Получение смешанных пигментов и поливинилацетатных покрытий на их основе

1/2011 ВЕСТНИК

_МГСУ

ПОЛУЧЕНИЕ СМЕШАННЫХ ПИГМЕНТОВ И ПОЛИВИНИЛ-АЦЕТАТНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ИХ ОСНОВЕ

THE PREPARATION OF MIXED PIGMENTS AND POLYVINYL-ACETYL COATINGS ON THEIR BASE

A.M. Орлова, A.M. Славин

A.M. Orlova, A. M. Slavin

ГОУ ВПО МГСУ

Описан синтез смешанных титанато- и хроматожелезных пигментов с использованием отходов гальванических производств. Показана целесообразность введения полученных пигментов в краски на основе поливинилацетатного связующего. Установлено, что введение смешанных пигментов с повышенным содержанием металлов в водоэмульсионную краску практически не изменяет физико-механических свойств покрытий, полученных на их основе.

The synthesis of mixed titanium- and chromium-iron pigments with using galvanic sludge was described. The expedience of introduction this obtained pigments to paints based on polyvinyl-acetyl bind was described. It was established that introduction of mixed pigments with high concentration of metals to water-based paint scarcely don't modify the physical-mechanical properties of coatings, derived on their base.

B последние годы появились новые области применения неорганических пигментов, что привело к существенному росту их потребления в различных отраслях промышленности. Однако производство неорганических пигментов еще отстает от потребностей народного хозяйства. В связи с этим представляло интерес выявить возможности расширения ассортимента дефицитных пигментов, синтез которых можно было осуществлять при условии замены части исходного сырья на отход гальванических производств.

Ранее была описана методика синтеза смешанного железооксидного пигмента (СЖП) и получение лакокрасочных материалов, пигментированных в одном случае смешанным пигментом на основе отхода гальванических производств (ОГП) и сульфата железа, в другом - на основе ОГП и желтого железооксидного пигмента (ЖЖП), а в третьем (для сравнения) - стандартным красным железооксидным пигментом (КЖП). В первых двух случаях соотношение компонентов в исходной шихте при синтезе СЖП отвечало оптимальному 80% ОГП и 20% ЖЖП или сульфата железа [1, 3]. Также было показано, что лакокрасочные материалы (эмали и краски), пигментированные СЖП, по своим физико-механическим, антикоррозионным и декоративным свойствам не уступает материалам, пигментированными стандартным КЖП [2].

В данной работе описан способ получения смешанных титанато- и хроматожелезных пигментов с удовлетворительными малярно-техническими и антикоррозионными свойствами на основе ОГП.

Для синтеза смешанного тнтанатожелезного пигмента (СТЖП) использовали ОГП и продукт гидролиза сульфата титана. Метатитановая кислота (Ti02'H20) растворялась дистиллированной водой до содержания Ti02 = 300 г/л. К полученной суспензии добавляли предварительно высушенные и измельченные (100-150 мкм) на планетарной шаровой мельнице ОГП. Смесь подвергалась дополнительному измельчению в шаровой мельнице до получения однородной массы с размером частиц 30-40 мкм, далее смесь отфильтровывалась и высушивалась при 130°C в течение 1 часа. Высушенный осадок подвергали термообработке при 800-950°C в течение 3-х часов. Полученный пигмент отмывался дистиллированной водой от водорастворимых примесей до нейтральной реакции среды, отфильтровывался, сушился при температуре 120-200 °C и измельчался на планетарной шаровой мельнице до размера частиц 5-10 мкм.

Методика получения смешанных хроматожелезных пигментов (СХЖП) заключалась в следующем: в первом случае к раствору хлористого натрия (NaCl'H20 = 1:6) при непрерывном перемешивании добавляли смесь свинцового глета (PbO, ГОСТ 5539-73) с предварительно высушенными и измельченными (100-150 мкм) на планетарной шаровой мельнице ОГП. При этом происходила экзотермическая реакция, сопровождающаяся набуханием и просветлением массы. Во избежание затвердевания смеси добавлялась дистиллированная вода в количестве, превышающем массу взятого свинцового глета в 5 раз. К полученой суспензии хлороксида свинца при непрерывном перемешивании и температуре 80 °C в течение 1,5 часов из капельной воронки прибавляли раствор двухромовокислого натрия (Na2Cr207'2H2G). После окончания прикапывания температура повышалась до 100 °C и смесь выдерживалась 1 час. Отмытый дистиллированной водой от водорастворимых примесей полученный пигмент отфильтровывался и высушивался при температуре 90 °C. Во втором случае, свинцовый глет и ОГП, тщательно смешивались. Смесь смачивали минимальным количеством дистиллированной воды до образования сметанообразной пасты. Затем, небольшими порциями при непрерывном перемешивании добавляли заранее приготовленный 10%-ный раствор уксусной кислоты (CH3C00H) и дистиллированную воду в количестве, превышающем массу взятого свинцового глета в 7 раз. К полученной суспензии ацетата свинца при непрерывном перемешивании и температуре 90 °C в течение 1,5 часов из капельной воронки прибавляли раствор двухромовокислого натрия. После окончания прикапывания температура повышалась до 100 °C и смесь выдерживалась 30 минут. Отмытый дистиллированной водой от водорастворимых примесей полученный пигмент отфильтровывался и высушивался при температуре 100 °C.

Для изучения физико-механических свойств лакокрасочных покрытий были получены полимерные композиции, пигментированные СЖП, СТЖП и СХЖП на основе ОГП. Эталоном сравнения являлась композиция со стандартным КЖП. В качестве связующего лакокрасочных покрытий использовали поливинилацетатную дисперсию.

Поливинилацетатных краски изготавливали из следующих компонентов, масс. %:

- поливинилацетатная дисперсия (пленкообразующее) - 47,58;

- дибутилфталат (пластификатор) - 2,94;

- олеат натрия (эмульгатор) - 0,55;

- поливиниловый спирт (диспергатор, повышающий водостойкость покрытия) - 0,55;

- пигмент (один из предложенных: СЖП, СТЖП или СХЖП) - 4,50;

- двуокись титана (белый пигмент) - 15,20;

- тальк (наполнитель) - 8,00;

- вода деминерализованная (растворитель) - 20,68.

1/2011

ВЕСТНИК _МГСУ

В табл. 1 показаны основные технологические и эксплуатационные свойства лакокрасочных покрытий на основе водоэмульсионной краски марки ВД-ВА-224 (ГОСТ 28196-89) и покрытий, пигментированных СЖП, СТЖП и СХЖП.

Таблица 1

Свойства Водоэмульсионная краска ВД-ВА-224

Стандартная Пигментированная

СЖП СТЖП СХЖП

Цвет пленки краски белая светло-коричневая с розовым оттенком светло-коричневая светло-оранжевая

рН краски, не менее 6,8-8,2 8,0 8,0 8,0

Массовая доля нелетучих веществ, % 52-57 55 56 55

Степень перетира, мкм, не более 30 70 70 70

Укрывистость высушенной пленки, г/м2 не более 120 80 80 90

Время высыхания до ст. 3, при температуре (20±2)°С, ч, не более 1 1 1 1

Морозостойкость краски, циклы, не менее 5 5 5 5

Стойкость покрытия к статическому воздействию воды, при температуре (20 ± 2)°С, ч, не менее 12 12 12 12

Как видно из табл. 1 показатели соответствуют ГОСТ 28196-89 за исключением степени перетира. Этот показатель выше нормы, что объясняется присутствием завышенных количеств пластификатора и эмульгатора. Это обстоятельство приводит к процессу полимеризации и появлению после диспергирования крупных агрегатов.

С целью исследования влияния состава ОГП на пигментные свойства были смоделированы пять образцов отходов. В каждом из образцов в 5-10 раз увеличивали содержание одного из металлов: алюминия, хрома, цинка, меди, никеля. Были получены пигменты СЖП, СТЖП и СХЖП с использованием модельных отходов. Результаты исследования сведены в табл. 2, где приведены технологические свойства модельных пигментов.

Как показывают данные табл. 2, повышение содержания того или иного металла в составе ОГП и, соответственно, в образцах модельных пигментов, синтезированных на их основе в пределах 5-10-кратного избытка, не оказывает существенного влияния на укрывистость пигмента. Так, например, в образцах СЖП с повышенным содержанием меди, цинка, алюминия, никеля ее величина колеблется в пределах от 7,65 до 7,99 г/м2.

Для образцов же СЖП, полученных на основе отхода усредненного состава, укрывистость составляет 7,88 г/м2. При этом повышение величины рН водных вытяжек модельных образцов СЖП в свете антикоррозионной устойчивости СЖП может рассматриваться в качестве положительного факта.

Таблица 2

Технологические свойства модельных пигментов_

Исходный пигмент Вводимый элемент

Свойства пигментов Хром Медь Цинк Алюминий Никель

СЖП 8,2 8,6 8,7 8,5 8,6 8,7

рН водной вытяжки СТЖП 6,8 7,0 6,9 7,8 7,7 6,9

СХЖП 8,0 7,2 8,2 8,5 8,1 7,9

Содержание водорастворимых СЖП СТЖП 0,94 2,00 0,76 1,97 0,72 1,83 0,76 1,60 0,72 1,64 0,66 1,92

примесей, % СХЖП 1,10 0,94 0,94 0,96 0,93 1,00

Укрывистость, г/м2 СЖП СТЖП 7,88 7,34 7,99 7,00 7,79 7,12 7,86 7,22 7,65 7,18 7,90 7,10

СХЖП 55,4 54,2 52,6 56,6 56,3 53,5

Маслоёмкость СЖП 48,1 36,9 47,9 45,0 45,5 37,1

I рода, г/100 г СТЖП 45,1 44,8 44,0 49,5 47,7 36,6

пигмента СХЖП 19,1 12,9 15,5 14,2 13,0 12,9

Диспергируемость СЖП 8,0 7,0 6,0 7,0 7,0 8,0

(5 мин в лаке ПФ-060 на бисерной мельнице), мкм СТЖП СХЖП 8,0 8,0 8,0 8,0 6,0 8,0 8,0 8,0 8,0 7,0 7,0 7,0

Интенсивность, % СЖП 73,2 78,7 79,3 79,6 80,1 78,9

по отношению к

красному железо-окисному пигмен- СТЖП 75,2 80,1 77,4 74,3 73,9 79,0

ту:

по отношению к

крону свинцовому СХЖП 74,7 69,9 77,3 75,1 75,2 69,9

марки КО

Кислотостойкость, СЖП 33,5 34,5 27,5 30,5 30,5 18,4

% потери после обработки 5%-ым СТЖП 11,5 33,3 23,5 18,2 18,4 19,6

раствором соля- СХЖП 11,0 10,8 10,7 10,5 10,8 10,9

ной кислоты

Щелочестойкость, % потери после СЖП СТЖП 2,30 0,68 0,78 1,54 1,10 8,99 0,73 2,28 0,55 2,49 0,77 1,34

обработки пиг-

мента 1%-ым рас- СХЖП 10,0 10,1 10,4 9,30 10,0 10,2

твором щелочи

Цвет пигментов темный оттенок имеют модельные пигменты

с хромом и никелем

1/2011 ВЕСТНИК _У2011_МГСУ

Выводы:

Разработана технология синтеза смешанных титанато- и хроматожелезных пигментов (свинцовых кронов) с использованием отходов гальванических производств.

Показана принципиальная возможность использования СЖП, СТЖП и СХЖП в водоэмульсионных красках. Установлено, что введение образцов СЖП, СТЖП и СХЖП с повышенным содержанием металлов в водоэмульсионную краску марки ВД-ВА-224 практически не изменяет физико-механических свойств покрытий, полученных на их основе.

Литература

1. Орлова, А. М. Исследование свойств смешанного железооксидного пигмента на основе гальваношламов «Промышленное гражданское строительство» [Текст] / А. М. Орлова, А. М. Славин // Ежемесячный научно-технический и производственный журнал - 2009. № 12. - С. 5556.

2. Орлова, А. М. К вопросу повышения эффективности красочных составов «Промышленное гражданское строительство» [Текст] / А. М., А. М. Славин // М.: - 2010. № 8. - С. 48-49.

3. Орлова, А. М. Методика синтеза смешанных железооксидных пигментов и красочных составов на их основе «Вестник МГСУ» [Текст] / А. М. Орлова, А. М. Славин // Выпуск №2. М.: - МГСУ, 2010 г. - С. 219-224.

The literature

1. Orlova, A.M. Investigation of the properties of mixed iron-oxide pigment based on galvanic "Industrial and Civil Engineering [Text] / A.M. Orlova, A.M. Slavin // Monthly scientific-technical and production journal - 2009. 12. - P. 55-56.

2. Orlova, A.M. On the question of efficiency of colorful compositions "Industrial and Civil Engineering [Text] / A.M. Orlova, and A.M. Slavin // Moscow: - 2010. 8. - P. 48-49.

3. Orlova, A.M. Methods of synthesis of mixed iron-oxide pigments and colorful formulations based on them "Vestnik MSUCE" [Text] / A.M. Orlova, A.M. Slavin // Issue 2. Moscow: - MSUCE, 2010 - P. 219-224.

Ключевые слова: отходы гальванических производств, смешанный железооксидный пигмент, смешанные титанато- и хроматожелезные пигменты, синтез, водоэмульсионная краска, физико-механические свойства.

Keywords: galvanic industrial sludge, mixed iron-oxide pigments, mixed titanium- and chromium-iron pigments, synthesis, water-based paint, physical-mechanical properties.

Почтовый адрес: 129337, г. Москва, Ярославское ш., д. 26, комн. 112, кафедра «Прикладная химия»

Телефон/факс: +7 (495) 287-49-14, доб. 3143; +7 905-734-59-78

E-mail: pehel@yandex.ru

Рецензент: Попова М. Н., кандидат технических наук, доцент, ГОУ ВПО Вологодский государственный технический университет.