Исследование противокоррозионных свойств полимерных композиционных покрытий

УДК 675.6.02

О. П. Кузнецова, С. Н. Степин, А. П. Светлаков

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОТИВОКОРРОЗИОННЫХ СВОЙСТВ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ

Ключевые слова: полимерные композиционные покрытия, модификатор, наполнители,

волластонит, электрическая емкость.

Полимерные композиции на основе алкидных связующих до настоящего времени широко используются для защиты изделий из металлов [1]. В данной работе были проведены исследования влияния типа пентафталевого олигомера, наполнителей, входящих в состав композиции, а также ингибирующей добавки на защитные свойства формируемых полимерных композиционных покрытий (алкидных покрытий).

Keywords: polymeric composite coatings, the modifier, fillers, vollastonit, electric capacity.

Polymeric compositions based on alkyd resins usually are used for protection of metal substrates [1]. In this study it was investigate how type of pentaphtalic oligomer, filler and inhibitory additive influence the protective properties of polymeric composite (alkyd coatings).

Исследуемые полимерные композиции готовили в соответствии с рецептурой грунтовки ГФ-021. В качестве пленкообразующих систем использовали пентафталевые лаки ПФ-060 (ТУ 6-10-612-76) и ПФ-053 (ТУ 2311-023-4562-2449-2002). Наполнителями служили кальцит МК-05 «Супер» (ТУ 5716-003-40705684-2003), волластонит Миволл 0397 (ТУ5777-006-40705684-2003) и молотый диатомит (образец предоставлен ЦНИИГЕОЛНЕРУД). Грунтовки готовили диспергированием пигментной части в алкидном лаке до степени дисперсности 30 ед. по прибору «Клин». Покрытия толщиной 55+5 мкм наносили на образцы стали 08 кп в три слоя с помощью спирального аппликатора.

Об ингибирующей способности водных вытяжек наполнителей судили по способности смещать электрохимический потенциал стали в область, отвечающую пассивному состоянию ее поверхности, и по значению концентрации хлорида натрия (СыаС1кр), при котором наблюдается разрушение пассивного слоя [2].

В качестве критерия защитной способности покрытий использовали результаты измерения электрической емкости и хронопотенциометрической системы окрашенный металл-электролит. Объемное поглощение воды лакокрасочной пленкой рассчитывали по формуле:

W = lg(C2 / C )/lg 80

где Ci и С2 - начальное и установившееся значения емкости системы окрашенная сталь -электролит [3].

Электрическую емкость окрашенной стали, находящейся в контакте с электролитом измеряли с помощью измерителя иммитанса Е7-21, электрохимический потенциал - рН-метром рН-150 М относительно хлорсеребряного электрода. Полученные значения потенциала пересчитывали на шкалу нормального водородного электрода.

На рис. 1 представлены результаты емкостных измерений окрашенных образцов стали, находящихся в контакте с водным раствором хлорида натрия. Полученные данные позволяют сделать вывод о более высокой гидрофильности алкидных покрытий на основе лака ПФ-053 (W=20,3 об.%) по сравнению с покрытиями на основе лака ПФ-060 (W=9,8 об.%).

Рис. 1 - Зависимость значений электрической емкости (С) стали с грунтовочными покрытиями на основе ПФ-060 (1) и ПФ-053 (2), содержащими кальцит в качестве наполнителя, от времени контакта с водным раствором хлорида натрия

Представленные на рис. 2 кривые изменения емкости систем металл-покрытие-электролит от времени свидетельствуют о заметном влиянии на гидрофильность лакокрасочной пленки используемых наполнителей. В частности, водопоглощение покрытий, содержащих волластонит (W=10,7 об.%) близко к значению водопоглощения покрытий, содержащих кальцит, однако включение в состав лакокрасочной пленки диатамита приводит к резкому возрастанию их гидрофильности (W=36,8 об.%).

В последнее время для усиления защитной способности лакокрасочных покрытий противокоррозионного назначения разработчикам рекомендуется включать в их состав органические ингибиторы [4].

В данной работе исследовали возможность повышения противокоррозионной эффективности алкидной грунтовки путем модифицирования наполнителя (волластонита) производным алифатических аминов «ДОН-52» производства НИИПАВ (ТУ 2482-00204706205-01). Модифицирование осуществляли «сухим» способом в смесителе MPW-309, при скорости вращения перемешивающего устройства 14000 об/мин.

Исследования влияния модифицирования волластонита на противокоррозионную эффективность его водных вытяжек показало (рис.3, кривая 1), что нанесение уже 0,1 % «Дона-52» способствует резкому (более чем на 500 мВ) повышению электрохимического потенциала стали, находящейся в контакте с вытяжкой. С учетом рН последней (10,2-10,3) можно сделать вывод о том, что поверхность стали находится в пассивном состоянии [5]. Потенциометрическое титрование вытяжек волластанита показало, что стойкость

пассивирующего слоя к воздействию коррозионно-активного хлорида натрия нарастает с увеличением содержания модификатора до 0,3 %, после чего остается практически неизменной (рис.3, кривая 2).

Рис. 2 - Зависимость значений электрической емкости (С) стали с грунтовочными покрытиями на основе ПФ-060, содержащими в качестве наполнителя кальцит (1), волластонит (2) и диатомит (3), от времени контакта с водным раствором хлорида натрия

В результате проделанных экспериментов, результаты которых представлены на рис. 4, было установлено, что модифицирование волластонита оказывает влияние на гидрофильность покрытия. Снижение водопоглощения при увеличении содержания модификатора до 0,3 % к массе наполнителя связано с гидрофобизацией его поверхности. Превышение этого содержания, по-видимому, отвечающего адсорбционному насыщению поверхности волластонита модификатором, связано с началом формирования второго адсорбционного слоя, ориентация молекул в котором способствует гидрофилизации поверхности. Следствием этого является рост водопоглощения покрытия. Анализ полученных данных свидетельствует о том, что 0,3 %-ное содержание модификатора является оптимальным с точки зрения достижения наиболее высоких защитных свойств наполненных алкидных лакокрасочных покрытий.

Рис. 3 - Зависимость значений электрохимического потенциала (Е) стали, установившегося в контакте с водной вытяжкой волластонита (1), и критического содержания хлорида натрия в вытяжке СмаО!кр (2) от содержания модификатора

Рис. 4 - Зависимость водопоглощения

Таким образом, проведенные исследования позволяют сделать заключение о возможности усиления защитных свойств антикоррозионных алкидных грунтовок путем оптимизации рецептур.

Литература

1. Дринберг, А.С. Антикоррозионные грунтовки / А.С. Дринберг, Э.Ф. Ицко, Т.В. Калинская. - СПб.: ООО «НИПРОИНС ЛКМ и П с ОП», 2006. - 168 с.

2. Степин С.Н. Метод исследования противокоррозионных свойств пигментов и пигментированных покрытий / Вахин А.В., Сороков А.В., Зиганшина М.Р. //Лакокрасочные материалы и их применение. - 2000. - № 1. - С. 25-27.

3. Brasher, D.M. Electrical measurements in the study of immersed paint coatings on metal. I. Comparison between capacitance and gravimetric methods of estimating water-uptake / D.M. Brasher, A.N. Kingsbury // J. Appl. Chem. - 1954. - V.4. - № 2. - P. 62-72.

4. Müller, B. Korrosionschutzadditive eine Teilmenge Korrosionsinhibitoren / B.Müller // Farbe und Lack. - 2000. - №11. - S. 156.

5. Юхневич, Р. Техника борьбы с коррозией / Р. Юхневич [и др.]; пер. с польск., под ред. А.М. Сухотина. - Л.:Химия, 1980. - 224 с.

© О. П. Кузнецова - канд. техн. наук, ст. преп. каф. дизайна, oksi.kuznecova@mail.ru; С. Н. Степин - д-р хим. наук, проф., зав. каф. химической технологии лаков, красок и лакокрасочных покрытий КГТУ; А. П. Светлаков - канд. техн. наук, доцент той же кафедры.