиакриловый олигомер, метакриловую кислоту и силикон акрилат.
Полученная смесь перемешивается в течение 15 минут.
Рецептура адгезионной грунтовки представлена в табл. 5. Полученная грунтовка должна соответствовать характеристикам, приведенным в табл. 6.
Таблица Рецептура антикоррозионной грунтовки Акрокор УФ № Название Содержание, % 1 Эпоксиакриловый олигомер 41,2 Изоборнилакрилат 19,3 Дипропиленгликольдиакрилат 21,1-гидроксициклооксилфенилкетон 4 7,2,4,6-триметилбензилдифенилфосфиноксид 5 2,Антикоррозионный пигмент 6 2,(фосфат цинка с молибдатом цинка) 7 Технический углерод марки Special black 100 1,8 Метакриловая кислота 2,9 Силикон акрилат 1,Таблица Технические характеристики антикоррозионной грунтовки № Грунтовка Метод Наименование показателя п/п Акрокор УФ испытания После отверждения должна образовывать однородную глянцевую По ГОСТ 1 Цвет и внешний вид пленку без 29319-механических включений пленку По ГОСТ 1512 Адгезия, балл, не более разд. Прочность пленки при 3 ударе по прибору У-1, см, 50 По ГОСТ 47не менее Степень перетира, мкм не По ГОСТ 65894 более Твердость пленки по ТМЛ5 0,5 По ГОСТ 522124 метод А, у.е., не менее Эластичность пленки при 6 3 По ГОСТ 68изгибе, мм, не более Стойкость пленки к статическому воздействию 7 жидкости при температуре По ГОСТ 9.4(200,5)С, не менее Воды 4Стойкость покрытия в ГОСТ 9.401 и 8 камере соляного тумана, 240 ГОСТ20.57.4час, не менее метод 215-ЗАКЛЮЧЕНИЕ На основании комплексного подхода, включающего теоретические и экспериментальные исследования, предложен и обоснован способ повышения коррозионной стойкости металлической поверхности. Способ заключается в нанесении на металлическую поверхность грунтовки УФ-отверждения. Полученное покрытие обладает высокими защитными свойствами.
Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем:
1. Проведено научное обоснование выбора природы низкомолекулярного олигомера для использования его в качестве пленкообразователя в антикоррозионных грунтовках УФ-отверждения.
2. Показано, что активный разбавитель не только выполняет функцию регулятора вязкости в УФ-отверждаемых композициях, но и существенно влияет на защитные свойства покрытия. Выявлено, что при соотношении активных разбавителей однофункцинальный:двухфункциональный 1:1 и их содержании в композиции УФ-отверждения 50-54% масс. покрытие обладает наибольшей антикоррозионной защитой. Стойкость в камере соляного тумана покрытия толщиной 20-25 мкм составляет более 220 часов, адгезионная прочность - 1,Н/мм, паропроницаемость - 32,4 г/смсут.
3. Выявлено влияние дисперсности и химических свойств поверхности технического углерода на декоративные и физико-механические показатели грунтовки УФ-отверждения. Выбран технический углерод марки Special black 100 с рН водной суспензии 3,3, диаметром частиц 50 нм, удельной поверхностью по БЭТ 30 м/г.
4. Выявлено, что антикоррозионный пигмент на основе смеси фосфата цинка с молибдатом цинка позволяет получать грунтовочное покрытие УФотверждения с высокими защитными свойствами. Стойкость в камере соляного тумана покрытия толщиной 20-25 мкм составляет не менее 240 часов.
Определено оптимальное содержание антикоррозионного пигмента в рецептуре грунтовки, равное 2,5%.
5. Разработана научно-техническая документация на грунтовку Акрокор УФ, и налажено производство грунтовки на ООО НПФ ИНМА.
По материалам диссертации опубликованы следующие работы:
1. Силкина, А. Ю. Цинкнаполненные грунты - оптимизация строения / Бабкин О.Э., Бабкина Л.А., Айкашева О.С., Силкина А. Ю. // Лакокрасочные материалы и их применение.- 2010.- №3.- С.13-15.
2. Силкина, А.Ю. Антикоррозионные грунты УФ-отверждения / Силкина А. Ю., Бабкин О.Э., Бабкина Л.А., Есеновский А.Г., Проскуряков С.В. // Лакокрасочные материалы и их применение.- 2010.- №10.- С.34-37.
3. Силкина, А. Ю. Антикоррозионные пигменты в грунтовках УФ-отверждения / Силкина А. Ю., Бабкин О.Э., Бабкина Л.А., Есеновский А.Г., Проскуряков С.В. // Лакокрасочные материалы и их применение.- 2011.- №5.- С.6-10.
4. Силкина, А.Ю. УФ-отверждаемые ЛКМ: основные характеристики и преимущества применения / Айкашева О.С., Бабкин О.Э., Бабкина Л.А., Есеновский А.Г., Проскуряков С.В., Силкина А.Ю. // Лакокрасочная промышленность. - 2011.-№11.- С.14-20.
5. Силкина, А.Ю. Антикоррозионные покрытия УФ-отверждения / Айкашева О.С., Бабкин О.Э., Бабкина Л.А., Есеновский А.Г., Проскуряков С.В., Силкина А.Ю. // Сборник докладов второй межотраслевой конференции Антикоррозионная защита-2011 - Москва, 30 марта 2011 г. - С.13-15.
6. Силкина, А.Ю. Антикоррозионные покрытия УФ-отверждения / Айкашева О.С., Бабкин О.Э., Бабкина Л.А., Есеновский А.Г., Проскуряков С.В., Силкина А.Ю. // Тезисы докладов международной конференции Актуальные проблемы химии и физики поверхности - Киев, 11-13 мая 2011 г. - С.12-14.
7. Силкина, А.Ю. Антикоррозионные покрытия УФ-отверждения / Айкашева О.С., Бабкин О.Э., Бабкина Л.А., Есеновский А.Г., Проскуряков С.В., Силкина А.Ю. // Сборник докладов международно-практической конференции Новые материалы и технологии производства и применения ЛКМ.
Противокоррозионная защита - СПб, 17-19 мая 2011 г. - С.56-58.
8. Silkina, A. Y. Way to increase the protective characteristics of anticorrosion coatings in UV-curing paints / Aykasheva O.S., Babkin O.E., Babkina L.A., Proskuryakov S.V., Esenovsky A.G., Silkina A.Y. // RadTech Europe 11. Europes event for UV/EB curing. UV/EB-Green Technology for Innovation; October 18-20, 2011 in Basel / Switzerland; Abstract book. - p.50.
9. Silkina, A.Y. Using the method of atomic layer deposition (chemical assembly of coatings on the metal surface) for high-performance anti-corrosion coatings of UVcuring / Aykasheva O.S., Babkin O.E., Babkina L.A., Proskuryakov S.V., Esenovsky A.G., Silkina A.Y. // Red Tech Europe 11. Europes event for UV/EB curing. UV/EBGreen Technology for Innovation; October 18-20, 2011 in Basel / Switzerland;
Abstract book. - p.128.
10. Силкина, А.Ю. Влияние активного разбавителя на защитные покрытия УФотверждения / Силкина А.Ю., Бабкин О.Э., Бабкина Л.А., Есеновский А.Г., Проскуряков С.В. // Лакокрасочная промышленность. - 2012.-№7. - С.42-46.
11. Силкина, А.Ю. Защитные покрытия УФ-отверждения на основе бимолекулярных олигомеров / Бабкин О.Э., Бабкина Л.А., Есеновский А.Г., Проскуряков С.В., Силкина А.Ю. // Тезисы докладов XIV Международная конференция Наукоемкие химические технологии - 2012 - Тула, ТПГУ им.
.Н. Толстого, 21-25 мая 2012г. - С.382.
12.Силкина, А.Ю. Регулирование защитных характеристик покрытий УФотверждения / Бабкин О.Э., Бабкина Л.А., Есеновский А.Г., Максимова М.А., Проскуряков С.В., Силкина А.Ю. // Тезисы докладов пятой всероссийской конференции с международным участием Химия поверхности и нанотехнологии - СПб-Хилово, 24-30 сентября 2012 г. - С.176-178.
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям