Оценка изменения декоративных свойств защитных покрытий под действием УФ-облучения

ОЦЕНКА ИЗМЕНЕНИЯ ДЕКОРАТИВНЫХ СВОЙСТВ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ ПОД ДЕЙСТВИЕМ УФ-ОБЛУЧЕНИЯ

В. П. Селяев, Т. А. Низина, Ю. А. Ланкина

В статье приведены результаты исследования влияния ряда соединений из классов пространственно-затрудненных аминов и фенолов на стойкость эпоксидных композитов при действии УФ-облучения. Оценка изменения декоративных свойств защитных покрытий под действием УФ-облучения выполнялась с помощью программного комплекса «Статистический анализ цветовых составляющих лакокрасочных покрытий».

Одной из важнейших характеристик защитных покрытий строительных конструкций являются декоративные свойства, которые определяются внешним видом покрытий, цветом и блеском. Процессы деструкции, происходящие в полимерных материалах под действием УФ-облучения, оказывают негативное влияние не только на внешний вид, но и на их физико-механические свойства.

Для оценки цвета лакокрасочных покрытий все чаще вместо традиционных методов используются компьютерные технологии [1; 3—5; 8]. В основе предлагаемых подходов лежит возможность получения растрового изображения структуры материала при сканировании изучаемой поверхности, выражаемой в виде функции цвета. При цветном варианте сканирования с использованием определенной цветовой модели появляется возможность разложить каждый цвет на составляющие цвета и спектры определенной частоты, анализ которых дает возможность получить объективные данные о декоративных характеристиках лакокрасочного покрытия. Активное внедрение для оценки цвета лакокрасочных покрытий компьютерных технологий открывает широкие возможности и позволяет не только оценить соответствие цвета нанесенного покрытия эталону, но и проследить изменение декоративных характеристик под действием различных агрессивных факторов. Проведенный в работе [6] анализ используемых для описания цвета моделей (Lab, RGB, HSB, CMYK) показал, что наиболее приемлемой для лакокрасочных покрытий является субтрактивная цветовая модель CMYK.

Для оценки изменения декоративных характеристик эпоксидных покрытий при действии УФ-облучения был использован программный комплекс «Статистический анализ цветовых составляющих лакокрасочных покрытий» [7], анализ работы которого приведен в пособии [2]. Для оценки СМУК-со-ставляющих (голубой, пурпурной, желтой и черной) и яркости использовалась цветовая палитра с 256 цветами. В результате обработки экспериментальных данных с помощью программного комплекса строились кривые распределения, характеризующие спектральную плотность, и поверхности распределения цветовых составляющих, показывающие, какой цвет имеет каждый пиксель исследуемой области образца.

Оценка изменения цветовых составляющих под действием УФ-облучения проводилась для эпоксидных композитов, содержащих антиоксиданты аминного и фенольного типов (табл. 1). Сканирование исследуемых образцов выполнялось с разрешением 300 ёрь Полученные растровые изображения сохранялись в графическом формате *.р$ё. Параллельно анализировалось по 15 поверхностей.

Для выявления влияния вида стабилизатора на цветовые составляющие и яркость поверхности эпоксидных композитов с использованием программного комплекса были построены кривые распределения цветовых составляющих (рис. 1—5). Из представленных графиков видно, что введение антиоксидантов в состав эпоксидных композитов оказывает значительное влияние на окраску материала. Так, например, средний уровень яркости при введении в состав эпоксидного

Таблица 1

Виды используемых антиоксидантов

№ состава Вид антиоксиданта № состава Вид антиоксиданта

0 — 5 Нафтам-2

1 Ацетонанил 6 Салициловая кислота

2 Гидрохинон 7 Оксид хрома

3 Фенолфталеин 8 Диафен

4 Агидол-2 9 Анилин

связующего антиоксидантов увеличивается для всех составов, кроме 3-го и 7-го. Характер распределения и средние значения голубой цветовой составляющей резко изменяются для составов, содержащих в качестве стабилизаторов фенолфталеин, ацетонанил, оксид хрома и анилин. Средний уровень и разброс значений пурпурной цветовой составляющей при введении стабилизирующих добавок увеличивается для всех составов. Наименьшее изменение желтой цветовой составляющей зафиксировано для состава, содержащего в качестве антиоксиданта нафтам-2.

В качестве числовых характеристик кривых распределения использовались: среднее арифметическое и дисперсия, величины которых приведены в табл. 2. Полученные статистические характеристики дают количественную оценку цвета полимерного покрытия и позволяют проследить изменение данных характеристик цветовых составляющих в зависимости от вида стабилизатора.

В практических исследованиях достаточно часто приходится сравнивать цвета нескольких покрытий. На наш взгляд, количественное описание насыщенности цвета целесообразно выполнять путем сравнения исследуемого состава с абсолютно белым, имеющим максимальную (/ (X) = 100 %) плотность распределения при X = 255:

255

Х

,

р 255-100

где Хр1 — уровень цветовой составляющей, изменяющийся от 0 до 255; / (X ) — плотность распределения.

Цветовые различия по насыщенности при сравнении исследуемого покрытия с контрольным для голубой, пурпурной, желтой,

черной составляющих и яркости определяются соответственно по формулам:

=_8с, &И=я:— -^,

дз; = - £,, А5Г =5Г-*-- - ,

Полное цветовое различие и полное цветовое различие по насыщенности составит:

АЕ = + АБ* + Я2 + АБ* ;

А5 = ^^-нД^+А^+А^ ,

где Бс, Бм, Бу, Бк, и Бв — цветовое различие по насыщенности соответственно для голубой, пурпурной, желтой, черной составляющих и яркости.

На рис. 6 показано изменение различия по насыщенности цветовых составляющих эпоксидных композитов с антиоксидантами по сравнению с контрольным составом. Проведенный анализ показал, что при введении стабилизаторов для всех композитов (кроме составов 3 и 7) возрастает насыщенность желтого цвета и уменьшается цветовая насыщенность пурпурной составляющей. Насыщенность голубого цвета увеличивается для составов 7 и 9, практически не изменяясь для остальных.

Наименьшее изменение полного цветового различия и цветового различия по насыщенности по сравнению с контрольным составом наблюдается для составов 5 и 8 (рис. 7) с антиоксидантами нафтам-2 и диафен. Максимальные значения исследуемых характеристик наблюдаются при введении в качестве антиоксидантов оксида хрома и анилина. При этом составы 1, 2, 4 и 6 характеризуются более высокими значениями полного цветового различия, что говорит о повышении яркости покрытий.

Таблица 2

Средние значения и дисперсии цветовых составляющих эпоксидных композитов с антиоксидантами*

Номер Цветовые составляющие Яркость

состава Голубая Пурпурная Желтая Черная

163,25 17,65 15,05 109,73 27,89

0 26,21 62,47 121,55 91,32 9,96

171,54 29,67 0,078 156,004 42,56

4,02 82,89 1,15 108,92 25,92

170,05 40,99 0,43 147,34 43,43

23,16 149,8 13,58 128,2 34,87

148,58 37,88 33,64 92,81 25,85

3 28,83 153,53 210,85 164,59 29,19

169,3 46,92 0,046 146,07 45,087

18,66 99,99 0,45 71,7 23,16

с 162,85 28,25 9,43 115,06 29,51

25,73 120,93 112,44 133,62 22,94

164,02 28,25 0,17 162,64 60,42

15,89 120,93 8,55 53,47 34,1

91,08 91,09 61,62 59,91 19,54

101,96 122,33 185,5 117,38 20,05

159,92 33,73 19,23 103,62 33,11

41,4 120,49 217,26 212,9 14,28

172,83 36,88 0,25 149,45 43,59

10,13 171,07 7,66 82,99 37,95

164,37 44,83 1,25 122,76 36,71

33,49 176,33 17,41 289,67 58,71

* в числителе приведены средние значения, в знаменателе — дисперсия.

Использование защитно-декоративных покрытий в условиях действия УФ-излучения приводит к изменению цветовой окраски. При этом с увеличением сроков экспонирования меняется не только цвет покрытия, но и однородность окраски. Для выявления изменения цветовой окраски в ходе экспериментального исследования фиксировалось изменение цветовых составляющих и яркости эпоксидных композитов (см. табл. 1) через 1 000, 1 500 и 2 000 ч УФ-облучения. Плотность распределения декоративных характеристик для одного из исследуемых составов наглядно иллюстрирует различный характер изменения цветовых составляющих в процессе УФ-старения (рис. 8). Как показали проведенные исследования, характер изменения различных цветовых составляющих

существенно меняется от вида применяемых антиоксидантов.

Наибольшее увеличение средних значений и дисперсии желтой цветовой составляющей наблюдается для составов, содержащих в качестве антиоксидантов ацетонанил и агидол-2. Также в процессе старения для ряда композитов (составы 0, 3, 5, 7, 8) происходит повышение среднего значения уровня яркости, при этом значение дисперсии, а следовательно, и разброс значений также увеличиваются. Для составов 1, 2, 4, 6, 9, 10 к 2 000-му часу УФ-облучения происходит снижение средних значений и дисперсии для яркости.

Анализ данных, приведенных в табл. 3, позволяет дать оценку степени деградации цветовых составляющих эпоксидных покры-

Таблица 3

Изменение статистических характеристик цветовых составляющих*

Время, ч Номер состава

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Голубая цветовая составляющая

1 000 0,999 0,689 0,986 2,346 0,968 0,908 1,013 1,192 0,978 0,869 0,918 1,827 1,009 0,891 1,032 0,954 0,831 2,749 0,981 0,898

1 500 0,999 0,526 0,977 2,929 0,984 0,622 1,02 1,226 0,979 1,063 0,86 1,78 0,98 0,907 1,009 1,106 0,801 1,933 0,978 1,342

2 000 0,963 0,802 0,925 4,142 0,958 1,043 1,012 1,175 0,921 2,427 0,884 2,077 0,999 0,963 0,974 0,808 0,84 2,271 0,969 1,13

Пурпурная цветовая составляющая

1 000 1,384 1,748 0,856 1,135 1,03 1,395 1,227 1,083 0,860 1,606 2,033 1,365 0,546 1,555 0,953 1,497 1,937 1,136 0,904 1,183

1 500 1,574 2,063 0,853 1,239 1,058 1,593 1,48 1,104 0,992 1,421 2,028 1,383 0,641 1,683 0,977 1,365 2,191 1,198 1,046 1,095

2 000 1,91 2,341 1,483 1,893 125 1,12 1,563 1,103 1,146 1,375 2,277 1,35 0,657 1,468 1,014 1,401 2,077 1,548 1,15 0,958

Желтая цветовая составляющая

1 000 0,675 0,542 185,4 135,7 14,83 8,435 0,56 0,528 129,7 194,0 4,187 3,467 14,59 5,647 1,249 1,867 3,439 1,545 7,883 5,519

1 500 0,847 0,779 277,7 204,6 9,037 5,751 0,421 0,504 184,7 250,6 4,84 2,553 31,14 6,259 1,261 1,734 3,805 1,434 12,64 12,35

2 000 1,415 0,914 323,7 329,3 42,61 22,54 0,444 0,577 422,7 571,0 5,582 2,448 25,6 5,205 1,311 1,763 3,491 1,458 6,724 5,09

Черная цветовая составляющая

1 000 0,999 1,086 0,852 0,864 0,863 0,888 1,135 0,884 0,856 1,04 1,064 0,854 0,804 1,281 1,337 1,199 0,954 0,542 0,93 1,497

1 500 0,997 1,152 0,774 0,744 0,916 0,791 1,161 0,985 0,905 0,601 0,863 0,987 0,761 0,803 1,434 1,009 1,042 0,461 0,954 1,091

2 000 1,083 0,942 0,729 0,579 0,884 0,647 1,209 1,086 0,909 0,941 0,927 0,705 0,864 1,473 1,504 2,31 1,025 0,628 0,972 1,257

Яркость

1 000 1,064 1,425 0,805 0,526 0,86 0,959 1,202 1,1 0,777 1,024 1,342 1,177 0,622 0,451 1,346 1,813 1,036 1,942 0,83 0,835

1 500 1,082 1,556 0,741 0,412 0,886 1,285 1,323 1,428 0,834 0,765 1,142 1,495 0,606 0,495 1,473 1,166 1,139 1,824 0,944 1,116

2 000 1,044 1,361 0,876 1,044 0,921 0,902 1,405 1,632 0,937 1,128 1,243 1,498 0,683 0,526 1,533 2,479 1,154 2,441 0,946 0,843

* в числителе приведены относительные значения уровня цветовой составляющей, в знаменателе — дисперсии.

тий в процессе УФ-старения. Однако данный способ описания изменения декоративных свойств покрытий достаточно громоздок. Наиболее комплексными характеристиками изменения декоративных параметров покрытий в процессе старения, на наш взгляд, являются полное цветовое различие и цветовое различие по насыщенности, определяемые по формулам:

АЕ‘ - ^

где А5гс, АБ‘М, АБ‘у, АБ‘К и АБ‘В — изменение цветового различия по насыщенности во времени соответственно для голубой, пурпурной, желтой, черной составляющих и яркости: М'^0-^,

А5'=5^-5', Д^^0-^,

А5'=5Г-^.

Анализ результатов обработки экспериментальных данных показал (рис. 9), что для большинства исследуемых композитов к 2 000-му часу УФ-старения наблюдается снижение полного цветового различия, что, как правило, обусловлено образованием на поверхности образцов белесой пленки. Именно она является наиболее ярко выраженным «декоративным дефектом» эпоксидных покрытий.

Наименьшее цветовое различие при воздействии УФ-излучения наблюдается для составов с антиоксидантами: ацетонанилом, гидрохиноном, фенолфталеином, агидолом-2. Стабильное повышение данной характеристики в процессе старения в течение всего исследуемого промежутка времени характерно для 6-го состава, что свидетельствует о повышении интенсивности окраски композита. Наихудшие результаты зафиксированы для составов 5, 8 и 9, содержащих промышленные антиоксиданты нафтам-2, диафен и анилин.

Проведенные исследования изменения цветовых характеристик эпоксидных композитов под действием УФ-излучения свидетельствуют об эффективности предложенных стабилизаторов. Из предложенных антиоксидантов наилучшие результаты по упруго-прочностным [9] и декоративным показателям получены при использовании салициловой кислоты и фенолфталеина (составы 6 и 4).

В результате проведенных исследований доказано, что использование программного комплекса «Статистический анализ цветовых составляющих лакокрасочных покрытий» для оценки изменения цветовых составляющих позволяет получить объективную информацию по изменению декоративных характеристик покрытий, что особенно важно при исследовании защитно-декоративных покрытий под действием УФ-облучения.

библиографический СПИСОК

1. Методика оценки изменения декоративных свойств лакокрасочных материалов под действием эксплуатационных факторов / В. Т. Ерофеев, Н. В. Черушова, В. В. Афонин, Е. А. Митина // Вестн. отд-ния строит. наук [Москва]. — 2004. — Вып. 8. — С. 180—185.

2. Низина Т. А. Защитно-декоративные покрытия на основе эпоксидных и акриловых связующих / Т. А. Низина. — Саранск : Изд-во Мордов. ун-та, 2007. — 258 с.

3. Оценка декоративных свойств лакокрасочных покрытий / В. И. Логанина, В. А. Смирнов, С. Н. Кислицына [и др.] // Лакокрасочные материалы и их применение. — 2004. — № 8. — С. 10—12.

4. Селяев В. П. Применение метода прямого сканирования для оценки качества лакокрасочного покрытия / В. П. Селяев, Т. А. Низина, Н. О. Зубанкова // Предотвращение аварий зданий и сооружений : межвуз. сб. научн. раб. — Магнитогорск, 2003. — С. 187—193.

5. Селяев В. П. Использование метода прямого сканирования для оценки изменения цветовых характеристик лакокрасочного покрытия под действием климатических факторов / В. П. Селяев, Т. А. Низина, Н. О. Зубанкова // Вестн. отд-ния строит. наук [Москва]. — 2004. — Вып. 8. — С. 355—361.

6. Селяев В. П. Оценка цветовых составляющих лакокрасочных покрытий на основе статистической обработки результатов исследования / В. П. Селяев, Т. А. Низина, Н. О. Зубанкова // Труды XIII Международного семинара Азиатско-Тихоокеанской академии материалов «Строительные и отделочные материалы. Стандарты XXI века». — Новосибирск, 2006. — С. 146—152.

7. Статистический анализ цветовых составляющих лакокрасочных покрытий / В. П. Селяев, Т. А. Низина, Н. О. Зубанкова, Ю. А. Ланкина // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2006610820 от 28.02.2006 г. в Роспатенте по заявке № 2005613472 от 29.12.2005 г.

8. Фролкин О. А. Компьютерное моделирование и анализ структуры композиционных материалов : дис. ... канд. техн. наук / О. А. Фролкин. — Саранск, 2000. — 223 с.

9. Шишкин В. Н. Исследование влияния стабилизаторов химического происхождения на долговечность защитных покрытий при действии УФ-облучения / В. Н. Шишкин, Т. А. Низина, Ю. А. Ланкина // Актуальные вопросы строительства : м-лы Международ. науч.-техн. конф. — Саранск : Изд-во Мордов. ун-та, 2006. — С. 478—481.

Поступила 16.09.08.