РАЗРАБОТКА ЭФФЕКТИВНЫХ СОСТАВОВ КОМПОЗИЦИОННЫХ ЛАКОКРАСОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В КОЖЕВЕННО-ОБУВНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ И СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ИХ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ

АННОТАЦИЯ

В работе представлены результаты разработки эффективных составов композиционных лакокрасочных материалов (КЛКМ), предназначенных для применения в кожевенно-обувной промышленности. Исследовано влияние природы пленкообразующих, пластификаторов, пигментов и функциональных добавок на формирование структуры покрытий и их физико-химические и эксплуатационные свойства. Проведена сравнительная оценка адгезии к кожевенным материалам, эластичности, износостойкости, а также устойчивости к многократным деформациям и истиранию. Разработан оптимальный состав композиционных лакокрасочных материалов с улучшенными физико-механическими свойствами на основе изменения структуры полимерных связующих путем химической модификации компонентов с выбранными реагентами для использования в процессе покрытия в кожевенно-обувной промышленности. Обоснованы физико-химические свойства и механизмы взаимодействия выбранных органоминеральных ингредиентов в составе КЛКМ, полученных на основе местного сырья и промышленных отходов в системе композиционных лакокрасочных материалов, предназначенных для отделки кожаных изделий. Разработаны кинетика и оптимальные технологические режимы процесса окрашивания композиционных лакокрасочных материалов на основе полимерных связующих и органоминеральных ингредиентов, позволяющие повысить прочность материала в 1,5-1,8 раза, что служит улучшению физико-механических и эксплуатационных свойств КЛКМ.

ABSTRACT

The paper presents the results of the development of effective compositions of composite paints material (KPM) and varnishes intended for use in the leather and footwear industry. The effect of the nature of film-forming agents, plasticizers, pigments and functional additives on the formation of the structure of coatings and their physicochemical and operational properties has been studied. A comparative assessment of adhesion to leather materials, elasticity, wear resistance, as well as resistance to repeated deformations and abrasion was carried out. The optimal composition of composite paints and varnishes with improved physical and mechanical properties is developed on the basis of changing the structure of polymer binders by chemical modification of components with selected reagents for use in the process of coating in the leather and footwear industry. The physicochemical properties and interaction mechanisms of selected organomineral ingredients in KPM, obtained on the basis of local raw materials and industrial waste in the system of composite paint materials intended for finishing leather products, are substantiated. Kinetics and optimal technological modes of the painting process of composite paint materials based on polymer binders and organomineral ingredients have been developed, which make it possible to increase the strength of the material by 1.5-1.8 times, which serves to improve the physical, mechanical and operational properties of KPM.

Ключевые слова: композиционные лакокрасочные материалы, кожевенно-обувная промышленность, полимерные покрытия, водно-дисперсионные составы, пленкообразователи, адгезия покрытия, эластичность пленки, водостойкость, модифицирующие добавки.

Keywords: composite paints material, leather and footwear industry, polymer coatings, water-dispersion compositions, film formers, coating adhesion, film elasticity, water resistance, modifying additives.

Введение. Кожевенное производство - это одна из самых лучших отраслей легкой промышленности, заключающаяся в физико-химической и механической выделке кожи животных. Продукция кожевенной промышленности на протяжении множества эпох используется в производстве обувной и других отраслей легкой промышленности [1].

Во многих странах кожевенная промышленность и зависимые от неё отрасли вносят значительный вклад в развитие экономики и моду. Кожевенная промышленность существует практически во всех странах Европы: Италия, Франция, Испания. Поэтому разработка ЛКМ с низкой себестоимостью и высокими физико-механическими свойствами для придания художественно-эстетическую и защитную функцию кожаным изделиям имеет особое значение [2, 3].

На основе вышеизложенного были разработаны эффективные составы композиционных лакокрасочных материалов для применения в кожевенно-обувной промышленности и проведены сравнительные исследование их физико-химических и эксплуатационных свойств. Разработка композиционных лакокрасочных материалов на основе местного и вторичного сырья была осуществлена нами в лаборатории «Механохимическая технология композитов и химических реагентов» ГУ «Фан ва тараккиёт» [4-7].

Основными компонентами при разработке композиционных лакокрасочных материалов были выбраны доступные и экономически целесообразные виды отечественного сырья. В качестве пленкообразующего использована стирол-акриловая дисперсия, произведённая на предприятии Навои-азот, обладающая высокой адгезионной способностью, хорошей пленкообразующей способностью и устойчивостью к воздействию влаги и химических реагентов.

Объекты и методы исследования. В качестве органического растворителя применяли уайт-спирит, выпускаемый нефтеперерабатывающими заводами БНПЗ и ФНПЗ, что обеспечило технологичность приготовления композиций, регулирование вязкости и равномерность нанесения покрытий. Дополнительно в состав вводились широко доступные в Узбекистане минеральные наполнители и функциональные добавки, способствующие повышению механической прочности, износостойкости, укрывистости и снижению себестоимости готового материала.

Для определения состава (из каких химических элементов состоит) КЛКМ, строения и некоторых других свойств приповерхностных слоёв, разработанных КЛКМ, были проведены анализы и получены изображения с помощью SEM c высоким (до 0,4 нанометра) пространственным разрешением (рис. 1).

Рисунок 1. Снимки топографии поверхности образцов (№3 (а) и №4 (б)) разработанных КЛКМ полученных SEM

Результаты исследования и их обсуждения. Как видно из результатов анализа топографии поверхности образцов разработанных композиционных лакокрасочных материалов (КЛКМ), формирование структуры покрытия определяется совокупностью связующего, функциональных добавок и дисперсных наполнителей. Основу системы составляет стирол-акриловая дисперсия, выполняющая роль пленкообразующего компонента, обеспечивающего образование сплошной полимерной матрицы с высокими адгезионными свойствами к поверхности кожевенных и обувных материалов. В состав также введены пластификаторы, способствующие повышению эластичности, гибкости и трещиностойкости пленки, отвердители, обеспечивающие ускорение процессов структурирования и сшивки полимерных цепей, а также минеральные и функциональные наполнители, улучшающие механическую прочность, износостойкость, укрывистость и стабильность покрытий.

Микроструктурные исследования проводились методом сканирующей электронной микроскопии с использованием приборов, что позволило получить высокодетализированные изображения поверхности и изучить морфологические особенности сформированной пленки. Снимки сканирующего электронного микроскопа дают возможность визуализировать рельеф поверхности, распределение частиц наполнителя, характер межфазного взаимодействия между компонентами, наличие пор, микротрещин, агломератов и степень однородности структуры [8].

Анализ микрофотографий показал, что при оптимальном соотношении компонентов формируется плотная, равномерная и однородная структура без выраженных дефектов. Частицы наполнителя равномерно распределены в полимерной матрице, что свидетельствует о хорошей диспергируемости и совместимости компонентов. Такое строение обеспечивает повышение адгезии покрытия к подложке, снижение водопоглощения, увеличение износостойкости и устойчивости к механическим воздействиям [9, 10].

Снимая снимки сканирующего электронного микроскопа можно увидеть топографию поверхности и получит информации о составе образца КЛКМ. То есть из каких элементов состоит разработанный нами образцы КЛКМ (рис. 2 (а, б)).

Также для определения микроструктуры разработанного композиционного лакокрасочного материала на основе стирол-акриловой дисперсии были проведены рентгеноструктурные анализы, которые приведены на рисунке 3.

a)

б)

Рисуеок 2. SEM снимки состава образцов (№3 (а) и №4 (б)) разработанных КЛКМ

Рисунок 3. Рентгенограмма разработанного композиционного лакокрасочного материала

Как видно из рентгенограммы разработанного композиционного лакокрасочного материала, что в определенных диапазонах возможно имеются пигменты и наполнители, различающий полиморфные модификации одного и того же пигмента (например, двуокись титана рутильной или анатазной формы). Чувствительность данного метода высока (10-6 г) и вместе с дефектами определяет и качеству КЛКМ.

Таким образом, исследован качественный и функциональный состав, а также морфология и структура разработанного КЛКМ в сравнении с существующими ЛКМ и выявлено, что данная композиция ЛКМ разработанных на основе стирол-акриловых дисперсий отвечают требованиям.

Далее определили физико-механические и химические свойства окрашенной с разработанным композиционным лакокрасочным материалом обувной кожи (табл.1).

Таблица 1.

Химические и физико-механические свойства окрашенной с разработанным композиционным лакокрасочным материалом обувной кожи

Разработанный нами композиционный лакокрасочный материал «КЛКМ» намного дешевле существующих, так как его стоимость составляет 24000 сум за один литр. Например, используемый в настоящее время лакокрасочный материал Российского производства, применяющейся для окрашивания кожи «Toledo Super» в объеме 100 мл, стоит - 396 рубль (52 505 сум), краситель для кожи ShoExpert, аэрозоль в объеме 250 мл, стоит 494 рубль (65 500 сум).

Таким образом, разработанные композиционные лакокрасочные материалы обладают высокими адгезионными и прочностными свойствами, а также легко наносится на отделываемую поверхность кожи в виде тонкой пленки и хорошо удерживается на поверхности кожаных изделий.

Заключение. В ходе проведённых исследований были разработаны эффективные составы композиционных лакокрасочных материалов (КЛКМ), предназначенных для применения в кожевенно-обувной промышленности.

Установлено, что использование стирол-акриловой дисперсии в качестве пленкообразующего, а также рационально подобранных пластификаторов, отвердителей и минеральных наполнителей способствует формированию прочной, эластичной и однородной полимерной матрицы, обеспечивающей высокие защитно-декоративные и эксплуатационные свойства покрытий.

Микроструктурный анализ поверхности образцов, выполненный методом сканирующей электронной микроскопии показал равномерное распределение компонентов в объёме покрытия, отсутствие выраженных дефектов, пор и микротрещин, а также хорошую совместимость связующего и наполнителей. Это свидетельствует о формировании плотной структуры пленки и эффективном межфазном взаимодействии компонентов композиции.

Физико-химические и эксплуатационные испытания подтвердили, что разработанные КЛКМ характеризуются повышенной адгезией к кожевенным материалам, высокой износостойкостью, эластичностью, водо- и химической стойкостью, что обеспечивает долговечность покрытий при механических нагрузках и воздействии внешних факторов.

Таким образом, полученные результаты доказывают целесообразность применения разработанных композиционных лакокрасочных материалов в кожевенно-обувной промышленности. Предложенные составы могут быть рекомендованы к промышленному внедрению как эффективные, технологичные и конкурентоспособные покрытия с улучшенными эксплуатационными характеристиками.

Список литературы:

1.  Яковлев А.Д. Химия и технология лакокрасочных покрытий: Учебник для вузов. / А.Д. Яковлев. – 3-е изд., перераб. – СПб.: Химиздат, 2008. – 448 с.
2.  Брок Т. Европейское руководство по лакокрасочным материалам и покрытиям: пер. с англ. / Т. Брок, М. Гротэклаус, П. Мишке. – М.: Пэйнт-Медиа, 2015. – 548 с.
3.  Стойе Д. Краски, покрытия и растворители: пер. с англ. / Д. Стойе, В. Фрейтаг, Э.Ф. Ицко. – СПб.: Профессия, 2012. – 528 с.
4. Негматова К.С., Бабаханова М.А., Ахмедова Д.У., Бабаханова Д.Р., Дадамухамедова Н.А., Бозоров А.Н. (2021). Исследование адгезионной прочности композиционного полимерного покрытия. Universum: технические науки, (8-2 (89)), 76-78. URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/12174
5. Sultanov S., Babakhanovа М., Yulchiyeva S., Masharipova M. Research of the Chemical Destruction Process of Composite Epoxide Materials Under the Influence of Environment. // Journal of Optoelectronics Laser, 41(6), 782-787 (2022).
6. Babakhanova M.G., Negmatova K.S., Sultonov S.U., Babakhanovа M.A.,   Ahmedova D.U. “Investigation of the influence of fillers on the adhesive properties of composite polymer coatings” Thematics Journal of Chemistry ISSN 2250-382X Vol. 6 No. 1 (2022) SJIF 2022: 4.582 https://doi.org/10.5281/zenodo.6562755 - C: 12-16.
7. Babakhanova D., Babakhanova M., Akhmedova D., Kholmurodova D. Economic Aspect of Modification of composite Elostomeric Materials with Fillers and with Polymer Antioxidant // Journal of optoelectronics laser Volume 41, Issue 6, 2022.
8. Чурсин В.И. Новые химические материалы в экологически чистых технологиях кожевенного производства. Кожевенно-обувная промышленность. М., 2003, № 5, - С. 10-11.
9. Негматов С.С., Абед Н.С., Икрамова М.Э., Бабаханова М.А., Раупова Д.Н., Жалилов Ш.Н., Джабаров Б.Т. Исследование механизма взаимодействия полимерных смол с выбранными реакционноспособными соединениями путем применения современных физико-химических методов. Universum: технические науки, 2025. 2(7(136)), 65-69.
10. Бабаханова М.А., Раупова Д.Н., Джабаров Б.Т., Бозоров А. Н. (2025). Исследование некоторых свойств композиционных лакокрасочных материалов, применяемых в кожевенно-обувной и других отраслях промышленности. Universum: технические науки, 5 (11 (140)), 13-16. URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/21194