ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПОЛИМЕРНЫХ СМОЛ С ВЫБРАННЫМИ РЕАКЦИОННОСПОСОБНЫМИ СОЕДИНЕНИЯМИ ПУТЕМ ПРИМЕНЕНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ МЕТОДОВ

АННОТАЦИЯ

В статьи приведены результаты эффективных составов разработанных  композиционных  лакокрасочных материалов на основе стирол акриловой дисперсии. Разработан оптимальный состав композиционных лакокрасочных материалов с улучшенными физико-механическими свойствами в результате изменения структуры полимерных вяжущих путем проведения химической модификации компонентов с выбранными реагентами, которая привела к значительному снижению затрат и повышению экономической эффективности в области для кожаных изделий. Разработанные лакокрасочные материалы обладают рядом высоких качественных характеристик, которые делают их незаменимыми для создания долговечных и эстетически привлекательных поверхностей. Так как, кожа относится к эластичным субстратам, лакокрасочные материалы, используемые для ее покрывного крашения, должны формировать покрытия, сочетающие высокую эластичность с достаточной прочностью. По результатам исследований физико-механических свойств лакокрасочных материалов на основе местного и вторичного сырья выявлено, что новые составы отвечают стандартным требованиям, кожа для обувной промышленности после нанесения лакокрасочных материалов обладает достаточной устойчивостью к трению и водостойкостью. 

ABSTRACT

The article presents the results of effective compositions of developed composite paints and varnishes based on styrene acrylic dispersion. An optimal composition of composite paints and varnishes with improved physical and mechanical properties has been developed as a result of changing the structure of polymer binders by chemically modifying the components with selected reagents, which has led to a significant reduction in costs and an increase in economic efficiency in the field of leather goods. The developed paints and varnishes have a number of high quality characteristics that make them indispensable for creating durable and aesthetically attractive surfaces. Since leather is an elastic substrate, the paints and varnishes used for its coating must form coatings that combine high elasticity with sufficient strength. Since leather is an elastic substrate, paints and varnishes used for its coating must form coatings that combine high elasticity with sufficient strength. Based on the results of studies of the physical and mechanical properties of paints and varnishes based on local and secondary raw materials, it was found that the new compositions meet standard requirements, and leather for the shoe industry after application of paints and varnishes has sufficient resistance to friction and water resistance. 

Ключевые слова: кожа, лакокрасочные материалы, физико-химических процессах, структуры, покрывного крашения, высокоэффективных покрытий.

Keywords: leather, paints and varnishes, physical and chemical processes, structure, coating dyeing, high-performance coatings.

Введение. В ведущих странах мира проводятся обширные исследования по разработке технологий производства лакокрасочных материалов, используемых при обувной промышленности и налажено масштабное производство лакокрасочных материалов, используемых для отделки кожи, в том числе в Италии, России, США, Китае, Германии, Японии, Азербайджане и Турции. Однако, эти лакокрасочные материалы, в основном, состоят из импортных ингредиентов и имеют сравнительно узкий диапазон проявления максимума потерь, а также ограничены в ассортименте. Эти недостатки не позволяют широко использовать их в качестве лакокрасочного материала для кожаных изделий. В этом аспекте, проведение исследований, позволяющих повысить производства лакокрасочных материалов и разработать эффективные композиционные материалы для применения в процессе отделки кожаных изделий является актуальной проблемой [1-3].

Крашение натуральной кожи в зависимости от назначения может включать крашение в барабане раствором красителей или образование на поверхности кожи окрашенной пленки. Перед крашением шкуру подвергают размачиванию, удалению волоса, дублению, нейтрализации и другим процессам с применением различных химических реагентов. При этом белок кожи - коллаген претерпевает значительные структурные изменения, влияющие на способность кожи сорбировать красители. Последние прочно удерживаются кожей и дубителем с помощью химических и водородных связей, а также Ван-дер-Ваальсовых сил. Назначение кожи (например, одежная, перчаточная, для верха обуви) определяет требования к качеству окраски [4].

Основными показателями окрасок являются: устойчивость к воде, поту, трению, свету, стирке, химчистке, глубина прокраска, ровнота и яркость. Барабанное крашение включает в себе четыре основные стадии:

1. Диффузию частиц лакокрасочных материалов (ЛКМ) из водного раствора к поверхности кожи;

2. Сорбцию ЛКМ наружной поверхностью волокон;

3. Диффузию ЛКМ внутрь волокон;

4. Связывание ЛКМ.

Объектами исследований являются пленкообразующие вещества – смолы акриловые, пигменты – отходы угля, наполнители и вспомогательные пигменты, растворители, минеральные добавки.

Методы исследования. В работе использованы современные физико-химические методы анализа, а также другие общепринятые стандартные методы, апробированные в странах СНГ.

Результаты исследования и их обсуждения. Основной компонент - стирол-акриловая дисперсия (привезенный АО «Навои-азот») представляет собой взвесь частиц сополимера стирола с эфиром акриловой кислоты в водном растворе поверхностно-активного вещества, пеногасителя и консерванта. Концентрация сополимера в этой дисперсии составляет 65-70%. Стирол-акриловая дисперсия - пленкообразователь, при использовании этой дисперсии в количестве, меньшем 5 мас. % возникает сверхкритическая объемная концентрация совокупности компонентов (диоксида титана, оксид цинка и сажа), что приводит к отмеливанию покрытия, а количество, большее чем 5 мас. %, невыгодно с экономической точки зрения.

Наилучшим омыляющим средством (пептизатором) является триэтаноламин N(C₂H₄OH)₃, так как он может реагировать только со свободными кислотными группами шеллака, поэтому его избыток не опасен. Интересно также, что триэтаноламин действует и как пластификатор. При содержании триэтаноламина в заявляемой композиции, начиная с 2 мас. %, данная лакокрасочная композиция приобретает устойчивость к расслоению, при количестве 3 мас. % она становится такой устойчивой, что расслоение не наблюдается в течение более 6 месяцев.

Диоксид титана – это белый пигмент в количестве 5 мас. % обеспечивает необходимую белизну покрытия, а концентрация больше чем 5 мас. % - невыгодна с экономической точки зрения.

Сажа - минеральный наполнитель, его использование обусловлено тем, что он, во-первых, увеличивает собой объем лакокрасочной композиции, во-вторых почти не увеличивая ее стоимость, поскольку он дешев [5].

Растворитель 646 и керосин также оказался достаточно эффективным, но содержащие его пленки, как правило, имеют характерный запах. Для дальнейшей работы были выбраны уайт-спирт. При этом количество коалесцентов, обеспечивающие получение ровных сплошных полимерных пленок при температуре около 5 ⁰С.

Подготовка композиционных ЛКМ на основе вышеприведенных компонентов осуществляется следующим образом:

для этого все компоненты слегка смешивая путем последовательного добавления одного компонента за другим, получаем однородную массу.

 Затем полученную смесь помещают в аппарат вихревого слоя и перемешивают в нем в течение 3-5 минут при частоте электрического тока в обмотках аппарата 50 Гц [6, 7].

В таблице 1. представлены предварительно разработанные составы предлагаемой водно-дисперсионной лакокрасочной композиции с применением различных сиккативов и растворителей.

Таблица 1.

Разработанные составы водно-дисперсионной лакокрасочной композиции

В таблице 2. представлены физико-химические свойства предлагаемых составов на основе водно-дисперсионных лакокрасочных композиций.

Исследованы физико-химические и механические свойства разработанных эффективных составов композиционных лакокрасочных материалов в обувные кожи: высокая адгезия к поверхности, водонепроницаемость, механическая прочность, износостойкость и стойкость к условиям эксплуатации (атмосферостойкость, химостойкость и др.), которые приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Физико-химические свойства разработанных водно-дисперсионных лакокрасочных композиции

По физико-механическим показателям композиционного полимерного покрытия на основе акриловой смолы, представленный в таблице 2 можно сделать вывод о том, что полученный композиционный лакокрасочный материал отвечает по всем показателям ГОСТа для лакокрасочного материала применяемый в обувной промышленности.

Для сравнения также в таблице 3, приведены физико-химические свойства существующих ЛКМ фирмы «АНКА».

Таблица 3.

Физико-химические свойства существующих ЛКМ фирмы «АНКА»

Разработанный композиционный лакокрасочный материал защищает поверхности кожаных изделий от разрушения под воздействием атмосферных факторов, а также выполняют художественно-эстетическую функцию.

Таким образом, разработанные композиционные лакокрасочные материалы представляет из себя структурированные жидкости, обладающие высокими физико-механическими и эксплуатационными свойствами, а также легко наносится на отделываемую поверхность в виде тонкой пленки с помощью распылителя и хорошо удерживается на поверхности кожаных изделий.

Заключения. Исходя из вышеизложенного выявлено влияния органоминеральных ингредиентов на физико-химические, механические и эксплуатационные свойства композиционных лакокрасочных материалов и путем применения современных физико-химических методов анализа на основе полимерных дисперсий с выбранными реакционноспособными соединениями разработан эффективный состав КЛКМ из органо-неорганических ингредиентов на основе местного сырья и отходов производств. Таким образом, разработанные нами КЛКМ с высокими физико-химическими, механическими и эксплуатационными свойствами отвечают требованиям для изготовления обуви из кожи и являются экологически безвредным.

Список литературы:

1. Карякина М.И. Лабораторный практикум по испытанию лакокрасочных материалов и покрытий. М.: Химия. 1977. 240 с.
2. Данилкович А.Г., Чурсин В.И. Практикум по химии и технологии кожи и меха: Учебное пособие для вузов. М.: ЦНИИКП, 2002. 413 с.
3. В.В. Михеев и др. Химия красителей и крашения. Учебное пособие/ – К.: Изд-во Казан. гос. технол. ун-та, 2009. – С. 81.
4. А.Д. Яковлев. Химия и технология лакокрасочных покрытий. Л.: Химия, 1981. – С. 352.
5. Фомин М.Н., Емельянов Ю.В. Защитные покрытия в химической промышленности. – М.: Химия, 1981. – 304 с.
6. Чернин И.З., Смехов Ф.М., Жердев Ю.В. Эпоксидные полимеры и композиции. – М.: Химия, 1982. – 232 с.
7. С.С. Негматов, М.Э. Икрамова, М.А. Бабаханова. Выбор объектов исследований и изучение физико-химических свойств органоминеральных ингредиентов для получения композиционного полимерного лакокрасочного материала. // Universum: технические науки: электрон. научн. журн. 2024. 3(96). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/1332 - С. 78-85.