WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

 

На правах рукописи

ТЮКАНЬКО ВИТАЛИЙ ЮРЬЕВИЧ

РАЗРАБОТКА МОДИФИЦИРОВАННЫХ КРЕМНИЙОРГАНИЧЕСКИХ ЛАКОКРАСОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ПОКРЫТИЙ

С УЛУЧШЕННЫМИ СВОЙСТВАМИ

05.17.06 – Технология и переработка полимеров и композитов

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Санкт-Петербург

2012

Работа выполнена в Cеверо-Казахстанском Государственном университете им.М.Козыбаева, г.Петропавловск, Северо-Казахстанская область, Республика Казахстан.

Научный руководитель Дюрягина Антонина Николаевна, кандидат химических наук, 

  доцент, зав. кафедрой органической химии и химии ВМС

  Cеверо-Казахстанского Государственного университета 

       им. М.Козыбаева

Официальные оппоненты Яковлев Анатолий Дмитриевич, доктор технических наук, профессор, Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет),

старший научный сотрудник кафедры химической  технологии органических покрытий

 

Дринберг Андрей Сергеевич, кандидат технических наук,

ген. директор ООО «НИПРОИНС ЛКМ», г.Санкт-Петербург

Ведущая организация  ФГУП «Научно-исследовательский институт синтетического 

  каучука им. акад. Лебедева», г.Санкт-Петербург

Защита состоится «21» декабря 2012 г. в 14 час в ауд. 61 на заседании диссертационного совета
Д 212.230.05 при Санкт-Петербургском государственном технологическом институте (техническом университете) по адресу: 190013, Санкт-Петербург, Московский пр., д. 26, СПбГТИ(ТУ), Ученый совет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета).

       

Отзывы на автореферат, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 190013, Санкт-Петербург, Московский пр., д. 26, СПбГТИ(ТУ), Ученый совет, E-mail: dissovet@lti-gti.ru

Автореферат разослан 20  ноября 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

д.х.н., профессор                                                                Илюшин М.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

 

Актуальность работы. Для антикоррозионной защиты металлоконструкций, подвергающихся в процессе эксплуатации  воздействию высоких температур (до +500°С), преимущественно используют кремнийорганические лакокрасочные материалы (далее КО ЛКМ). Помимо основного назначения – способности формировать покрытия с заданными функциональными свойствами – к ним так же предъявляются и требования по декоративным и физико-механическим свойствам. Перспективным направлением улучшения указанных характеристик лакокрасочных покрытий (далее ЛКП), является введение в состав ЛКМ поверхностно-активных веществ (далее ПАВ), обладающих способностью влиять на поверхностную энергию растворов плёнкообразователей и тем самым, регулировать смачивание и растекание составов, улучшая структурно-механические и декоративные свойства покрытий.

  Цель работы. Разработка модифицированных КО ЛКМ с улучшенными эксплуатационными характеристиками получаемых из них покрытий.

  Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- изучение физико-химических свойств модельных систем: «плёнкообразователь-ПАВ», «плёнкообразователь-ПАВ-субстрат (сталь, алюминий)», «плёнкообразователь-пигмент-ПАВ»;

- оценка влияния различных факторов: на технологические параметры композиций, взаимодействие с подложкой, диспергирование пигмента;

  - разработка математических моделей и выбор оптимальных составов ЛКМ;

- исследование защитных, физико-механических и декоративных характеристик покрытий, получаемых из модифицированных составов.

  Научная новизна:

  1. Показана возможность регулирования поверхностной энергии растворов кремнийорганических плёнкообразователей путём введения малых количеств азот- и фосфорсодержащих ПАВ;
  2. Установлен факт межмолекулярного взаимодействия макромолекул ПФС и молекул ПАВ;
  3. Показано, что формирование плёнок из модифицированных ЛКМ с улучшенными характеристиками покрытий обеспечивается при дезагрегации частиц пигмента;
  4. Получены уравнения отражающие влияние исследованных ПАВ и других факторов на показатели растворов ЛКМ (поверхностное натяжение (жг), динамическую вязкость (дин.), краевые углы смачивания металлических субстратов и др.).

Практическая значимость:

  1. Разработаны и апробированы пять новых КО ЛКМ, с улучшенными эксплуатационными характеристиками покрытий;
  2. Установлен факт влияния ПАВ на ускорение процесса диспергирования пигмента;
  3. Технологические испытания модифицированных эмалей (относительного базового варианта) показали улучшение свойств ЛКП; водо - и бензостойкости, блеска и уменьшение шероховатости.
  4. С учётом улучшенных эксплуатационных характеристик ЛКП на основе разработанных эмалей рекомендовано применять однослойное покрытие вместо двухслойного. При этом расчётный экономический эффект от внедрения разработанных ЛКМ на АО «ЗИКСТО» в год составляет 903 тыс. руб.

 

  Апробация работы. Результаты и исследования по теме диссертации представлены и обсуждены на: международных конференциях: «Коллоидная химия и физико-химическая механика» (Москва, 2008), «Химия поверхности и нанотехнология» (Санкт-Петербург, 2009), «Современные проблемы науки о полимерах» (Санкт-Петербург, 2008 и 2009), «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (Санкт-Петербург, 2007), «Современная техника и технологии» (Томск, 2008), «Полифункциональные наноматериалы и нанотехнологии» (Томск, 2008), «Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы» (Ульяновск, 2008), «Физико-химические основы формирования и модификации микро- и наноструктур» (Харьков, 2008), «Химия в строительных материалах и материаловедение в ХХI веке» (Шымкент, 2008), «Валихановские чтения» (Кокшетау, 2008).

  Публикация результатов. По теме диссертации опубликовано 5 статей, из них 3 в журналах рекомендованных ВАК, 11 тезисов докладов в сборниках международных конференций, получены 4 Свидетельства о регистрации интеллектуального продукта РК.

  Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 163 страницах, содержит 50 рисунков и 31 таблицу. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и списка литературы (163 наименования).

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

  Во введении обоснована актуальность темы. В первой главе анализируются известные способы защиты металлоконструкций  КО ЛКМ, а также современные направления улучшения их функциональных свойств. Обоснована целесообразность модифицирования композиций на основе традиционных  плёнкообразующих – полифенилсилоксанов (далее ПФС), пигмента - алюминиевой пудры органическими азот- и фосфорсодержащими аддитивами (амины, имины, амиды, фосфиты), которые выгодно отличают диспергирующая и ингибирующая активность. Во второй главе приведены результаты исследований физико-химических показателей растворов: «ПФС-толуол-азотсодержащие ПАВ - металлическая подложка» и «ПФС-толуол-фосфорсодержащие ПАВ - металлическая подложка». В третьей главе представлены результаты исследований дезагрегации пигмента азот- и фосфорсодержащими ПАВ. В четвёртой главе представлены результаты технологических испытаний ЛКП, модифицированных ПАВ. В пятой главе  представлены результаты промышленного апробирования разработанных составов ЛКМ.

Объекты и методы исследования. В качестве исходных продуктов использовали: - полифенилсилоксановый лак КО-85 (ГОСТ 11066-74), растворитель - толуол (ГОСТ 14710-78), подложки – алюминиевые и стальные пластинки (3040мм, АМц2 ГОСТ 4784-65 и Ст.3 ГОСТ 380-60), пигмент – алюминиевая пудра (марки ПАП-2, ГОСТ5494-71); в качестве модифицирующих добавок использовали ряд азот- и фосфорсодержащих аддитивов, характеристики которых представлены в табл. 1.

При проведении исследований использовали инструментальные методы анализа: компьтерно-оптическую микроскопию (определения фракционного состава частиц пигмента), вискозиметрию и низкочастотную диэлектрометрию. Комплекс физико-химических исследований включал определение: поверхностных натяжений (на границе «жидкость-газ» и «жидкость-жидкость»), диэлектрической проницаемости, тангенса угла диэлектрических потерь, краевых углов смачивания (стальной и алюминиевой подложек), динамической вязкости, в зависимости от их качественно-количественного состава и других режимных параметров. 

 

Оценку физико-механических, защитных и декоративных характеристик покрытий на стальной подложке осуществляли по стандартизированным методикам с применением микроинтерферометра (МИИ-4), маятникового прибора (МИ-1), блескомера (ФБ-2). При обработке экспериментальных данных, оптимизации составов и технологических режимов использованы методы математической статистики, а также пакет готовых и специально разработанных программ.

Таблица 1 - Характеристики применяемых азот- и фосфорсодержащих аддитивов

Наименование аддитивов

Химическая формула

Молекулярная масса,

а.е.м

Аминное число,

мг НCI/г

ГОСТ, ТУ

Краткое описание

АС-1

R-NH2 и R-NH- R,

где R- н-бутил

R- 2-этил-2-гексенил).

(в соотношении 1:3)

250*

30

ТУ655-РК05606434-001-2000

смесь первичных и

вторичных аминов

Телаз

(-СН2-СН(NH2))n

2121*

32

ТУ 2461-060-27991970-02

продукт конденсации растительных масел с диаминами

ПЭПА

(-C2H4-NH-C2H4-NH-)n

4950*

31

ТУ 6-02-594-85

смесь высокомолекулярных аминов

ДЭФ

(EtO)2P(O)H

138

-

-

диэтилфосфит

ТАБФ

(Et2N)2POBu-t

248

-

-

тетраэтилдиамидотретбутил

фосфит

* - для АС-1, Телаза и ПЭПА указаны средние молекулярные массы

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Во второй главе приведены результаты исследований физико-химических показателей систем «ПФС-толуол-ПАВ-металлическая подложка». Исследования заключались в оценке поверхностной активности ПАВ на основе измерения поверхностного натяжения растворов ПФС (по методу «наибольшего давления газовых пузырьков») на границе «раствор ПФС – воздух» (жг, мДж/м2)  и «раствор ПФС – вода» (жж, мДж/м2), а также по результатам определения краевых углов смачивания (методом «избирательного смачивания») поверхности алюминиевой и стальной подложек. Для оценки характера и закономерностей проявления объёмных свойств (структурирования и межмолекулярных взаимодействий) в растворах ПФС использовали вискозиметрический метод. Динамическую вязкость растворов измеряли с помощью капиллярного вискозиметра ВПЖ-1 (d = 0,56 мм). Для детектирования физической сетки межмолекулярных связей в процессе её формирования применяли низкочастотную диэлектрометрию. Экспериментальные значения диэлектрической проницаемости () и тангенса угла диэлектрических потерь (tg ) использовали для нахождения дипольно-сегментального коэффициента потерь " ("=tg). Свойства растворов ПФС устанавливали, варьируя в них содержание ПАВ, ПФС (02 г/дм3) и Т (295313К).

  Введение азот- и фосфорсодержащих ПАВ в растворы ПФС вызывает снижение удельной поверхностной энергии на межфазной границе «раствор ПФС–воздух» (рис.1). Максимум поверхностной активности для всех ПАВ отмечали при их содержании в растворах на уровне -0,250,5 г/дм3. Дальнейшее увеличение концентрации ПАВ в растворах ПФС (свыше 0,5 г/дм3) приводит к возрастанию жг, что очевидно обусловлено их концентрированием не в поверхностном слое (на границе с воздухом), а в объёме раствора. Азот- и фосфорсодержащие ПАВ по количественной мере проявления поверхностной активности (депрессия жг), можно расположить в ряд:

АС-1 > ДЭФ > ТАБФ > Телаз > ПЭПА

Без штриха – экспериментальная зависимость, со штрихом – расчётная зависимость

Т, К: 1 – 298; 2 – 313

а – АС-1; б – ПЭПА; в – Телаз; г - ДЭФ; д - ТАБФ

Рисунок 1 - Влияние концентрации азот- и фосфорсодержащих ПАВ на поверхностное натяжение растворов полифенилсилоксанов (СПФС = 0,5 г/дм3).

При увеличении температуры  отмечается закономерное уменьшение поверхностного натяжения (кривые 1 и 2 рис.1). Для оценки количественной меры процессов, развиваемых на межфазных границах «жидкость-газ», наряду с экспериментальными показателями жг использовали и их расчётные значения для идеальной системы (в отсутствии взаимодействий между компонентами смеси). Полученные данные (рис.1) свидетельствуют, что в исследованной области концентраций, существуют отклонения от идеальной системы, т.е. имеет место взаимодействие ПАВ с макромолекулами ПФС. Характер зависимостей для жж = (СПФС, CПАВ) для азот- и фосфорсодержащих ПАВ идентичен.

Рассчитаны по уравнению Гиббса значения показателей адсорбции на границе «жидкость-газ» (Гжг); Гжг = f(Спав) полностью подтверждает поверхностную активность исследованных аддитивов (при концентрациях до 0,5 г/дм3). При содержании аддитивов свыше 0,5 г/дм3 в растворах ПФС фиксируется общее уменьшение показателей адсорбции, вплоть до отрицательных значений; от -310-7 моль/м2 (для ПЭПА, Телаза) до -3,410-7 моль/м2 (для АС-1).

Введение азот- и фосфорсодержащих ПАВ в растворы ПФС вызывает рост динамической вязкости (дин.) в ряду:

АС-1 > ДЭФ > ТАБФ > Телаз > ПЭПА

В исследованной области концентраций (до Спав=0,5 г/дм3) существуют отклонения от идеальной системы, что является дополнительным подтверждением взаимодействия молекул ПФС и ПАВ. 

Результаты диэлектрометрических исследований (рис.2.а) позволяют заключить, что ПАВ способствуют структурированию растворов ПФС. Что предположительно обусловлено влиянием ПАВ на раскрытие циклов в молекулах ПФС и образованием дополнительных связей между ними. В результате подвижность цепей уменьшается (рис.2а), а прочность структуры возрастает, что и отражает увеличение динамической вязкости (рис.2б).

       

1- ПЭПА; 2 – Телаз; 3 – АС-1; 4 – ТАБФ; 5 - ДЭФ

Рисунок 2 - Влияние содержания ПАВ на дипольно-сегментальный коэффициент потерь (") – а  и динамическую вязкость (дин) растворов ПФС – б

(а- СПФС=300,00 г/дм3, б- СПФС=0,5 г/дм3 при Т = 298К)

На основе измерения краевых углов (°) изучена смачивающая способность растворов ПФС в присутствии азот- и фосфорсодержащих ПАВ в отношении алюминиевой и стальной подложек. Введение ПАВ в растворы ПФС вызывает уменьшение краевых углов смачивания.  При СПФС=30% и САС-1=2 г/дм3 краевой угол смачивания на алюминии уменьшается с 126° до 104° (=22°), на стали с 153° до 118° (=27°).

О количественном изменении характера взаимодействия твёрдой поверхности со смачивающей жидкостью в результате адсорбции ПАВ можно судить по работе смачивания (Wсм.). Работа смачивания определяется, как разность: и в соответствии с уравнением Юнга может быть вычислена как:

 

       

Разность между работой смачивания при контакте капли ПФС с поверхностью, покрытой адсорбционным слоем ПАВ (Wсм.ПАВ) и поверхностью, свободной от него (Wсм.) будет равна Wсм.:

  Wсм. = Wсм.ПАВ  - Wсм. 

Данное изменение (Wсм.) характеризует влияние на работу смачивания адсорбции ПАВ. Введение ПАВ в растворы ПФС вызывает увеличение работы смачивания на металлических субстратах (алюминий, сталь) рис.3. Исследованные ПАВ по своей смачивающей активности на поверхности алюминия (Спав=0,25 г/дм3), можно расположить в следующий ряд: ПЭПА (ТАБФ) > Телаз > АС-1 > ДЭФ, а на поверхности стали: АС-1 > Телаз > ПЭПА > ТАБФ  > ДЭФ, что очевидно обусловлено разной структурой поверхностных слоёв субстратов.

1- ПЭПА; 2 – Телаз; 3 – АС-1; 4 – ТАБФ; 5 - ДЭФ

Рисунок 3 – Влияние содержания ПАВ на изменение работы смачивания растворов ПФС(Wсм)  в отношении алюминиевой (а) и стальной (б) подложек

(СПФС=30%) при Т=298°К

  Изменение работы смачивания коррелирует с закономерностями изменения дисперсного состава суспензий пигмента (по данным компьютерно-оптической микроскопии).

По результатам физико-химических исследований растворов ПФС в присутствии азот- и фосфорсодержащих ПАВ на основе уравнения Протодьяконова-Тедера выведены зависимости, отражающие влияния концентраций ПАВ, ПФС и температурных режимов: на поверхностное натяжение (жг), динамическую вязкость растворов (дин.) и краевые углы смачивания алюминиевой и стальной подложек (°, при Т=const).

В третьей главе представлены результаты исследований дезагрегирующей активности ПАВ по отношению к пигменту (алюминиевой пудры), полученные с помощью компьютерно-оптической микроскопии. За критерии оценки процесса дезагрегации частиц пигмента принимали среднестатистический диаметр частиц пигмента (d, мкм) и удельное их количество (N, шт.), соотнесенное к площади 0,38 мкм2.

Введение в композиции азот- и фосфорсодержащих ПАВ стимулирует процессы дезагрегации пигмента (рис.4). Наиболее эффективным аддитивом-диспергатором является - ПЭПА; что подтверждается наименьшими значениями среднестатистического диаметра частиц пигмента и наибольшим их удельным количеством (dmin = 14 мкм и Nmax = 550 шт.) рис.4.

1- ПЭПА; 2 – Телаз; 3 – АС-1; 4 – ДЭФ; 5 - ТАБФ

Рисунок 4 – Влияние содержания ПАВ на удельное количество частиц пигмента (N, шт.) - а и их среднестатистический диаметр (d, мкм) – б  в лакокрасочных суспензиях

(СПФС=30%; Т=298°К)

Оптимум дезагрегирующей активности для всех ПАВ лежит в концентрационном диапазоне от 0,25 до 0,5 г/дм3. Дальнейшее повышение концентрации ПАВ приводит к вторичной агрегации частиц пигмента (рис.4). Вышеизложенные  закономерности развития процессов дезагрегации частиц пигмента наглядно иллюстрируют фотографии суспензий алюминиевой пудры (рис. 5). Как видно из рис.6 эффект диспергирования в присутствии азот- и фосфорсодержащих ПАВ обеспечивается за счёт разрушения средних и крупных агрегатов первичных частиц алюминиевой пудры.

По результатам исследований диспергирующей способности ПАВ выведены уравнения, учитывающие совместный вклад параметров оптимизации на среднестатистический диаметр частиц пигмента (d, мкм) и их удельное количество (N, шт.). На основе данных уравнений были определены оптимальные расходы ПАВ и растворителя в ЛКМ, обеспечивающие максимальную степень дезагрегации пигмента. При использовании данных составов обеспе­чивается увеличение содержания мелких фракций на 2334%, удельного количества частиц пигмента в 1,52,1 раза и уменьшение среднестатистического диаметра частиц на 2346%.

СПАВ = 0 г/дм3

СПЭПА = 0,25 г/дм3

  СПЭПА = 2 г/дм3

СПАВ = 0 г/дм3

СТелаз = 0,25 г/дм3

  СТелаз = 2 г/дм3

СПАВ = 0 г/дм3

САС-1 = 0,25 г/дм3

  САС-1 = 2 г/дм3

СПАВ = 0 г/дм3

СТАБФ = 0,25 г/дм3

СТАБФ = 2 г/дм3

СПАВ = 0 г/дм3

СДЭФ = 0,25 г/дм3

СДЭФ = 2 г/дм3

Рисунок 5 - Микрофотографии суспензий ЛКМ с различным содержанием

азот- и фосфорсодержащих ПАВ

 

1 – мелкая фракция (диаметр частиц менее 4 мкм);2 - средняя фракция (диаметр частиц от 4 до 20 мкм);

3 – крупная фракция (диаметр частиц свыше 20 мкм);

Рисунок 6 - Влияние содержания  ПАВ на фракционный состав лакокрасочных суспензий 

(а – для ПЭПА; б – для Телаз; в – для АС-1; г – ТАБФ; д - ДЭФ)

В главе 4 представлены результаты технологических испытаний разработанных ЛКМ  и полученных на их основе ЛКП. Составы разработанных ЛКМ, представлены  в табл.2.

Таблица 2 - Составы разработанных эмалей КО-814 МА1, КО-814 МА2, КО-814 МА3, 

КО-814 МФ1, КО-814 МФ2.

Компоненты

состава ЛКМ

Содержание в композиции, масс. частей

Эмаль

КО-814  МА1

Эмаль

КО-814  МА 2

Эмаль

КО-814  МА 3

Эмаль

КО-814  МФ 1

Эмаль

КО-814  МФ 2

1

Лак КО-85

100

100

100

100

100

2

Алюминиевая пудра

4

4

4

4

4

3

Толуол

030*

030*

030*

030*

030*

4

ПЭПА

0,003

-

-

-

-

5

Телаз

-

0,003

-

-

6

АС-1 

-

-

0,003

-

-

7

ТАБФ 

-

-

-

0,003

-

8

ДЭФ

-

-

-

-

0,003

  Примечание: * содержание растворителя выбирать в зависимости от вязкости исходной партии лака КО-85

Покрытия получали методом налива на очищенные (обезжиренные) стальные пластинки и отверждали при t=(330350)С в течение 3 часов для определения прочности при ударе и твёрдости ЛКП, для определения остальных характеристик плёнок отверждение проводили при t=(20±5)С.

эмаль КО-814 ГОСТ 11066-74

  (состав без ПАВ)

эмаль КО-814 МА1

(0,25 г/дм3 ПЭПА)

эмаль КО-814 МФ1

(0,25 г/дм3 ТАБФ) 

эмаль КО-814 МФ2

(0,25 г/дм3 ДЭФ)

Рисунок 7 - Фотографии ЛКП, разработанных эмалей КО-814 МА1, КО-814 МФ1-2,

после выдержки 12 в течение часов в 5% растворе сульфата меди

Исследованы стойкость ЛКП к статическому воздействию воды и бензина согласно методикам, рекомендованным п.4.8 и 4.9 ГОСТ 11066-74. Введение ПАВ вызывает увеличение водо- и бензостойкости ЛКП (на 40%) и уменьшение пористости пленок (рис.7,8). Кроме того, введение ПАВ в композиции вызывает увеличение блеска, наибольшее в случае ПЭПА и Телаза. При СПАВ =0,25 г/дм3 - 13% (п.9 табл.3), что объясняется уменьшением шероховатости покрытий в 2,5 раза (п.10 табл.3) рис.8. 

Время отверждения ЛКП (согласно ГОСТ 19007-73) в присутствии аддитивов оставалось на уровне нормы (2 часа; п.4.6 ГОСТ 11066-74), так же введение ПАВ не отразилось на адгезии и прочности на удар (1 балл и 50 кгс·см (табл.3)).

Физико-механические, защитные и декоративные свойства эмалей КО-814 МА1-3 и КО-814 МФ1-2 представлены в табл.3.

Таблица 3 – Физико-механические, защитные и декоративные свойства

эмалей КО-814 МА1-3 и КО-814 МФ1-2

Наименование показателей

Эмаль КО-814 

Эмаль КО-814  МА1

Эмаль КО-814  МА 2

Эмаль КО-814  МА 3

Эмаль КО-814  МФ 1

Эмаль КО-814  МФ 2

Методы испытаний

1

Внешний вид пленки

После высыхания эмали должны образовывать гладкую однородную пленку серебристого цвета

п. 4.5 ГОСТ 11066-74

2

Условная вязкость при температуре (20±0,5) С по вискозиметру типа ВЗ-246 с диаметром сопла 4,0 мм, секунд не менее

12-17

ГОСТ

8420-57

3

Продолжительность высыхания пленки, часов не более, при (20±5)С

2

ГОСТ 13526-68 и п.4.6 ГОСТ 11066-74

4

Адгезия, балл

1

ГОСТ

15140-78

5

Прочность пленки при ударе на приборе У-1, см, не менее:

- при (20±2)С

- после термообработки в течение 3 часов при  (330-350)С

50

50

ГОСТ 4765-73 и п. 4.7 ГОСТ

11066-74

6

Стойкость пленки к статическому воздействию воды при (20±5)С;  часов, не менее

48

72

72

66

66

66

п.4.8 ГОСТ 11066-74

7

Стойкость пленки к статическому воздействию бензина при (20±5)С; часов, не менее

36

50

50

45

45

45

п.4.9 ГОСТ 11066-74

8

Твёрдость ЛКП, после термообработки в течение 3 часов при (330-350)С,

в условных единицах (у.е.)

0,96

0,80

0,82

0,85

0,90

0,85

ГОСТ

5233-89

9

Блеск, %

75

85

84

80

80

80

ГОСТ

896-69

10

Шероховатость поверхности,  Rz, мкм

5

1,85

2

3

3,1

3

Руководство к прибору Микроскоп двойной МИС-11

В результате проведенных независимых испытаний эмалей КО-814 МА1-3 и КО-814 МФ1-2 на АО «ЗИКСТО», подтверждено (Экспертное заключение от 21 мая 2009г.), что в сравнении с традиционной эмалью КО-814 (по ГОСТ 11066-74) плёнки разработанных ЛКМ обладают повышенными защитными и декоративными свойствами.

эмаль КО-814 ГОСТ 11066-74

(без ПАВ)

эмаль КО-814 МА1

(0,25 г/дм3 ПЭПА)

эмаль КО-814 МА2

(0,25 г/дм3 Телаза)

Рисунок 8 - Фотографии ЛКП эмалей КО-814, КО-814 МА1 и КО-814 МА2

В главе 5 представлены результаты промышленного апробирования разработанных эмалей КО-814 МА1-3 и КО-814 МФ1-2. Промышленное апробирование разработанных ЛКМ  осуществляли на базе АО «ЗИКСТО»; объектами внедрения являлись:

  1. партия паяльных ламп;
  2. партия канистр (20 литр.);
  3. технологическое оборудование участка термообработки металлов цеха №4 (печь соляная электрическая хлор-бариевая СБС-35/13, печи камерные электрические Н-85Б; СНО-6124; СН 8.16.5; СШ ЦП-6, 6/9 и шахтная печь отпускная).

Разработаны, согласованы с АО «ЗИКСТО» и апробированы Технический регламент на производство и применение термостойких эмалей КО-814 МА 1-3 и КО-814 МФ1-2 ТР 000.000.05 и технологический процесс окраски баллона паяльной лампы. Данный технологический процесс окраски был опробован в период с 01.03.09 по 20.05.09г. (рис.9).

 

Рисунок 9 – Фотографии промышленного апробирования разработанных эмалей

КО-814 МА1-3 и КО-814 МФ1-2

Результаты промышленного апробирования подтвердили на практике возможность эффективного использования разработанных эмалей для защиты конструкций, эксплуатирующихся в условиях повышенных температур (Акт внедрения №1 от 21 мая 2009г.  «О проведении полупромышленных испытаний серии модифицированных термостойких эмалей КО-814»).

С учётом улучшенных эксплуатационных характеристик ЛКП, на основе разработанных ЛКМ, рекомендовано применение в промышленности двух эмалей КО-814 МА1 и КО-814 МА2. При этом расчётный экономический эффект от внедрения разработанных ЛКМ на АО «ЗИКСТО» в год составляет 903 тыс. руб.

Выводы

  1. В результате проведённых исследований влияния азот- и фосфорсодержащих ПАВ на кремнийорганические составы, разработан ряд новых ЛКМ (эмали КО-814 МА 1-3 и  КО-814 МФ1-2) с улучшенными характеристиками их покрытий для защиты металлоконструкций от воздействия высоких температур.
  2. Изучено влияние различных азот- и фосфорсодержащих ПАВ на поверхностную энергию растворов ПФС. Показано, что их присутствие в оптимальных количествах (СПАВ=0,250,5 г/дм3) уменьшает поверхностную энергию на 510%, что способствует лучшему смачиванию и растеканию растворов ПФС на поверхности металлических субстратов (алюминий и сталь).
  3. Исследовано влияние содержания и природы ПАВ на процесс смачивания металлических субстратов (алюминий и сталь). Методом избирательного смачивания установлено, что исследованные ПАВ по своей активности действия на поверхности алюминия (при СПАВ=0,25 г/дм3; СПФС=300 г/дм3) можно расположить в следующий ряд:

ПЭПА > ТЕЛАЗ > АС-1 > ДЭФ

Наибольшую смачивающую активность на стальной подложке проявляет АС-1. Содержание ПАВ в растворах ПФС, обеспечивающее максимальный рост работы смачивания для различных аддитивов на алюминии находится в концентрационных приделах 0,51 г/дм3.

  1. Исследовано влияние ПАВ на диэлектрические и реологические характеристики растворов ПФС. Установлено, что с увеличением содержания ПАВ в растворах ПФС наблюдается рост динамической вязкости и снижение дипольно-сегментального коэффициента потерь, что предположительно обусловлено влиянием азотсодержащих ПАВ на раскрытие циклов в молекулах ПФС и образованием дополнительных связей между ними.
  2. Рассмотрено влияние азот- и фосфорсодержащих ПАВ на диспергирование пигмента (алюминиевой пудры) в растворе кремнийорганического плёнкообразователя. Установлено, что применяемые ПАВ улучшают диспергирование. Оптимальное содержание ПАВ в растворе ПФС составляет 0,25 г/дм3. По диспергирующей способности исследованные ПАВ располагаются в следующем порядке:

ПЭПА > ТЕЛАЗ > АС-1 > ТАБФ > ДЭФ

  Применение ПЭПА (Телаза) обеспечивает получение эмалей со среднестатистическим диаметром частиц пигмента порядка 1416 мкм, что не достижимо без применения ПАВ (исходный диаметр частиц 26 мкм).

  1. На основе проведённых исследований разработаны эмали КО-814 МА1-3, КО-814 МФ1-2 и проведены испытания полученных из них покрытий, подтверждающие улучшение их свойств: водо- и бензостойкости на 40%, блеска на 1013%, уменьшение шероховатости в 2,5 раза. Разработан Технический регламент на производство и применение термостойких эмалей КО-814 МА 1-3 и КО-814 МФ1-2 ТР 000.000.05. По результатам промышленного апробирования разработанных ЛКМ, два состава – эмали КО-814 МА1 и КО-814 МА2 рекомендованы к применению в производстве.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

  1. Дюрягина А.Н., Тюканько В.Ю., Островной К.А. Исследование структурирования лакокрасочных систем в присутствии поверхностно-активных веществ// Лакокрасочные материалы и их применение. - 2010. - №3. - С. 31-36.
  2. Дюрягина А.Н., Тюканько В.Ю., Демьяненко А.В, Кулёмина Е.А.  Изучение смачивающей активности полиорганосилоксанов в присутствии ПАВ// Лакокрасочные материалы и их применение. - 2010. - №10. - С. 38-40.
  3. Тюканько В.Ю., Дюрягина А.Н., Демьяненко А.В, Кулёмина Е.А. Исследование и моделирование влияния ПАВ на структурно-механические и декоративные свойства лакокрасочных покрытий// Лакокрасочные материалы и их применение. - 2011. - №1-2. - С. 90-94.
  4. Тюканько В.Ю., Дюрягина А.Н., Демьяненко А.В, Кулёмина Е.А, Дараган А.Ф. Проектирование краскосмесительного оборудования с учётом гидродинамических режимов получения двухкомпонентных лакокрасочных материалов //Промышленная окраска. - 2010. - №6. - С. 35-36
  5. Дюрягина А.Н., Островной К.А., Тюканько В.Ю. Исследование процессов дезагрегации твердофазных частиц поверхностно-активными веществами в составе лакокрасочных композиций  // Сборник трудов III Международной конференции по коллоидной химии и физико-химической механике, посвященная двухсотлетию открытия электрокинетических явлений Ф. Ф. Рейссом». – МГУ, Москва, 2008. – С. 34.
  6. Дюрягина А.Н., Островной К.А., Тюканько В.Ю. Исследование структурирования лакокрасочных систем диэлектрическим методом// Сборник  трудов IV-й Международной конференции «Химия поверхности и нанотехнология» – Санкт-Петербург, 2009. – С. 272-273.
  7. Дюрягина А.Н., Островной К.А., Тюканько В.Ю.  Применение аминов для дезагрегации алюминиевой пудры в кремнийорганических лакокрасочных материалах // Сборник  трудов четвёртой Санкт-Петербургской международной конференции молодых учёных «Современные проблемы науки о полимерах». – Санкт-Петербург, 2008. – С. 63.
  8. Тюканько В.Ю., Дюрягина А.Н., Островной К.А. Микроструктурирование лакокрасочных покрытий в присутствии аминоамидов кислот растительных масел// Сборник  трудов пятой Санкт-Петербургской международной конференции молодых учёных «Современные проблемы науки о полимерах». – Санкт-Петербург, 2009. – С.41.
  9. Тюканько В.Ю., Дюрягина А.Н., Островной К.А. Пономарева Е.Б., Буйнова О.А.,  Ширин С.А. Модифирование кремнийорганических лакокрасочных материалов азот- и фосфорсодержащими ПАВ // Сборник  трудов шестой международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности». – Санкт-Петербург, 2007. – С. 204.
  1. Дюрягина А.Н., Тюканько В.Ю., Шуваев А.В. Влияние поверхностно-активных веществ на дезагрегацию твёрдофазных частиц в составе лакокрасочных композиций // Сборник  трудов XIV международной научно-практической конференции «Современная техника и технологии». – Томск, 2008. –  Т.3.  С. 83-86.
  2. Тюканько В.Ю., Дюрягина А.Н. Микроструктурирование кремнийорганических лакокрасочных суспензий в присутствии эфироамида фосфористой кислоты // Сборник  трудов международной конференции «Полифункциональные наноматериалы и нанотехнологии». – Томск, 2008. –  Т.2.  С. 188-189.
  3. Тюканько В.Ю., Дюрягина А.Н., Островной К.А. Микроструктирирование лакокрасочных покрытий в присутствии азот- и фосфорсодержащими ПАВ // Сборник  трудов десятой международной конференции «Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы». – Ульяновск, 2008. –  С. 47-48.
  4. Тюканько В.Ю., Дюрягина А.Н.  Эфир фосфористой кислоты, как эффективный диспергатор и стабилизатор микрогетерогенных кремнийорганических лакокрасочных систем // Сборник трудов Международной научной конференции «Физико-химические основы формирования и модификации микро- и наноструктур (ФММН 2008)». – Харьков, 2008. –  Т.2.  С. 369.
  5. Дюрягина А.Н., Островной К.А., Тюканько В.Ю. Модифицирование лакокрасочных материалов с использованием высокомолекулярных аминов // Сборник трудов Международной научно-практической  конференции «Химия в строительных материалах и материаловедение в ХХI веке». – Шымкент, 2008. – Том I С. 76-78.
  6. Салькеева Л.К., Тюканько В.Ю., Дюрягина А.Н., Островной К.А. Диспергирование пигментов фосфорсодержащими соединениями// Вестник КарГУ. – Караганда, 2008. №3. C. 69-74.
  7. Дюрягина А.Н., Тюканько В.Ю, Пономарева Е.Б., Буйнова О.А., Ширин С.А. Применение аминов для дезагрегации пигментов в кремнийорганических лакокрасочных материалах // Сборник  трудов международной научно-практической конференции «Валихановские чтения 13». – Кокшетау, 2008. – С. 82-84.
  8. Болатбаев К.Н., Тюканько В.Ю., Дюрягина А.Н. Термостойкая кремнийорганическая эмаль КО-814 МГ1. Свидетельство о регистрации интеллектуального продукта № 0808РК00140 от 16.05.2008.
  9. Болатбаев К.Н., Тюканько В.Ю., Дюрягина А.Н., Островной К.А. Термостойкая кремнийорганическая эмаль КО-814 МА1. Свидетельство о регистрации интеллектуального продукта № 0808РК00137 от 16.05.2008.
  10. Болатбаев К.Н., Тюканько В.Ю., Дюрягина А.Н. Термостойкие кремнийорганические эмали КО-814 МФ1 и КО-814 МФ2. Свидетельство о регистрации интеллектуального продукта № 0808РК00138 от 16.05.2008.
  11. Болатбаев К.Н., Тюканько В.Ю., Дюрягина А.Н. Термостойкие кремнийорганические эмали КО-814 МА2 и КО-814 МА3. Свидетельство о регистрации интеллектуального продукта № 0808РК00139 от 16.05.2008.





© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.