Антикоррозионные свойства керновых фосфонатных пигментов

УДК 667.638.2

И. М. Шереметьева, А. В. Вахин, А. П. Светлаков АНТИКОРРОЗИОННЫЕ СВОЙСТВА КЕРНОВЫХ ФОСФОНАТНЫХ ПИГМЕНТОВ

Ключевые слова: керновые пигменты, свойства, антикоррозионные лакокрасочные покрытия.

На основе промышленно выпускаемых соединений синтезирован ряд новых керновых пигментов, ядром частиц которых является пигментный оксид цинка, а оболочкой -оксиэтилидендифосфонат цинка. По результатам электрохимических исследований окрашенных образцов стали пигментированными композициями определено оптимальное содержание фосфоната цинка в керновом пигменте.

Keywords: core pigments, properties, anticorrosion coatings.

On the basis of industrially prepared compounds synthesized a number of new core pigments, the core of the particle which is the pigment zinc oxide, and the shell - oksietiliden diphosphonate zinc. According to the results of electrochemical studies of the samples were stained with pigment compositions determined the optimal content of zinc phosphonate basis of core pigment.

Задача разработки антикоррозионных пигментов с пониженной токсичностью не теряет своей актуальности. Обширной группой экологически безопасных пигментов являются фосфорсодержащие, как, например, фосфаты металлов, широко используемые в

промышленных грунтовочных составах. Перспективным направлением является использование различных продуктов осаждения дифосфоновых кислот, в частности оксиэтилендифосфоновой кислоты (ОЭДФ) - широко используемого ингибитора коррозии. Установлены высокие ингибирующие свойства кальциевой соли ОЭДФ и возможность получения керновых пигментов на основе традиционно используемых наполнителей [1].

В данной работе на основе промышленно выпускаемых соединений синтезирован ряд новых керновых пигментов, ядром частиц которых является пигментный оксид цинка, а оболочкой - оксиэтилидендифосфонат цинка (ОЭДФЦ). Исследованы свойства полученных продуктов синтеза, отличающихся относительным содержанием ОЭДФЦ в пигменте от 2 до 30 % мас.

Маслоемкость и плотность (характеристики пигментов, важных с точки зрения их использования в составе лакокрасочных материалов) определяли соответственно по ГОСТ 2119.8-75 и ГОСТ 21119.5-75. рН водной суспензии образца пигмента определяли по ИСО 787-9. Полученные пигменты были исследованы в составе алкидных покрытий на основе лака ПФ-060. Использовали в качестве субстрата кузовную сталь 08 кп. В качестве коррозионной среды использовали 3 % раствор NaCl. Покрытия наносили спиральным ракелем ERICHSEN Spiral Film Applicator в три слоя с промежуточной сушкой при комнатной температуре в течение 24 часов. Испытания проводили не ранее 72 часов после нанесения последнего слоя. Коррозионный потенциал измеряли с помощью рН-метра рН-150М относительно хлорсеребряного электрода и пересчитывали на шкалу нормального водородного электрода. Измерение электрической емкости системы окрашенный металл-электролит осуществляли с помощью измерителя иммитанса Е7-21. Сопротивление, представляющее собой сумму омического сопротивления переносу заряда через полимерную пленку (R-i) и протеканию электрохимических реакций на границе металл-покрытие (R2), находили расчетным путем из экспериментальных данных. Последние получали методом спада потенциала при разомкнутой поляризующей цепи с помощью разработанного измерительно-вычислительного комплекса [2, 3]. В качестве электролита использовали 3 % раствор NaCl. Площадь рабочей поверхности составляла 7,1 см2.

Установлено, что при содержании ОЭДФЦ в пигменте до 20 % включительно, продукты по малярно-техническим показателям (маслоемкость и плотность) соответствует требованиям, предъявляемым к пигментам в лакокрасочной промышленности.

Результаты коррозионных испытаний окрашенных образцов стали в контакте с раствором хлорида натрия приведены на рис. 1.

е

с

л"

н

о

о

и

2

и

к

ей

И

о

и

р

к

Л

и

и

ч

со

со

И

Я

ч

ей

К

а

х

<и

н

о

с

«

2

к

х

о

к

со

О

Л

Л

О

«

и

Содержание фосфоната цинка в керновом пигменте, %мас.

Рис. 1 - Зависимость установившихся к 1000 часам значений электрической ёмкости и коррозионного потенциала стали с алкидным покрытием от содержания ОЭДФЦ в керновом пигменте

С увеличением доли фосфоната цинка в пигменте значение потенциала стали с покрытием проходит через максимум при содержании от 4 до 10 %, затем снижается. Эти данные согласуются со значениями электрической ёмкости - свыше 10 % она возрастает, что связано, по-видимому, с увеличением гидрофильности покрытий. Справедливость этого предположения подтверждает высокая по сравнению с оксидом цинка гидрофильность ОЭДФЦ, что не позволяет его рекомендовать в качестве индивидуального антикоррозионного пигмента.

Следовательно, превышение оптимальной доли фосфоната цинка в керновом пигменте (10 %) не целесообразно, т.к. приводит к снижению уровня барьерной и ингибирующей защиты лакокрасочного покрытия.

При исследовании пигментированных покрытий методом спада потенциала в качестве критерия оценки антикоррозионного действия лакокрасочного покрытия использовали коэффициент ингибирующего действия 7=100-К2/(К1+К2). Зависимости коэффициента Ъ от содержания фосфоната в пигменте, полученные через 120 и 1000 часов испытаний, приведены на рис. 2. Видно, что с увеличением продолжительности испытаний максимум

ингибирующего эффекта смещается в сторону меньшего содержания ОДФЦ (от 10 до 7%), а значение в максимуме возрастает с 62 (кривая 1) до 75 % (кривая 2). То есть со временем эффективность кернового пигмента в покрытии растет. Это согласуется с представлениями о механизме действии пигмента, связанного с замедленным процессом его частичного растворения в проникающей в покрытие воде и последующей диффузией активных ионов к поверхности защищаемого металла.

те

к

х

ей

И

О

Л

К

ю

к

X

к

н

X

<и

к

а

к

о

Содержание фосфоната цинка в керновом пигменте, %мас. Продолжительность коррозионных испытаний (час): 1 - 300; 2 - 1000

Рис. 2 - Зависимость коэффициент ингибирующего действия покрытий от содержания ОЭДФЦ в пигменте

Электрическая емкость покрытия, наполненного оптимальным керновым пигментом по сравнению с гидроксиэтилидендифосфонатом цинка, в 6 раз ниже, электродный потенциал имеет более положительное значение, а сопротивление покрытия кратно превышает показатель гидроксиэтилидендифосфоната цинка и тетраоксихромата цинка (табл. 1).

Таблица 1 - Антикоррозионные свойства пигментированных покрытий

Пигмент рН С, пФ/см Енвэ, мВ Робщ, МОм*см2

Гидроксиэтилидендифосфонат цинка формулы СНз(ОН)С(РОз)27п2 7.0 4958 -370 7-10-4

Оксид цинка (керновое ядро) 8,4 1558 -300 21.2

Керновый гидроксиэтилидендифосфонат цинка (содержащий 7 % ОЭДФЦ) 7,1 850 40 53.0

Тетраоксихромат цинка (промышленный образец) 7,5 496 -91 10.6

Таким образом, проведенные исследования показали, что полученный керновый пигмент с 7 %-ным содержанием ОЭДФЦ по антикоррозионным свойствам превосходит

подверженный гидролизу гидроксиэтилидендифосфонат цинка и токсичный тетраоксихромат цинка. Использование полученного кернового пигмента в составе грунтовок увеличивает антикоррозионные свойства покрытия и снижает его стоимость.

Литература

1. Кузнецова, О.П. Противокоррозионные свойства фосфонатных пигментов и разработка грунтовок на их основе: дис. ... канд. техн. наук / О.П.Кузнецова. - Казань., 2008. - 139 с.

2. Светлаков, А.П. Оценка противокоррозионных свойств лакокрасочных покрытий методом спада потенциала / А.П.Светлаков, С.Н.Степин, З.Ш. Идиятуллин // Коррозия: материалы, защита. - 2006. -№ 11.- С. 39-43.

3. Светлаков, А.П. Метод расчета параметров электрической цепи с элементом Варбурга / А.П.Светлаков, М.Д. Бронштейн, З.Ш. Идиятуллин // Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-20: сб. трудов XX Междунар. науч. конф. Т.10. Секция 5 /под общ. ред. В.С. Балакирева. - Ярославль: Изд-во Яросл. гос. тех. ун-та, 2007. - С. 203-205.

© И. М. Шереметьева - соиск. каф. химической технологии лаков, красок и лакокрасочных покрытий КГТУ; А. В. Вахин - канд. техн. наук, инж. каф. химической технологии лаков, красок и лакокрасочных покрытий КГТУ, vahinii@kstu.ru; А. П. Светлаков - канд. техн. наук, доц. той же кафедры, svetlakov@kstu.ru.