Поиск оптимального содержания пигмента в покрытиях на основе алкидного лака ПФ-060 (стр. 7 из 14)

, % (3.4)

где

- навеска испытуемого пигмента, г;

- масса остатка после высушивания, г.

3.2.6 Электрохимические испытания

При электрохимических испытаниях использовали двух электродную ячейку. Ее готовили наклеиванием на образец с покрытием полого стеклянного цилиндра. Рабочими электродами служили участок стали с покрытием, образующий дно стакана, и параллельно расположенная платиновая пластинка. Данная система рассматривалась как общий конденсатор с потерями, обкладкой которого служит стальная подложка и электролит, а диэлектрической прокладкой лакокрасочное покрытие. Для определения критического объемного содержания пигментов использовали разработанный на кафедре метод, основанный на проницаемости покрытий, отличающихся уровнем пигментирования, нанесенных на сталь. В качестве характеристики проницаемости использовали электрическую емкость системы окрашенная сталь-электролит. Определение критического уровня наполнения покрытия в этом методе основывается на фиксации содержания пигмента, отвечающего резкому повышению электрической емкости, которое обусловлено появлением пор в объеме лакокрасочной пленки (в результате превышения КОСП). Используя переменно-токовый метод исследования, определяли электрическую емкость (С) и тангенс угла диэлектрических потерь (tgd) при частоте 1 кГц на автоматическом мосте переменного тока Р 5016.

3.2.7 Хронопотенциометрические исследования

Антикоррозионные свойства лакокрасочных покрытий исследовали хронопотенциометрически. Параллельно проводили визуальную оценку состояния лакокрасочного покрытия и стальной подложки в процессе экспозиции окрашенных образцов в 0,5 М водном растворе NaCl.

С помощью патенциомера рН-340 получали зависимости неравновесного электродного потенциала стали от продолжительности коррозионных испытаний (хронопотенциометрические кривые).

4 Оборудование

Потенциостат рН-340

Потенциостат рН-340 предназначен для измерения потенциала с точностью ±2,5 и рН с точностью ±0,25.

Диапазон измерений:

- по потенциалу от – 1500 до + 1500;

- по рН от 0 до 14.

Мост переменного тока Р5016.

Мост переменного тока автоматический, с цифровым отсчетом Р5016

Предназначен для измерения параметров комплексных сопротивлений: емкости, индуктивности, сопротивления, тангенса угла диэлектрических потерь (tgд), тангенса угла сдвига (tgц).

Диапазон измерения моста:

- по емкости от 10-4 до 10-4ф;

- по тангенсу угла потерь (tgд) от 10-4 до 1.

Весы электронные ВЛ Э134.

Электронные весы используются для точных взвешиваний а исследовательских лабораториях. Они позволяют взвешивать с точностью до 0,005 г.

Диапазон измерения – от 0 до 500 г.

Шкаф сушильный тип 2В-131.

Мощность 500 Ватт. Максимальная температура нагрева 2000С.

Центрифуга Т-23

Центрифуга предназначена для отделения пигмента от маточного раствора.

Число оборотов 2000 – 8000 об/мин.

Магнитная мешалка ММ-5

Магнитная мешалка используется для проведения синтеза пигментов.

Мощность 3 Ватт. Частота 50 Гц.

Ракель спиральный для нанесения покрытий (SpiralFilmApplicator) модель 358 ERICHSENGmbH& Co. KG

5 Результаты эксперимента и их обсуждение

Растущее техногенное загрязнение окружающей среды значительно увеличивает объем и скорость коррозионных разрушений и повышает требования к противокоррозионной защите. С другой стороны коррозионные разрушения коммуникаций, технологического и емкостного оборудования является серьёзным источником загрязнения окружающей среды. Прогрессирующее использование в жизни человеческого общества новых экологических стандартов оказывает влияние на противокоррозионные технологии. Применение некоторых традиционных и хорошо себя зарекомендованных лакокрасочных покрытий ограничивается токсичностью технологий. Выпуск эффективных противокоррозионных лакокрасочных материалов, содержащих токсичные пигменты, органические растворители и отвердители будет снижаться, а взамен придут более экологичные материалы. Важными компонентами защитных лакокрасочных материалов грунтовочного типа являются противокоррозионные пигменты, наиболее эффективные из которых являются токсичными.

В связи с этим становится актуальной задачей поиск новых малотоксичных пигментов, имеющих хорошие защитные свойства.

Проводимые на кафедре «Химическая технология лаков, красок и лакокрасочных покрытий» исследования показали наличие хороших противокоррозионных свойств осажденного манганата (IV) кальция. Однако содержание водорастворимых веществ, превышающее допустимые значения, приводит к снижению барьерных свойств покрытий на его основе и, как следствие, к развитию подпленочной коррозии.

Одним из путей снижения содержания водорастворимых веществ является модификация манганaта(IV) кальция путем соосаждения с малорастворимыми соединениями. В качестве малорастворимой соли был выбран нетоксичный силикат натрия.

Первый этап работы заключался в модификации манганата (IV) кальция.

Осаждение проводили по следующей технологии:

Исходным сырьем служил Ca(NO3)2, восстановителем – NaNO2, окислителем – KMnO4, для соосаждения – Na2SiO3.

Уравнение реакции синтеза соосажденных манганат (IV) силикатов кальция (5.1):

2KMnO4 + 3NaNO2 + 2(1+n)Ca(NO3)2 + 2nNa2SiO3 + H2O =

2(CaMnO3∙nCaSiO3) + (4n+ 3)NaNO3 + 2HNO3 + 2KNO3 (5.1)

Методика синтеза:

Используя уравнение реакции синтеза, рассчитывали количество исходных компонентов и количество воды, необходимое для приготовления 20%-ных растворов на их основе. В химический стакан подходящей емкости сливали растворы нитрата кальция и перманганата калия, после чего помещали его на магнитную мешалку. С помощью капельной воронки, при включенном интенсивном перемешивании, приливали растворы нитрита натрия и силиката натрия. По ходу процесса происходило выпадение осадка и изменение окраски маточного раствора. Окончанием реакции служило полное обесцвечивание маточного раствора. Полученный продукт представлял собой осадок коричневого цвета. Отделив продукт от маточного раствора, тщательно его промывали и сушили до постоянной массы при температуре 1200С. В результате получили порошок коричневого цвета.

Основная цель модификации сводилась к снижению уровня водорастворимых веществ высокоэффективного противокоррозионного пигмента манганата (IV) кальция. В связи с чем в полученном веществе было определено количество водорастворимых веществ, результаты исследования приведены в таблице 5.1.

Таблица 5.1 Содержание водорастворимых веществ в исследуемых пигментах

Вещество	Содержание водорастворимых веществ, %
Манганат(IV)кальция	1,25
Манганат (IV)силиката кальция 1:0.1	0,5

По литературным данным оптимальным считается значение растворимости менее 1%. По приведенным результатам видно, что количество водорастворимых веществ удалось снизить и полученное вещество отвечает данному требованию.

Важным критерием пригодности порошкообразных веществ, для использования их в качестве пигментов при получении наполненных лакокрасочных систем является возможность получения на их основе высокодисперсных суспензий в пленкообразующей системе. Размер частиц пигментов в лакокрасочном материале оказывает значительное влияние на эксплуатационные свойства покрытий, формируемых на их основе. В частности, для обеспечения требуемых изолирующих свойств грунтовочных покрытий, размер частиц дисперсных включений не должен превышать их толщину, которая, как правило, не больше 30 мкм. В процессе исследований установлено, что синтезируемое вещество достаточно легко диспергируется до 20 мкм.

Основными данными, необходимыми для расчета КОСП являются маслоемкость I рода и плотность вещества, определяемые согласно методикам.

Значения исследуемых свойств представлены в таблице 5.2. К свойствам, позволяющим использовать дисперсные вещества в качестве пигментов при получении лакокрасочных материалов, относятся также оптические характеристики. Укрывистость является важной характеристикой и определяет расход пигмента в составе покрытия, требуемый для того, чтобы сделать окрашиваемую поверхность невидимой. При получении грунтовок низкая кроющая способность противокоррозионного пигмента приводит к необходимости усложнения и удорожания рецептуры композиции вследствие включения в ее состав компонента, компенсирующего этот недостаток (так называемого кроющего пигмента).

По результатам, приведенным в таблице 5.2, видно, что присутствие доли силиката в составе исследуемого соединения приводит к уменьшению значений укрывистости, это в свою очередь исключает необходимость дополнительного введения в рецептуру грунтовок кроющих пигментов.

Таким образом, в результате проведенных исследований было установлено, что манганат (IV) силикат кальция обладает всеми свойствами, позволяющими его использовать в качестве пигмента для ЛКМ.

Таблица 5.2 - Основные свойства манганата (IV) кальция и соосажденного манганaт (IV) силиката кальция

Вещество	Укрывистость, г/м3	Маслоемкость, г/100г	Плотность,г/см3
Манганат(IV) кальция	14,20	42,98	2,91
Манганaт (IV) силикат кальция 1:0,1	12,06	37,143	3,24

Для разработки рецептур антикоррозионных грунтовок необходимо иметь информацию о противокоррозионной эффективности применяемого пигмента, в связи с чем второй этап работы заключался в исследовании эффективности защитных свойств покрытий на его основе от уровня наполнения.

Выбор оптимального пленкообразующего зависит от многих факторов, определяющими являются химическая стойкость материала, его сцепление с защищаемой поверхностью, степень очистки металлической поверхности, температура и другие.