Влияние состава лакокрасочного материала на свойства покрытий

Современные лакокрасочные материалы (ЛКМ) являются высоконаполненными системами. По европейскому стандарту нормативом показателя «остаток сухого вещества» является величина не менее 75 % для красок и не менее 97 % для пластиков. Данные нормативы устанавливаются в разделе «Экологические требования», ограничивая выброс растворителей и других легколетучих органических веществ в атмосферу и, в то же время, решая проблему качества материалов.

Основные недостатки эмали – высокое (до 60 %) содержание растворителей и использование в её рецептуре полимеров, не обеспечивающих необходимой прочности, что обуславливает её быстрое истирание в процессе эксплуатации. Для разработки разметочной краски дорог важнейшим показателем качества материалов является срок их службы [1]. В этой связи к разрабатываемому покрытию предъявляются следующие требования: компоненты для приготовления покрытия должны быть не токсичны; отклонения в дозировке компонентов в пределах до 5 % от расчетных значений не должны существенным образом сказываться на физико-механических свойствах покрытия; по внешнему виду покрытие перед нанесением должно представлять собой однородную подвижную жидкость без осадка и расслоения, а после нанесения образовывать ровную одноцветную поверхность; плотность покрытия должна находиться

Моисеев В. В., 2013

в пределах 1,2 – 1,6 кг/м3; содержание нелетучих веществ должно быть не менее 70 %; вязкость покрытия должна составлять 60 – 120 с-1; степень перетира должна составлять не более 70 мкм; время высыхания покрытия при температуре 20 оС и относительной влажности воздуха не более 75 % должно составлять [2]:

• 1)    до степени 3 – не более 30 мин;

• 2)    до степени 5 – не более 50 мин.

Кроме того, укрывистость высушенной пленки должна быть не более 150 г/м2; покрытие должно сохранять свои физико-механические свойства при длительном воздействии воды; применение покрытия должно осуществляться конструктивно простыми и надежными механизмами; покрытие должно иметь рабочую температуру в диапазоне от (–35 ºС) до (+50 ºС).

Всем этим требованиям соответствуют покрытия на основе акриловых ЛКМ, отличающихся исключительно высоким качеством. Они характеризуются быстрым высыханием, атмосферо-, водо-, химической, абразиво-, морозо- и термостойкостью. Акрил обладает превосходной адгезией к различным подложкам, включая металл, древесину, пластмассу, бетон и т.д. Готовые покрытия имеют, как правило, отличный внешний вид.

Уникальной долговечностью и химической стойкостью характеризуются покрытия на основе чисто акриловых ЛКМ с повышенным содержанием антикоррозионных пигментов. Покрытие, состоящее из цинкообогащенной акриловой грунтовки и акрилового лака, имеет срок службы в особо агрессивных средах свыше 15 лет [3].

Наряду с уникальными эксплуатационными свойствами акрил имеет еще одно неоспоримое достоинство: на его основе несложно изготовить экологически благоприятные ЛКМ, полностью удовлетворяющие современным санитарным нормативам.

Поскольку в данной работе требования к цветовой гамме ЛКМ отсутствуют, в рецептуру для исследования вводили двуокись титана, растворители (ацетон, этилацетат); дефлоккулирующие, смачивающие и диспергирующие добавки; пластификаторы диоктилфталат (ДОФ) или дибутилфталат (ДБФ), стабилизаторы; оптические отбеливатели. В качестве наполнителей, обеспечивающих низкий эффект водяного поглощения, низкую диэлектрическую постоянную, низкую степень вязкости, безусадочность герметизирующего материала, высокую износостойкость и термостойкость использовали волластонит и мраморный кальцит.

В результате проведенных исследований на износ обрезиненными колёсами подвижной колесной пары в присутствии абразива и воды в течение 1 часа установлено, что введение акриловых полимеров уменьшает износ краски в 2 - 10 раз, при этом вязкость остаётся в пределах рабочих значений 40 - 80 с-1. Кроме того, краска приобретает яркий белый цвет, а седиментационная устойчивость значительно повышается.

Была предпринята попытка улучшения технологических свойств краски на основе акриловых полимеров и уменьшения ее стоимости путем замены пластификатора диоктилфталата на дибутилфталат.

Главным показателем красящего покрытия является ее укрывистость и адгезия, которая в свою очередь характеризует количество краски, необходимое для нанесения на рабочую поверхность.

Результаты исследований по изменению укрывистости полимерного ЛКМ от количества вводимого пластификатора показали, что лучшей укрывистостью характеризуется краска с пластификатором на основе ДБФ в количестве 1,5 - 2 %. Дальнейшее увеличение содержания пластификатора приводит к увеличению укрывистости, а значит количеству слоев полимерной краски, необходимых для нанесения на рабочую поверхность.

Рис. 1. Влияние вязкости на износ краски: 1 -краска без полимера; 2 - краска с полимером.

Аналогичные зависимости были получены для адгезии полимерных покрытий. Предложенный нами ДБФ показал наилучшее сродство краски к поверхности. Как и следовало ожидать, с увеличением содержания пластификатора, вязкость композиции снижается. Для краски с пластификатором ДОФ оптимальная условная вязкость достигается при введении последнего более 3 %, тогда как ДБФ требуется гораздо меньше - от 1,5 до 2 %.

Критерием доступности применения пластификаторов в лакокрасочных материалах является их нерастворимость и отсутствие экс-трагируемости. Если растворимость превышает допустимые пределы, то необходимо токсическое исследование. При определении токсического действия наиболее распространенных эфирных пластификаторов учитывают токсичность составляющих их компонентов - кислот, спиртов.

Эффективность пластификаторов в основном зависит от их строения: чем меньше длина алкильного радикала пластификатора, тем более летучим и токсичным он является. В этой связи нами был проведен эксперимент по определению содержания нелетучих веществ (сухого остатка) и времени высыхания лакокрасочного покрытия. Как известно, содержание нелетучей фазы в краске с ДОФ превышает содержание нелетучей фазы в краске с ДБФ. Однако здесь есть и положительный эффект, время высыхания последней меньше, чем краски с ДОФ. Положительным эффектом является и тот факт, что краска хорошо сохраняется, не теряя своих свойств, и по истечении

Вестник ВТУИТ № 1.2013 нескольких месяцев в ней не наблюдается явление тиксотропии.

Пластификатор оказывает влияние и на снижение внутренних напряжений. Причем, для низкомолекулярной жидкости ДБФ (по сравнению с ДОФ) характерно более равномерное распределение в объеме. Как и следовало ожидать, наибольший модифицирующий эффект для покрытия наблюдается при введении ДБФ в количестве от 1,8 до 2,2 %.

Износостойкие лакокрасочные покрытия, используемые для разметки на дорогах и взлетных полосах аэродромов, в основном контактируют с агресивными средами. Известно [2], что незначительные количества свободного мономера способствуют разрыхлению структуры полимера и тем самым ухудшают стойкость покрытия.

Испытания коррозионной стойкости проводили в дистиллированной воде и керосине. Как показал проведенный эксперимент, наиболее значительное водо- и бензопоглаще-ние наблюдалось в течение первых 2-х суток. Наблюдение за коррозионной стойкостью лакокрасочного покрытия в течение месяца характеризовалось неравномерностью процесса диффузии воды в полимерную матрицу: интенсивное водопоглощение наблюдалось на 1-е и затем на 19-е сутки. Следовательно, снижение водопоглощения на 3-е сутки связано с экстракцией низкомолекулярных продуктов или модификацированных добавок. Наиболее значительным эффектом характеризуется действие агрессивной среды (керосина), которое для некоторых образцов достигает от 2,1 до 5,4 мас. %. Воздействие каждой среды по отношению к изучаемым композициям носит селективный характер. Лучшими композиция- ми в водной среде были композиции на основе пластификатора ДБФ с содержанием от 1,8 до 2 %. Подобными закономерностями характеризуются композиции в керосине.

Таким образом, лучшими технологическими свойствами и эксплуатационными показателями обладают разметочные краски на основе акриловых полимеров, содержащие ДБФ.