Поиск оптимального содержания пигмента в покрытиях на основе алкидного лака ПФ-060 (стр. 8 из 14)
При выборе природы органоразбавляемых пленкообразующих исходили из того, что, несмотря на систематическое расширение ассортимента синтетических лаковых смол, основная доля лакокрасочных материалов производится на основе алкидных олигомеров. Лакокрасочные материалы на основе алкидных смол, предназначенные для сушки на воздухе, удобны в использовании, их пленки обладают хорошей стойкостью во всех атмосферных средах, за исключением сильных загрязнителей, поэтому алкидные смолы воздушной сушки могут быть использованы для грунтовок и грунтовочных покрытий.
Для разработки лакокрасочных композиций необходимо определить возможную степень их наполнения пигментом, так как известно, что увеличение объемного содержания пигмента выше определенного уровня приводит вследствие недостатка пленкообразователя к структурным изменениям вплоть до нарушения сплошности.
На практике ОСП в грунтовках на основе алкидных смол составляет 80% от КОСП, которое можно определить, как отмечено выше, зная маслоемкость М1 и плотность пигмента с по формуле 5.2:
КОСП = 100/(1+0,01 М1∙с) (5.2)
Рассчитанные составы пигментных паст на основе алкидного лака ПФ-060 приведены в таблице 5.3. Пигментная паста состояла из следующих компонентов: пигмент – 50г, лак ПФ-060 – 65г, уайт-спирит – 30г.
Таблица 5.3 – Составы лакокрасочных композиций на основе соосажденного манганат(IV)силиката кальция 1:0,1 и алкидного лака ПФ-060
| Номер образца | ОСП | Паста, г | Лак, г | Сиккатив, г |
| 1 | 0,091 | 13,28 | 32,51 | 0,20 |
| 2 | 0,136 | 19,10 | 26,71 | 0,19 |
| 3 | 0,182 | 24,46 | 21,38 | 0,17 |
| 4 | 0,227 | 29,40 | 16,45 | 0,15 |
| 5 | 0,271 | 33,98 | 11,88 | 0,14 |
| 6 | 0,318 | 38,24 | 7,64 | 0,13 |
| 7 | 0,363 | 42,20 | 3,69 | 0,11 |
Для исследования было приготовлено 7 композиций, объемное содержание пигментов которых изменялось от 0,091 до 0,363. Образцы наносили на подготовленные по методике, описанной в разделе 3, пластины из стали 0,8 КП ракелем тремя слоями. Средняя толщина покрытий составляла 30 мкм.
Об оптимальном соотношении пигмент / пленкообразователь судили по противокоррозионной эффективности покрытия, в качестве исследуемых характеристик были использованы изолирующие и защитные свойства покрытий, которые количественно описывают величины электрической емкости (С) и коррозионного потенциала стали под покрытием (Е) соответственно, а также результатами комплексной оценки состояния покрытий после испытаний. Время контакта электролита с покрытием 1000 часов.
На рисунке 5.1 представлены кривые изменения значений электрической емкости во времени для покрытий на основе соосажденного манганат (IV) силиката кальция 1:0,1. Для образцов с наполнениями от 0,091 до 0,227 наблюдается относительно близкие емкости, значения которых ниже 3 нФ и практически не изменяется в процессе испытаний, что свидетельствует о высоких барьерных свойствах этих образцов. Для наполнений от 0,272 до 0,363 характерны высокие значения электрической емкости (выше 5 пФ), что свидетельствуют о высокой гидрофильности покрытий и возможном нарушении их сплошности, развитии подпленочной коррозии.
На рисунке 5.2 представлены хронопотенциометрические кривые покрытий на основе соосажденного манганат (IV) силиката кальция. Кривые коррозионного потенциала с наполнением 0,091 – 0,318 находятся в области положительных значений, что свидетельствует о торможении коррозионных процессов. Покрытию с наполнением 0,318 соответствует процесс зарождения очагов коррозии, о чем свидетельствует спад его потенциала. Покрытия с более высоким уровнем наполнения будут сопровождаться потерей защитных свойств, что в свою очередь подтверждает седьмой образец с наполнением 0,363, имеющий потенциал минус 150 мВ. Данное наполнение характеризуется увеличением объемного содержания пигмента выше определенного уровня, что привело вследствие недостатка пленкообразователя к структурным изменениям вплоть до нарушения сплошности.
На рисунке 5.3 представлена зависимость коррозионного потенциала и электрохимической емкости системы сталь – покрытие – электролит от содержания соосажденного манганат(IV)силиката кальция. Время контакта электролита с покрытием 1000 часов.
1 - композиция с объемным содержанием пигмента 0,091;
2 - композиция с объемным содержанием пигмента 0,136;
3 - композиция с объемным содержанием пигмента 0,182;
4 - композиция с объемным содержанием пигмента 0,227;
5 - композиция с объемным содержанием пигмента 0,272;
6 - композиция с объемным содержанием пигмента 0,318;
7 - композиция с объемным содержанием пигмента 0,363.
Рисунок 5.1 – Изменение значений электрической емкости системы окрашенный металл – электролит.
1 - композиция с объемным содержанием пигмента 0,091;
2 - композиция с объемным содержанием пигмента 0,136;
3 - композиция с объемным содержанием пигмента 0,182;
4 - композиция с объемным содержанием пигмента 0,227;
5 - композиция с объемным содержанием пигмента 0,272;
6 - композиция с объемным содержанием пигмента 0,318;
7 - композиция с объемным содержанием пигмента 0,363.
Рисунок 5.2 – Изменение значений коррозионного потенциала системы окрашенный металл – электролит.
Рисунок 5.3 - Зависимость коррозионного потенциала и электрической емкости системы сталь – покрытие – электролит от содержания соосажденного манганат (IV) силиката кальция. Время контакта электролита с покрытием 1000 часов.
По окончании испытаний видно, что объемное содержание пигмента 0,272 является критическим, так как превышение наполнения сопровождается ростом электрической емкости и резким падением потенциала. Это связано с появлением в лакокрасочной пленке несплошностей в результате превышения критического объемного содержания пигмента, что в свою очередь приводит к быстрому проникновению электролита через покрытие к металлу. Более полную информацию об оптимальном соотношении пигмента и пленкообразователя можно получить, оценивая состояние покрытия (площадь пузырей, адгезию) и металла под покрытием (площадь коррозии) после 1000 часов испытаний. Результаты комплексной оценки представлены в таблице 5.5:
Таблица 5.5 – Комплексная оценка лакокрасочных покрытий
| Номер образца | ОСП | Толщина, мкм | Пузыри, % | Коррозия | Адгезия, балл | |
| S,% | До опыта | После опыта | ||||
| 1 | 0,091 | 34 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| 2 | 0,136 | 33 | 0 | 0 | 1 | |
| 3 | 0,182 | 33 | 0 | 0 | 1 | |
| 4 | 0,227 | 36 | 1 | 0 | 1 | |
| 5 | 0,272 | 34 | 0 | 3 | 2 | |
| 6 | 0,318 | 33 | 10 | 15 | 3 | |
| 7 | 0,363 | 32 | 70 | 70 | 4 | |
По данным, приведенным в таблице, покрытия с объемным содержанием пигмента до 0,318 обладают хорошими изолирующими и защитными свойствами, о чем свидетельствуют отсутствие коррозионных поражений и дефектов покрытия.
Оценивая всю совокупность представленных данных нужно отметить, что для алкидных покрытий на основе соосажденного манганат (IV) силиката кальция в соотношении 1:0,1 критическим объемным содержанием пигмента по методу электрической емкости покрытия является 0,272, аналогичный результат мы получили по данным комплексной оценки подложки после 1000 часов испытаний. Таким образом, рекомендуемое наполнение покрытия противокоррозионного назначения на основе соосажденного манганат (IV) cиликата кальция в соотношении 1:0,1 составляет от 0,091 до 0,272.
Последний этап работы заключался в разработке противокоррозионной грунтовки на основе лака ПФ-060 и соосажденного манганат (IV) силиката кальция.
Известно, для каждого пигмента существует интервал его объемного содержания в покрытии, в пределах которого обеспечивается максимальная устойчивость покрытия, а в некоторых случаях – и пассивация металла. Особое внимание уделяется концентрации активных пигментов в грунтовочных покрытиях, так как незначительное содержание антикоррозионных пигментов не сможет обеспечить защитные свойства покрытия, а увеличение содержания пигмента выше определенного уровня вследствие недостатка пленкообразователя влечет за собой изменение структурных элементов в межфазных прослойках, уменьшение их толщины вплоть до нарушения непрерывности среды плекообразующего.
В результате проведенных исследований было установлено КОСП манганат (IV) силиката кальция, отвечающее потере защитных свойств пленок на его основе. В связи с чем при расчете рецептур грунтовочных композиций использовали значение ОСП равное 65% от КОСП.
На практике в составах грунтовок применяются противокоррозионные пигменты совместно с наполнителями, введение которых позволяет не только удешевить состав пигментной части, но придать дополнительные свойства покрытиям.
Известно о возможности усиления противокоррозионного действия грунтовок посредством введения в состав пигментной части оксида цинка, микроталька и кальцита.
Оксид цинка необходим как регулятор рН водной фазы на границе металл - покрытие, накапливающейся там в результате проникновения воды, помимо этого игольчатая форма пигментных частиц оказывает положительное влияние на физико-механические свойства покрытия. Кроме того оксид цинка нейтрализуя кислоты и основные продукты, в том числе продукты разрушения связующего в лакокрасочной пленке, предотвращает старение покрытий и уменьшает склонность красок мелению.