CC BY
151
УДК 667.6
А. Х. Гумаров, Р. М. Гарипов, О. В. Стоянов МОДИФИКАЦИЯ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ ХЛОРСУЛЬФИРОВАННОГО ПОЛИЭТИЛЕНА НЕФТЕПОЛИМЕРНЫМИ СМОЛАМИ
Ключевые слова: хлорсульфированный полиэтилен, нефтеполимерная смола, лакокрасочное покрытие.
Приведены результаты исследований влияния твердых нефтеполимерных смол на свойства лаков и покрытий на основе хлорсульфированного полиэтилена. Показано влияние типа и количества нефтеполимерной смолы на физико-механические и защитные свойства покрытий.
Keywords: chlorosulfonatedpolyethylene, petroleum resin, paint coating.
The results of solid petroleum resins effect on the properties of paints and coatings based on chlorosulfonated polyethylene are presented. The effect of type and amount of petroleum resin on the physico-mechanical and protective properties of coatings is shown.
Высокий уровень эластичности покрытий на основе хлорсульфированного полиэтилена (ХСПЭ) в сочетании с его щелочестойкостью, кислотостойкостью, стойкостью к окислительным средам и термостойкостью, позволяет использовать их для защиты не только бетонных, но и металлоконструкций. Особенно эффективно применение таких высокоэластичных покрытий для защиты конструкций, подвергающихся при эксплуатации большим деформациям вследствие температурных перепадов или вибрации, в результате которых, как известно, обычные жесткие химически стойкие покрытия (например, эпоксидные, перхлорвиниловые) очень быстро выходят из строя [1,2].
Недостатком материалов на основе ХСПЭ являются присутствие в них больших количеств токсичных и огнеопасных растворителей. Невысокое значение сухого остатка (не более 20 %), материалов на основе ХСПЭ приводит к необходимости нанесения нескольких слоев покрытия для достижения требуемого защитного эффекта. Еще одним недостатком являются невысокая прочность и твердость покрытий.
Известно, что составы на основе ХСПЭ легко модифицируются другими полимерами [3]. При этом имеется возможность в широких пределах регулировать эксплуатационные показатели покрытия (эластичность, прочность и химическую стойкость к большинству агрессивных сред) в зависимости от конкретного назначения покрытия и условий его эксплуатации, и технологические характеристики материала (вязкость, жизнеспособность), определяемое способом нанесения материала.
Для получения покрытий на основе ХСПЭ с удовлетворительными свойствами нами был выбран метод структурной модификации полимерной матрицы эластичного ХСПЭ более твердым полимером. В качестве такого полимера нами были выбраны нефтеполимерные смолы (НПС) марок НПС (ОАО «Нижнекамскнефтехим»), НП-1 (ОАО «Завод Сланцы») и Hikorez R1100S (Корея), характеристика которых представлена в таблице 1. В качестве основного полимера использовали ХСПЭ, произведенный в США марки хайпалон [4].
Основу композиционного материала составлял лак на основе ХСПЭ (16-20 %-ный раствор хайпалона в смеси растворителей ксилол:толуол, взятых в соотношении 3:1), пигментированный красным железоокисным пигментом в количестве 8 мас. % от лака. Нефтеполимерные смолы использовали в виде 20 %-ных растворов в толуоле. Модификатор вводили в основу в количестве от 10 до 50 мас.%.
Нами была исследована растворимость выбранных модификаторов с хайпалоном в растворе. Растворимость оценивали визуально по внешнему виду модифицированного лака на основе смеси хайпалона и НПС в соотношении 4:1 в процессе хранения в течение 5 суток. Оказалось, что смолы НП-1 и Hikorez R1100S хорошо растворяются в толуоле и в лаковой композиции с ХСПЭ образуют стабильные во времени жидкие системы с постоянной
вязкостью по ВЗ-4. Смола НПС образует в толуоле опалесцирующий раствор, а в лаковой композиции с ХСПЭ наблюдается расслаивание при хранении с выпадением небольшого осадка. Поэтому этот модификатор при дальнейших исследованиях не использовался.
Покрытия из исследуемых композиций формировали либо при комнатной температуре в течении 5 суток, либо при температуре 80 °С в течении 4 часов. Были определены физикомеханические свойства покрытий: твердость по маятниковому
Таблица 1 - Свойства нефтеполимерных смол
Наименование показателя Смола нефтеполимерная (ОАО «Нижнекамскнефтехим») НП-1 (ОАО «Завод Сланцы») Иікогег Ш1008 (Корея)
Цвет по йодометрической шкале, мг йода на 100 см 500 25 -
Молекулярная масса - - 1600
Бромное число г/100 г - - 42
Кислотное число, мг КОН/г, не более 1,0 - -
Температура размягчения, °С, не ниже 85 95 100
Температура стеклования, °С - - 48
Растворимость в двойном объеме ксилола и уайт-спирита 1:1 ' Полная
Массовая доля летучих веществ, %, не более - 1,0 -
прибору МЭ-3 [5], прочность при ударе по У-1А [5], прочность при изгибе по ШГ-1 [5]. Адгезию отвержденных покрытий определяли методом решетчатых надрезов [5]. Результаты испытаний приведены в таблице 2.
Из табл. 2 видно, что с увеличением в составе композиций содержания НПС растет толщина однослойного покрытия при одинаковой вязкости исходной композиции, растет относительная твердость покрытий. Однако большие содержания НПС в составе покрытий приводят к некоторому ухудшению прочности при изгибе и снижению адгезии.
В условиях эксплуатации полимерные покрытия подвергаются воздействию различных агрессивных сред, наиболее типичными из которых являются вода, водные растворы кислот, солей и щелочей. Поэтому нами были оценены химическая стойкость разработанных покрытий, нанесенных на металлические цилиндрические образцы в два слоя толщиной 40-60 мкм и отвержденных в течение 5 суток при комнатной температуре (таблица 3).
Из таблицы 3 видно, что с увеличением содержания НПС наблюдается снижение защитных свойств покрытий, особенно в щелочных и кислых средах. Причиной такого снижения является увеличение хрупкости и снижение адгезионных свойств покрытий с ростом содержания НПС в составе лаковых покрытий. Оптимальным является содержание НПС в составе покрытий не более 20 мас. %.
Таблица 2 - Физико-механические свойства покрытий (отверждение при 20 °С)
№ ком- пози- ции Основные компонен-ты связую-щего Содержание НПС в покрытии, масс. % Толщина однослой- ного покрытия, мкм Относительная твердость, отн. ед. Проч- ность при ударе, Дж Проч- ность при изгибе, мм Адге- зия, балл
1 ХСПЭ - 18 0,04 50 1 1
2 ХСПЭ+НП-1 10 20 0,08 50 1 1
3 ХСПЭ+НП-1 20 25 0,09 50 1 1
4 ХСПЭ+НП-1 40 28 0,16 40 3 2
5 ХСПЭ+ Икоге2 Ю1008 10 21 0,09 50 1 1
6 ХСПЭ+ Икоге2 Ю1008 20 25 0,1 50 1 1
7 ХСПЭ+ Икоге2 Ю1008 40 27 0,18 50 3 2
Таблица 3 - Химическая стойкость покрытий
Зкомпозиции Стойкость покрытий при температуре (20±2) °С к воздействию, ч статическому
Н2О ЫаО! (3 %) ЫаОН (25 %) НО! (25 %)
1 >4000 72 50 50
2 >4000 72 18 34
5 >4000 72 30 50
6 >4000 72 26 50
7 >4000 72 16 25
Таким образом, проведенные испытания показали, что введение НПС в состав покрытий на основе ХСПЭ позволяет получать покрытия большей толщины, увеличивает их твердость. Однако при этом наблюдается некоторое снижение защитных свойств.
Литература
1. Донцов, А.А. Хлорированные полимеры / А.А. Донцов, Г.Я. Лозовик, С.П. Новицкая. - М.: Химия, 1979. - 232 с.
2. Хузаханов, Р.М. Разработка антикоррозионных материалов для защиты воздуховодов и вентиляторов /Р.М. Хузаханов, Р.М. Гарипов, А.А. Ефремова // Вестник Казан. технол ун-та. - 2010. -№9. - С.262-266
3. Ливщиц, Р.М. Заменители растительных масел в лакокрасочной промышленности / Р.М. Лившиц, Л.А. Добровинский. - М.: Химия, 1987. - 160 с.
4. Макаров, В.Г. Промышленные термопласты: Справочник / В.Г. Макаров, В.Б. Каптенармусов. -М.:АНО «Издательство «Химия», «Издательство «КолосС», 2003. 208 с.
5. Карякина, М.И. Лабораторный практикум по техническому анализу и контролю производств ЛКМ и покрытий / М.И. Карякина. - М.: Химия, 1989.- 208 с.
© А. Х. Гумаров - асп. каф. технологии пластических масс КГТУ; Р. М. Гарипов- д-р хим. наук, проф. каф. ТППКМ КГТУ; О. В. Стоянов - д-р техн. наук, проф., зав. каф. технологии пластических масс КГТУ, [email protected].
