Эпоксидное водоэмульсионное покрытие и их затвердевания

АННОТАЦИЯ

В статье изучены эмульсии лакокрасочных материалов на водной основе. Исследованы условия создания водно-эмульсионных систем связующих покрытий. Исследовано влияние концентрации ускорителя на длительность затвердевания эпоксидной водной эмульсии.

ABSTRACT

The article studies water-based emulsions of paints and varnishes. The conditions for the creation of water-emulsion systems of binding coatings have been investigated. The effect of the concentration of the accelerator on the duration of hardening of an epoxy water emulsion has been studied.

Ключевые слова. Эмульсия, покрытие, пленкообразование, водная среда, олигомерная фаза ускоритель отверждения.

Keywords. Emulsion, coating, film formation, aqueous medium, oligomeric phase curing accelerator.

Эмульсионные краски – особая категория красок, отдельная от масляных, эмалевых и клеевых. Они представляют собой эмульсию, т.е. взвесь мельчайших частичек пластмассы в массе воды. Смесь наносится на поверхность, и после испарения воды образуется крепкая эластичная пленка. Водоэмульсионными красками обрабатывают загрунтованный металл, дерево, картон и даже свеженанесенную штукатурку. После высыхания получается матовое прочное красочное покрытие. Высыхание происходит достаточно быстро. В основу краски можно добавлять окрашивающие пигменты, получая таким образом краску нужного цвета. Водоэмульсионные краски можно наносить на поверхности, ранее покрытые эмалевыми, масляными и клеевыми красками [1, 2].

Водоэмульсионные краски — одно из бюджетных решений в окраске поверхностей. Простой состав краски, дышащее финишное покрытие — вот преимущества этих красок.

Краска на основе воды совершенно не пахнет. После высыхания эмульсионная краска пропускает воздух, т.е. стены дышат [3]. Покрытие получается несколько менее прочным, чем после масляных красок, его можно мыть. Маляры советуют наносить эмульсию распылением или валиком. Краски эмульсионные по цене даже дешевле масляных, благодаря своему простому составу. Перед нанесением краску тщательно размешивают, чтобы обеспечить равномерное распределение частиц в эмульсии [4].

Возросшие требования к охране окружающей среды и усиление контроля за газовыми выбросами промышленных предприятий обусловили необходимость изменения ассортимента лакокрасочной продукции с целью расширения выпуска экономичных и менее вредных в экологическом отношении лакокрасочных материалов. К ним относятся, в частности, пленкообразующие системы на водной основе [5]. В настоящее время доля лакокрасочных материалов на водной основе в общем выпуске лакокрасочной продукции некоторых промышленно развитых стран составляет 20—30% [6].

Первыми водными составами, используемыми для получения защитных покрытий, были вододисперсионные краски на основе натурального и синтетического латексов. Их стали применять в 40-х годах текущего столетия за рубежом. Успехи в области эмульсионной полимеризации и исследований коллоидно-химических свойств полимерных дисперсий и механизма пленкообразования позволили значительно расширить как ассортимент, так и области применения водоэмульсионных лакокрасочных материалов [7]. В технологии вододисперсионных пленкообразователей широко используют латексы гомо- и сополимеров винилацетата, винилхлорида, этилена, акрилатов, стирола и некоторых других мономеров [8, 9]. Такие водные дисперсии полимеров называют синтетическими. Различают также искусственные дисперсии, получаемые эмульгированием олигомеров при температуре выше их температуры размягчения либо растворов олигомеров или полимеров (иногда с последующей отгонкой растворителей). Пленкообразователями в таких дисперсиях могут быть как перечисленные выше олигомеры и полимеры, так и алкиды, эпоксиды, полиуретаны, битумы, высыхающие масла и др [10, 11].

В традиционных лакокрасочных материалах около 50% от массы материала составляют органические растворители, которые безвозвратно теряются при получении покрытий. Токсичность большинства из них и пожаро- и взрывоопасность обусловливают необходимость устройства мощных вентиляционных систем в окрасочных цехах и дополнительных установок для очистки газовых выбросов в окружающую среду. Одним из способов решения проблемы исключения органических растворителей из рецептур лакокрасочных материалов является создание водных пленкообразующих систем [12].

Использование лакокрасочных материалов на водной основе позволяет экономить на стоимости безвозвратно теряемых растворителей, устройства вентиляции и проведении мероприятий по технике безопасности [13]. Применение таких материалов дает ряд преимуществ, главными из которых являются:

1) возможность окраски влажных деталей или окраски при повышенной влажности воздуха;

2) использование специфического для водных систем способа окраски - электроосаждения;

3) безвредность и меньшая трудоемкость процесса отмывки оборудования.

Лакокрасочные материалы на водной основе можно разделить на две группы: вододисперсионные пленкообразующие системы, представляющие собой эмульсию пленкообразователя в воде, и водорастворимые пленкообразующие системы, представляющие собой водный раствор пленкообразователя. Водные лакокрасочные материалы того и другого вида имеют сравнительно высокое поверхностное натяжение, что диктует необходимость специальной подготовки металла под окраску для обеспечения равномерности покрытия и хорошей его адгезии [14].

На базе ташкентского научно-исследовательского института химической технологии разработан способ получения плёнкообразователя водно-эмульсионного типа на основе эпоксидной смолы. Метод получения эмульсии эпоксидной фазы в водной среде основан на эмульгирование молекул эпоксидного олигомера с помощью гидроксипропилметилцеллюлозы и поливинилового спирта. Формирование покрытия из водной эмульсии происходит в результате ее коагуляции на подложке. Обычно это происходит в процессе удаления воды из тонкого слоя эмульсии. На рисунке 1 показана схема очередности пленкообразования полимерной матрицы лакокрасочного покрытия из водной эмульсии.

Рисунок 1. Схема процесса пленкообразования из эмульсии пленкообразователя при испарении воды:

A — исходная эмульсия; B — промежуточный гель; C и D — пленка; I этап—стабилизация; II этап — сииерезис; III — аутогезиоиные процессы.

В итоге проведенных литературных анализов и лабораторных исследований на базе ташкентского научно-исследовательского института химической технологии разработан способ получения плёнкообразователя водно-эмульсионного типа на основе эпоксидной смолы. Метод получения эмульсии эпоксидной фазы в водной среде основан на эмульгирование молекул эпоксидного олигомера с помощью гидроксипропилметилцеллюлозы и поливинилового спирта.

Рисунок 2. Зависимость скорости затвердевания от концентрации ускорителя

Формирование покрытия из водной эмульсии происходит в результате ее коагуляции на подложке. На рисунке 2 показано изменение длительности затвердевания эпоксидного пленкообразователя на водной эмульсии в зависимости от количества добавляемого ускорителя отверждения. Диаграмма показывает, что оптимальная концентрация ускорителя в системе составляет 1,5 % от обшей массы полимерного материала.

Список литературы:

1. Bagherzadeh M. R. et al. Investigation on anticorrosion performance of nano and micro polyaniline in new water-based epoxy coating //Progress in Organic Coatings. – 2011. – Т. 72. – №. 3. – С. 348-352.
2. Джалилов А. Т., Киёмов Ш. Н. Уретан-эпоксидные термореактивные полимерные системы в качестве антифрикционного материала //Булатовские чтения. – 2020. – Т. 5. – С. 76-78.
3. Киёмов Ш. Н., Джалилов А. Т. Трибология эпоксиуретанового полимера //Universum: технические науки. – 2019. – №. 6 (63).
4. Snihirova D., Lamaka S. V., Montemor M. F. “SMART” protective ability of water based epoxy coatings loaded with CaCO3 microbeads impregnated with corrosion inhibitors applied on AA2024 substrates //Electrochimica Acta. – 2012. – Т. 83. – С. 439-447.
5. Лавров Н. А., Киемов Ш. Н., Крыжановский В. К. Триботехнические свойства композиционных материалов на основе эпоксидных полимеров //Все материалы. Энциклопедический справочник. – 2018. – №. 10. – С. 14-18.
6. A. Rudin and P. Choi, The Elements of Polymer Science and Engineering, 3rd Ed., Elsevier Publisher, Waltham, MA, 2013. Р. 584.
7. Киёмов Ш. Н., Джалилов А. Т. Уретановый олигомер оу-400 //Universum: технические науки. – 2020. – №. 7-2 (76).
8. J. Jin, Q. Dong, Z. Shu, W. Wang, and K. He. Procedia Eng., vol. 71, Р. 304–309, 2014.
9. Полимерные композиционные материалы: структура, свойства, технология: Учеб. пособие / 4-е изд., испр. и доп. Под общей редакцией А.А. Берлина. – СПб.: ЦОП «Профессия», 2014. – 592 с.
10. Shen_yi T., Hu_biao W. New development of room temperature cure water-based epoxy coatings [J] //China Paint. – 2001. – Т. 2.
11. Лавров Н. А., Киёмов Ш. Н., Крыжановский В. К. Свойства наполненных эпоксидных полимеров //Пластические массы. – 2019. – №. 1-2. – С. 37-39.
12. Abdulakh K. Mikitaev, Mukhamed Kh. Ligidov, Gennady E. Zaikov, Polymers, polymer blends, polymer composites, and filled polymers: synthesis, properties, application, Nova Science Publishers, New York 2016.
13. Jalilov A. T., Tillayev A. T., Kiyomov S. N. Materials for friction units based on urethan-epoxy bicomponent systems //Scientific Bulletin of Namangan State University. – 2020. – Т. 2. – №. 7. – С. 42-46.
14. Yang H., van Ooij W. J. Plasma-treated triazole as a novel organic slow-release paint pigment for corrosion control of AA2024-T3 //Progress in organic coatings. – 2004. – Т. 50. – №. 3. – С. 149-161.