Исследование влияния химической природы органических кислот на процесс диспергирования феррита магния в среде силикон-акрилового сополимера

УДК 667.6

П. В. Гришин, А. О. Юсупов, М. В. Баранский, С. А. Карандашов

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ХИМИЧЕСКОЙ ПРИРОДЫ ОРГАНИЧЕСКИХ КИСЛОТ НА ПРОЦЕСС ДИСПЕРГИРОВАНИЯ ФЕРРИТА МАГНИЯ В СРЕДЕ СИЛИКОН-АКРИЛОВОГО СОПОЛИМЕРА

Ключевые слова: ферритный пигмент, силикон-акриловый сополимер, кинетика диспергирования.

Исследовано влияние олеиновой и 2-этилгексановой кислот на процесс диспергирования феррита магния в среде силикон-акрилового сополимера.

Keywords: ferrite pigments, silicon-acrylic copolymer, the kinetics of dispersion.

We investigated the effect of oleic and 2-ethylhexanoic acid in the process of dispersing the magnesium ferrite in the medium of a silicone-acrylic copolymer.

Введение

Дисперсность пигментов и наполнителей во многом определяет уровень межфазного взаимодействия в композиционном материале, и, следовательно, его эксплуатационные свойства [1]. Поэтому одним из важнейших процессов при получении пигментированных лакокрасочных материалов (ЛКМ) является стадия диспергирования пигментов и наполнителей в растворе полимерного связующего [2].

Процесс диспергирования можно условно разделить на три элементарные стадии:

• смачивание частиц пигмента и наполнителя дисперсионной средой;

• собственно диспергирование;

• стабилизация суспензии диспергированных частиц для предотвращения флокуляции, агрегации и оседания частиц пигмента при изготовлении и хранении краски, а также во избежание дефектов при нанесении покрытия.

На стадии смачивания происходит проникновение жидкой среды внутрь агрегатов и агломератов, сопровождающиеся вытеснение адсорбированных газов с поверхности пигмента и их замещение на молекулы жидкой среды.

Стадия непосредственного диспергирования заключается в разрушении агрегатов пигментных частиц, высвобождении «первичных» частиц и полного смачивания вновь образованной поверхности.

На стадии стабилизации, следующей за стадией диспергирования (частично накладываются), происходит фиксация пигментных частиц во взвешенном состоянии.

Экспериментальная часть

В данной работе исследовано влияние органических кислот на процесс диспергирования ферритно-го пигмента для противокоррозионных ЛКМ [3-6], а именно феррита магния в среде силикон-акрилового сополимера 81Л8-700 производства ООО «НПФ «Спектр». Для интенсификации диспергирования были использованы добавки олеиновой и 2-этилгексановой кислот.

Ферритный пигмент был получен прокалочным [7] методом при температуре 500оС с предварительным и финишным измельчением на планетарной мельнице [8] модели «Ри^епБеИе 6». В качестве исходных компонентов для его получения использовались порошковые отходы сталелитейного производства и гидроксид магния.

Диспергирование синтезированного пигмента осуществляли в среде растворов арилсилоксанового (81Л8-700) полимера в органических растворителях при помощи лабораторного бисерного диспергатора «Б1Брегта1 ЬС 30». Скорость вращения ротора составила 1500 об./мин., а в качестве мелящих тел использовался стеклянный бисер диаметром 1,5±0,5мм. Степень перетира контролировали с помощью гриндомет-ра «Клин». Массовое соотношение пигмента в диспергируемой среде составило 20% относительно связующего. Диспергирование проводили до достижения предельной степени дезагрегации.

В ходе испытаний были получены многочисленные данные по кинетике диспергирования пигмента. На рис.1 представлены графики зависимости дисперсности пигмента в диспергируемой пасте на основе арилсилоксанового полимера от продолжительности процесса.

Рис. 1 - Кинетика диспергирования пигмента в 81Л8-700 с добавлением олеиновой кислоты: 1 -без добавки; 2 - 1% мас.; 3 - 2% мас.; 4 -2,5 % мас.

Из представленной на рис.1 зависимости видно, что во всех вариантах диспергирования ферритного пигмента заметное снижение дисперсности

наблюдается уже в первые пять минут диспергирования. После чего кинетические кривые, соответствующие различным содержаниям добавки, приобретают разную траекторию. В случае диспергирования пигмента без добавки органической кислоты уже после после 10 минут наблюдается выход кривой на плато, что говорит о достижении предельной степени диспергирования. При добавлении олеиновой кислоты увеличивается предельная степень дезагрегации на 12,5 - 37,5%. Максимальная степень перетира и минимальная продолжительность процесса диспергирования достигается при добавлении 2,5% масс. кислоты. Однако это содержание не является предельным с точки зрения улучшения диспергирования пигмента, при этом необходимо учитывать, что последующее увеличение содержания диспергирующей добавки, может негативно сказаться на эксплуатационных свойствах покрытий, формируемых из полученного лакокрасочного материала.

В таблице 1 представлены данные, полученные в процессе диспергирования, для каждого из исследованных образцов показано время, за которое достигается необходимая для ЛКМ дисперсность (т), а также размеры частиц после 10 минут диспергирования (Б^мин).

Таблица 1 - Конечные значения диспергирования пигмента в 81Л8-700 с добавлением олеиновой кислоты

№ образца Концентрация кислоты, % т, мин. D10мин, мкм

1 0 - 40

2 1 35 35

3 2 10 30

4 2,5 25 45

Из анализа данных следует, что максимальная степень перетира и минимальная

продолжительность процесса диспергирования достигается при добавлении 2% мас. кислоты. Последующее увеличение содержания добавки не приводит к улучшению диспергируемости, а наоборот, замедляет этот процесс, вероятно из-за увеличения вязкости композиционного материала.

На рис. 2 показано влияние диспергирующей добавки на основе 2-этилгексановой кислоты на диспергируемость пигментной пасты.

Стоит отметить, что добавление всего лишь 0,5% -1% кислоты снижает предельную степень диспергирования на 17,5 - 55% соответственно. Из рис.2 видно, что максимальное улучшение диспергирования пигмента достигается при содержании 2-этилгексановой кислоты равном 1 %. Дальнейшее увеличение концентрации этой кислоты не ускоряет процесс диспергирования. Данные, полученные в результате эксперимента, приведены в табл. 2.

По полученным данным видно, что увеличение количества диспергирующей добавки положительно сказывается на эффективности диспергирования, однако процесс достижения требуемой дисперсности занимает больше времени, чем при использовании олеиновой кислоты.

Рис. 2 - Кинетика диспергирования пигмента в 81Л8-700 с добавлением 2-этилгексановой кислоты: 1 - без добавки; 2 - 0,5% мас.; 3 - 1% мас.; 4 -2% мас.

Таблица 2 - Конечные значения диспергирования пигмента в 81Л8-700 с добавлением 2-этилгексановой кислоты

№ образца Концентрация кислоты, % '30^ мин. D^nn, мкм

1 0 - 40

2 0,5 - 37

3 1 15 35

4 2 10-15 31

Полученные результаты демонстрируют, что введение добавок органических кислот значительно уменьшают как продолжительность

диспергирования, так и предельно достижимый размер частиц пигмента в пасте. Следует отметить, что эффективность диспергирующего действия кислот зависит от их структуры и молекулярной массы.

Литература

1. В.Е. Катнов, С.Н. Степин, Вестник Казан. технол. унта, 6, 275-279, 2010.

2. Д. Стойе. Краски, покрытия и растворители / Д. Стойе, В. Фрейтаг (рад.); пер. с англ. под ред. Э.Ф. Ицко. -СПб.: Профессия, 2007. - 528 с.

3. Р.Р. Катнова, А.В. Вахин, С.Н. Степин, Вестник Казан. технол. ун-та, 11, 99-101, 2011.

4. П.В. Гришин, С.Н. Степин, Т.В. Николаева, Вестник Казан. технол. ун-та,17, 219-220, 2014.

5. И.В. Усманов, А.В. Вахин, А.П. Светлаков, С.Н. Степин, 10, 40-42, 2008.

6. А.А. Каюмов, А.О. Юсупов, Вестник Казан. технол. ун-та, 17, 344-345, 2014.

7. М.И. Сафиуллин, А.В. Вахин, С.Н. Степин, Вестник Казан. технол. ун-та,11, 130-132, 2011.

8. В.Е. Катнов, П.В. Гришин, Р.Р. Катнова, С.Н. Степин, Вестник Казан. технол. ун-та,16, 69-71, 2013.

© П. В. Гришин - асс. каф. химической технологии лаков, красок и лакокрасочных покрытий КНИТУ, pvgrishin@live.com; А. О. Юсупов -магистрант той же кафедры; М. В. Баранский - магистрант той же кафедры; С. А. Карандашов - магистрант той же кафедры.

© P. V. Grishin - Assistant of the department "Chemical technology of varnishes, paints and coatings", KNRTU, pvgrishin@live.com; A. O. Yusupov - Graduate student Graduate student the same Department; M. V. Baranskiy - Graduate student the same Department; S. A. Karandashov - Graduate student the same Department.