ИСПЫТАНИЕ ЛАКОКРАСОЧНОГО МАТЕРИАЛА МЕТОДОМ РАСТИРАНИЯ (RUB OUT TEST)

АННОТАЦИЯ

В статье представлено исследование лакокрасочного материала на основе воднодиспергируемой эпоксидной полиэфирной смолы. В качестве метода оценки в ходе работы стало испытание на химическую стойкость с использованием метода растирания (Rub Out Test). Дисперсия синтезировалась с применением эпоксидной смолы ED-20, бутилгликоля, дисперсанта DISPERBYK-108, диоксида титана, мела, бентогеля, эпоксидной эмульсии и отвердителя. Проведены измерения вязкости, времени отверждения, блеска, укрывистости и стойкости к щелочной среде. Испытания в 20 %-м растворе NaOH показали высокую устойчивость покрытия без признаков коагуляции, изменения цвета или расслоения. В результате исследования установлено, что полученный материал перспективен для создания экологически чистых покрытий с пониженным содержанием летучих органических соединений (ЛОС).

ABSTRACT

The article presents a study of a paint and varnish material based on water-dispersible epoxy polyester resin. The evaluation method is a chemical resistance test using the rub out test. The dispersion was synthesized using ED-20 epoxy resin, butyl glycol, DISPERBYK-108 dispersant, titanium dioxide, chalk, bentogel, epoxy emulsion and hardener. Viscosity, curing time, gloss, hiding power and resistance to an alkaline environment were measured. Tests in a 20 % NaOH solution showed high coating stability without signs of coagulation, color change or delamination. The resulting material is promising for creating environmentally friendly coatings with a reduced content of volatile organic compounds (VOCs).

Ключевые слова: эпоксидная смола, водная дисперсия, метод растирания, щелочная стойкость, экологически чистые покрытия.

Keywords: epoxy resin, aqueous dispersion, rub out method, alkali resistance, environmentally friendly coatings.

Введениe. Переход к экологически чистым лакокрасочным покрытиям – ключевая тенденция современных материалов, которая вызвана ужесточением ограничений по выбросам ЛОС [3; 5]. Воднодисперсионные полимерные системы набирают популярность благодаря улучшению безопасности и снижению экологического воздействия [3]. Эпоксидные и полиэфирные смолы обладают высокими механическими и химическими свойствами, однако их внедрение в водные системы требует эффективных ПАВ и стабильности [4]. Современные подходы, такие как фазовая инверсия, инверсия фаз и введение модифицирующих добавок, позволяют создавать устойчивые водные дисперсии, пригодные для промышленных применений [2; 3]. Тем не менее, требуется дальнейшая верификация устойчивости таких систем в агрессивных условиях, например, как щёлочь.

Настоящее исследование направлено на изучение свойств водной дисперсии эпоксидной полиэфирной смолы с применением метода растирания (Rub Out Test) для оценки щелочной устойчивости полученного покрытия. Особое внимание уделено разработке рецептуры, обеспечивающей оптимальные реологические свойства, блеск, укрывистость и стойкость к разрушению в щелочной среде.

Материалы и методы

Состав дисперсии. Для получения лакокрасочного материала была разработана композиция на основе воднодиспергируемой эпоксидной смолы. Состав и массовое соотношение компонентов представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Состав водной дисперсии

В качестве основного связующего компонента использовалась эпоксидная смола марки ED-20, обладающая высокой реакционной способностью и хорошей адгезией. Для регулирования реологических и пленкообразующих свойств применялись следующие добавки и наполнители, приводимые ниже.

• Бутилгликоль – служит растворителем и способствует равномерному распределению компонентов.
• Дисперсант DISPERBYK-108 – обеспечивает стабильность водной дисперсии и предотвращает агрегацию частиц.
• Диоксид титана – пигмент, обеспечивающий укрывистость и улучшение оптических характеристик покрытия.
• Мел – наполнитель, улучшающий механические свойства и структуру пленки.
• Бентогель – гелеобразователь, повышающий вязкость и устойчивость дисперсии.
• Эпоксидная эмульсия – модификатор, улучшающий сцепление и эластичность покрытия.
• Отвердитель (полиаминового типа) – активатор процесса отверждения эпоксидной смолы, обеспечивающий формирование прочной пленки.

Все компоненты были использованы в соответствии с заявленными техническими характеристиками и дозировками, приведёнными в таблице 1.

Приготовление дисперсии

Воднодисперсионный лакокрасочный материал был приготовлен методом последовательного смешивания и диспергирования компонентов при температуре 20 ± 2 °C. Технологический процесс включал в себя следующие этапы:

1. Эпоксидная смола ED-20 и бутилгликоль смешивались в реакторе с механическим перемешивателем до однородного состояния.
2. В смесь последовательно вводились дисперсант DISPERBYK-108, диоксид титана и мел, при этом осуществлялось интенсивное перемешивание для равномерного распределения твердых частиц.
3. Добавлялись бентогель и эпоксидная эмульсия, обеспечивающие необходимую вязкость и стабилизацию дисперсии.
4. После тщательного перемешивания вводился отвердитель, после чего смесь выдерживалась при комнатной температуре в течение 24 часов для достижения полной гомогенности и начала полимеризации.

Метод испытания: растирание (Rub Out Test)

Для оценки химической стойкости и устойчивости лакокрасочного материала к щелочной среде использовался метод растирания.

• Испытания проводились в 20 %-ном водном растворе гидроксида натрия (NaOH), обладающем высокой щелочностью (pH ≈ 13).
• На предварительно очищенную стеклянную пластину наносили тонкий равномерный слой дисперсии.
• После высыхания слоя наносили каплю раствора NaOH и растирали шпателем в течение 60 секунд с контролируемым усилием для имитации механического воздействия.
• Образец выдерживали при температуре 20 ± 2 °C в течение 10 минут.
• Оценка происходила визуально с использованием оптического микроскопа и спектрофотометра для выявления изменений цвета, блеска, расслоения или коагуляции.

Данный метод позволил смоделировать реальные условия эксплуатации лакокрасочного покрытия в агрессивной щелочной среде и оценить его эксплуатационные свойства.

Результаты и обсуждение

В ходе исследования были определены основные физико-химические свойства разработанной водной дисперсии эпоксидной смолы, а также ее устойчивость к агрессивным воздействиям в щелочной среде.

1. Физико-химические показатели покрытия

Результаты испытаний основных эксплуатационных характеристик лакокрасочного материала представлены в таблице 2.

Таблица 2.

Физико-химические свойства полученного покрытия

Полученные данные свидетельствуют о высокой укрывистости и блеске покрытия, а также о приемлемом времени высыхания, что важно для промышленного применения. Умеренная вязкость материала обеспечивает хорошую технологичность при нанесении.

2. Результаты метода растирания (Rub Out Test)

Для оценки химической стойкости покрытия к щелочной среде был применён метод растирания в 20 %-м растворе NaOH, что имитирует агрессивные условия эксплуатации (например, в щелочных чистящих системах или промышленных средах).

Наблюдаемые результаты после воздействия раствора NaOH:

• коагуляция – отсутствует;
• изменение цвета – не выявлено;
• потеря блеска – не зафиксирована;
• расслоение покрытия – не наблюдается;
• визуальная однородность пленки – сохраняется.

Pисунок 1. Испытание полученного продукта методом испытания на истирание под воздействием щелочи

3. Обсуждение результатов

Высокая устойчивость материала в щелочной среде обусловлена наличием прочной эпоксидной матрицы, модифицированной эмульсией и стабилизированной с помощью современного дисперсанта. Использование бентогеля и корректно подобранного ПАВ обеспечивает стабилизацию дисперсии даже при воздействии высокоагрессивных сред. По сравнению с традиционными лакокрасочными системами на органических растворителях, разработанная водная дисперсия демонстрирует:

• повышенную экологическую безопасность (низкое содержание ЛОС);
• высокую химическую стабильность при pH > 12;
• эстетические и функциональные свойства покрытия на уровне промышленных требований.

Авторы данной статьи предлагают следующий сравнительный анализ. При наличии изученных литературных данных можно добавить таблицу сравнения свойств с аналогами.

Таблица 3.

Сравнительная таблица свойств и их аналогов

Заключение. Разработанная водная дисперсия эпоксидной смолы с полиаминовым отвердителем демонстрирует отличные физико-химические характеристики и стабильность, подтверждённые методом растирания в 20 %-м растворе NaOH. Система обладает хорошими реологическими свойствами, адгезией и способностью к образованию прочной плёнки, что делает её перспективной для применения в экологически чистых лакокрасочных покрытиях.

Список литературы:

1. Hao Fu, Chaohui Wang. Performance Evaluation of Waterborne Epoxy Resin‑Reinforced SBS, Waterborne Acrylate or SBR Emulsion for Road // Coatings. – 2025. – Vol. 15(7). – P. 787.
2. Jinglu Xu et al. Preparation and Performance of a Self‑Produced High‑Molecular‑Weight Waterborne Epoxy–Acrylic Emulsion // Coatings. – 2023. –Vol. 13(3). – P. 595.
3. Kyle Pieters, Tizazu H. Mekonnen. Progress in waterborne polymer dispersions for coating applications: commercialized systems and new trends // RSC Sustainability. – 2024. – Vol. 2. – Pp. 3704–3729.
4. Shaolong Huang et al. Study on Modification Mechanism and Performance of Waterborne Epoxy Resin Micro‑Surfacing // Coatings. – 2023. – Vol. 13(3). – P. 504.
5. Sukanya Pradhan et al. Recent Advances on Waterborne Epoxy Coatings: Synthesis, Properties and Applications. – Springer, 2025.
6. Zhenzhen Pi, Changyu Deng, Hongmei Pan, Kemei Pei. Preliminary results on preparation and performance of a self‑emulsifying waterborne epoxy curing agent at room temperature // Polymers. – 2023. – Vol. 15(7). – P. 1673.