Применение базальта в качестве наполнителя для лакокрасочного материала

УДК 667.6

Ф. С. Шарифуллин

ПРИМЕНЕНИЕ БАЗАЛЬТА В КАЧЕСТВЕ НАПОЛНИТЕЛЯ ДЛЯ ЛАКОКРАСОЧНОГО МАТЕРИАЛА

Ключевые слова: базальтовое волокно, измельчение, алкидный лак, защитные свойства.

В статье приводятся результаты исследований свойств покрытий, полученных при использовании измельченного базальтового волокна в качестве наполнителя и алкидного лака. Установлены условия, при которых получаемое покрытие обладает повышенными физико-механическими свойствами.

Keywords: basalt fiber, crushing, alkid varnish, protective properties.

Results of researches of properties of the coverings received when using of the crushed basalt fiber as a filler and an alkid varnish are given in article. Conditions under which the received covering possesses the increased physicomechanical properties are established.

Введение

В последнее время на отечественном рынке лакокрасочных изделий появилось изобилие продукции, имеющее разнообразное назначение и поставляемое во всевозможных упаковках. Современные химические технологии позволяют создавать определенный тип и марку лаков и красок практически для всех обрабатываемых поверхностей. Основными функциями лакокрасочных материалов (ЛКМ) являются декоративная и защитная. Они позволяют сохранить дерево от гниения, металл - от коррозии, тем самым удлинить срок их службы, а также придают им красивый внешний вид. Кроме того, ЛКМ образуют твердые защитные пленки, оберегающие изделия от разрушения атмосферных и других воздействий. Для нанесения таких покрытий не требуется специального оборудования, поэтому они широко применяются в различных отраслях промышленности, на транспорте и в строительстве [1-3].

Качество лакокрасочных покрытий зависит от вида применяемых ЛКМ, а также от соблюдений технологических режимов окраски, сушки и подготовки поверхности. В современных рыночных условиях промышленность, строительство и предпочтения потребителей диктуют все более жесткие требования к ЛКМ и покрытиям на их основе. Защитные и декоративных свойства покрытий зависят от физико-химических показателей всех компонентов ЛКМ и, в первую очередь, пленкообразователя и пигмента. Изменить свойства покрытий можно с помощью химической модификацией пленкообразо-вателя или введением дополнительного компонента, но это трудоемкий и зачастую дорогостоящий процесс [4, 5].

Анализ сведений о лакокрасочных покрытиях, методах их создания и использованиях различных модификаций позволяют выявить основные направления улучшения свойств ЛКМ: повышение гигиенических, износо- и термостойких свойств, устойчивости к факторам окружающей среды, придание уникальных изолирующих или проводящих характеристик [6, 7].

В связи с тем, что на данный момент рынок термостойких покрытий имеет не большое количество конкурентных предложений при наличии достаточ-

ного спроса, выбор направления разработок в этой сфере является актуальным. Основополагающими факторами в конкурентной борьбе будет использование в качестве основного наполнителя в покрытии натурального материала, обладающего преимуществами по себестоимости, простоте использования, физическим и химическим свойствам [8]. Поэтому в качестве основного наполнителя использовали базальт в виде порошка, полученного путем измельчения базальтовых нитей. Этот материал является экологически чистым, по своей структуре имеющим высокую температуру плавления, так же обладающим низкой себестоимостью по сравнению с аналоговыми наполнителями огнеупорных покрытий.

Измельчение базальтовых нитей производили в планетарной мономельнице PULVERISETTE 6, в которой размольные стаканы вращаются вокруг своих собственных осей и одновременно двигаются по круговой траектории вокруг центральной оси. В результате этого на мелющие шары и измельчаемый материал действуют силы, которые постоянно изменяют свое направление и свою величину. При этом энергия удара шаров во много раз больше, чем энергия удара в обычных шаровых мельницах. Благодаря геометрии и передаточным отношениям достигается оптимальное движение мелющих шаров, хорошая эффективность и малая продолжительность измельчения.

Исследование размеров частиц измельченного базальта проводили на лазерном микроскопе OLYMPUS LEXT 4100 (OLS4100). Данный микроскоп использует двойную систему конфокальной микроскопии что, в сочетании с его детекторами высокой чувствительности, обеспечивает захват четких изображений образцов, состоящих из материалов с различными характеристиками отражения. В дополнение к лазерному изображению, OLS4100 использует белый светодиод и камеры высокой цветовой точности воспроизведения для генерации чистых, естественного вида цветных изображений.

Полученный после измельчения порошок базальта смешивали с алкидным лаком для металлических поверхностей марки «Petri» ГОСТ 5470-75. Алкидный лак высокой плотности представляет собой прозрачное покрытие, произведенное из алкид-ных смол, которое создает покрытие, противостоя-

щее вредному воздействию кислот, щелочей, алкоголя, воды, чистящих средств, одинаково прочное на дереве и металле. Перемешивание производилось на вертикальной лопастной мешалке WiseStir HS-30D по ГОСТ 12068-66.

Исследование износостойкости покрытий, полученных при перемешивании различных соотношений порошка базальта и алкидного лака, проводили на абразиметре Табера модели 5155. Абразиметр Taber 5155 является промышленным стандартом, используемым для определения стойкости к износу и истиранию керамических материалов, пластиков, металлов, кожи, резины, а также окрашенных, лакированных поверхностей и поверхностей с гальваническим покрытием. Применяемые стандарты: ASTM C1353, ISO 7784-1, UNE 135203-1.

Измерение потери массы покрытия осуществляли на электронных лабораторных весах ВЛТЭ-150.

Ударопрочность покрытия измеряли на приборе ИПУ Удар-Тестер по ГОСТ Р 53007-2008. Конструкция прибора выполнена в соответствии с современными требованиями международного стандарта ИСО 6272-2002 и российского стандарта ГОСТ Р 53007-2008. Прибор измеряет максимальную высоту, при свободном падении с которой груз определенной массы не вызывает видимых механических повреждений на поверхности испытуемой пластины с лакокрасочным покрытием.

Экспериментальная часть

Исследование времени измельчения базальтового волокна в планетарной мельнице показало, что оптимальным является 15 минут (рис.1). Измельчение проводили в течение 20 минут, со скоростью 520 об/мин, отбор пробы осуществляли через каждые 5мин.

После 15 минут измельчения, образец в связи с высокой температурой внутри чаши и малого размера частиц, начал диспергироваться на стенках планетарной мельницы, соответственно дальнейшее измельчение не являлось целесообразным.

Исследования по изучению ударостойких и износостойких свойств лакокрасочного покрытия с использованием измельченного базальта, в качестве наполнителя, проводили при различных весовых соотношениях. Соотношения веса лака и базальта составляли:  = 1/1;  = 2/1;  = 3/1.

Для измерения износостойкости полученных составов использовались окрашенные стеклянные пластины размером 10х10 см, с отверстием в центре диаметром 5 мм. Абразиметр совершал 5 оборотов по поверхности исследуемого образца, при этом происходило стачивание верхнего слоя покрытия. Путем замера потери массы образца определяли износоустойчивость покрытия. Установлено, что при  = 1/1 потеря массы в среднем составила A m = 1,88 г., при  = 2/1 - A m = 1,24г., при  = 3/1 - A m = 2,57г. Т.е. оптимальное соотношение измельченного базальта в составе покрытия алкидного лака составляет 50%, т.к. потеря массы при данной концентрации была наименьшей, а так же покрытие имело более вязкую, наполненную базальтом структуру (рис.2).

а

. • .v1 ~ • ?.!'"- • : " .

g«"

ùwnt* . , У '  ' >• Î-.Îîr'A Y^' ' -, •-'

»  Ш, ! •• b5

t ЩШЖ .

; m

*_¿ht ч ( iTŒSmiMtfm ч*Э£9 кях

Ш^ШЩШШ!

r-ii. -J4 s>t ЙЧЬЛ? * '"Ал-. ':•• .=  ; ^ • .....

б

Рис. 1 - Микрофотографии поверхности базальтового волокна (х300): а) до измельчения; б) после измельчения в планетарной мельнице в течение 15 минут

Рис. 2 - Образец лакокрасочного покрытия с измельченным базальтом в качестве наполнителя при  = 2/1

Изучение полученных покрытий на ударостойкость проводили при ударе грузом массой 3 кг, диаметр наконечника по ГОСТ 4765-73 составлял 16 мм. Измерения ударопрочности осуществляли с различных высот: Ь= 20 см; Ь= 30 см; Ь= 40см. Для теста применялся образец покрытия, нанесенный на

оцинкованную пластинку из металла. Соотношение лака и базальта в образце составляла  = 2/1, определенное из предыдущего исследования. Установлено, что у контрольных и опытных образцов при И= 20 см; И= 30 см покрытие не разрушилось. Как видно на рис. 3, при И= 40см, произошло разрушение контрольного образца покрытия, а у опытного образца покрытие не разрушилось.

б

Рис. 3 - Ударопрочность лакокрасочного покрытия при И= 40см: а) контрольный образец; б) опытный образец

Выводы

На основании проведенных экспериментальных исследований установлено, что:

1. оптимальное время измельчения базальтового волокна в планетарной мельнице составляет 15 минут;

2. добавление измельченного базальтового волокна в ЛКМ в весовом соотношении ^ позволяет повысить физико-механические характеристики получаемого покрытия: износостойкость и ударо-прочность;

3. при добавлении измельченного базальта в прозрачный алкидный лак, получаемое покрытие приобретает темную окраску.

Литература

1. Яковлев А. Д. Оборудование для получения лакокрасочных покрытий / А. Д. Яковлев, В. Г. Евстигнеев, П. Г. Гисин. - Л.: Химия, 1982. - 192 с.

2. Брок Г. Европейское руководство по лакокрасочным материалам и покрытиям / Г. Брок, П. Гротеклаус, П.Мишке. - М.: Пэйнт-Медиа, 2004. - 548 с.

3. Товароведение и организация торговли непродовольственными товарами. / под ред. А.Н. Неверова, Т.И. Чалых. - М.: Профобриздат, 2000. - 464 с.

4. Функциональные добавки в технологии лакокрасочных материалов и покрытий / В. В.Верхоланцев. -М.: ООО ЛКМ-Пресс, 2008. - 280 с.

5. Мельников И. В. Антикоррозионные лакокрасочные материалы нового поколения. Лакокрасочные материалы и их применение / И. В. Мельников. - М.: Стройиз-дат, 2005. - 205 с.

6. Краски, покрытия, растворители / Д. Стопе, В. Фрейтаг; пер. с англ. Э. Ф. Ицко; авт. послесл. А.И. Рейбман -СПб.: Профессия, 2007. - 528 с.

7. Бойнович Л. Б. Гидрофобные материалы и покрытия: принципы создания, свойства и применение / Л. Б. Бой-нович, А. М. Емельяненко // Успехи химии. - 2008. - Т. 77, № 7. -638с.

8. Кадыкова Ю.А. Физико-химическое взаимодействие в полимерных композиционных материалах на основе углеродных, стеклянных и базальтовых волокон / Ю.А.Кадыкова. - М.: Химия, 2003. - 40 с.

© Ф. С. Шарифуллин - д.т.н., г.н.с. каф. ПНТВМ КНИТУ, sharifullin80@mail.ru. © F. S. Sharifullin - Ph.D., chief researcher of the department PNTVM KNRTU, sharifullin80@mail.ru.