Исследование процессов диспергирования органического пигмента в алкидно-уретановом пленкообразующем

Аннотация

В данной работе приведены результаты экспериментальных исследований закономерностей развития процессов дезагрегации пигмента «органический красный» в алкидно-уретановом пленкообразующем в присутствии поверхностно-активного вещества - аминалкилфенолэтоксилатного производного жирной кислоты. C помощью авторского приложения к компьютерно-микрооптическому методу анализа исследуемых суспензий в автоматическом режиме были получены дифференциальные кривые распределения по крупности фракций твердофазных частиц в дисперсионной среде. Доказана диспергирующая роль дифильных молекул аминалкилфенолэтоксилатного производного жирной кислоты по отношению к твердофазному органическому пигменту в растворе уралкида. Приведен сравнительный анализ дезагрегирующей активности модификатора в растворителе и в дисперсионной среде пленокообразующего. Выявлена узкая область концентраций модифицирующего аддитива. обеспечивающая максимальную степень дезагрегации твердофазных частиц органического пигмента (максимальное число частиц; минимальный среднестатистический диаметр; изменение фракционного состава). По результатам исследования произведена оптимизация состава лакокрасочных композиций (Спав=2-4%). которая позволит улучшить защитные, структурно-механические и декоративные характеристики формируемых на их основе покрытий.

Введение

Органические пигменты в лакокрасочной промышленности получили менее широкое распространение по сравнению с неорганическими. Это обуславливается тем, что органические пигменты несколько уступают неорганическим по своим характеристикам. Пигменты органического происхождения отличаются очень высокой интенсивностью.

Эмали и краски, на их основе, привлекают своей насыщенностью, яркостью и глубоким цветом, что позволяет рекомендовать их в составе исключительно декоративных лакокрасочных материалов. Однако использование органических пигментов без модифицирования аддитивами не представляется возможным, так как стойкость органических пигментов к коррозии, укрывистость, устойчивость к воздействию света, атмосферной коррозии оставляют желать лучшего. Кроме того, данные вещества, используемые в лакокрасочной промышленности, чувствительны к воздействию химических реагентов [ 1 ].

Современные принципы модифицирования лакокрасочных материалов (JIKM) с целью улучшения их эффективности основываются на введении в состав композиции поверхностно- активных веществ (ПАВ) дезагрегирующего действия. Это обеспечивает уменьшение степени дисперсности частиц пигмента, что в свою очередь приводит к улучшению стуктурно- механических (твердость, укрывистость, прочность) и декоративных (цвет, блеск) свойств лакокрасочных покрытий [2-4].

Методы исследования

Целью настоящих исследований являлось оценить влияние азотсодержащего модификатора на дезагрегацию органического пигмента в составе органического пленкообразующего с применением компьютерно-микрооптического комплекса.

Исследования проводили в системах «растворитель - пленкообразующее - ПАВ - пигмент», «растворитель - ПАВ - пигмент».

Объектом исследования являлась модифицирущая добавка Tego Dispers 740w, представляющая собой модифицированное аминалкилфенолэтоксилатное производное жирной кислоты.

В качестве растворителя использовали уайт-спирит (ГОСТ 3134-78) - смесь жидких алифатических и ароматических углеводородов, получаемая прямой перегонкой нефти (плотность - 0,790 г/см3, массовая доля ароматических углеводородов - не более 16%, содержание механических примесей и воды - отсутствует).

В качестве пленкообразующего использовали алкидно-уретановый лак «Уралкид» (ТУ 2311- 023- 45822449- 2002) - раствор в уайт-спирите пентафталевой смолы, модифицированной жирными кислотами талового масла и толуилендиизоционатом (условная вязкость при температуре 20°С по вискозиметру ВЗ-246 с диаметром сопла 4 мм, с - 200-260, массовая доля нелетучих веществ, % - 49), структурная формула когторого представлена на Рисунке 1.

В качестве пигмента применялся органический красный марки 2С (ГОСТ 7195— 75). По физико-химическим показателям пигмент красный 2С (массовая доля воды и летучих веществ, %, не более 3,0; массовая доля остатка после мокрого просеивания на сите с сеткой N 0056К (ГОСТ 6613), %, не более 1,0; массовая доля растворимых в воде веществ, %, не более 1,0; реакция водной суспензии pH = 7,0).

Поверхностно-активный эффект ПАВ устанавливали с применением компьютерно-оптического анализатора [5], который позволяет в автоматическом режиме установить фракционный состав суспензий, а также геометрические размеры и конфигурационные характеристики отдельных дисперсий. Для количественной оценки степени дезагрегации использовали расчётный показатель d, который характеризует среднестатистический диаметр частиц пигментов в суспензиях, и фракционный состав частиц.

Методика приготовления суспензий с различным содержанием ПАВ (0-8% на массу пигмента) заключалась в предварительном растворении определенной его массы в растворителе. Полученные растворы (в дальнейшем А) направляли на приготовление суспензий, которое осуществляли при температуре 20°С в герметичном реакторе (объемом 0,2 дм3, коэффициент заполнения - 0,60), снабженном перемешивающим устройством (импеллерная мешалка, частота - 300 мин г). Количественные содержания пигмента диоксида титана (1% на массу суспензии) в системе варьировали за счет изменения массовой загрузки в растворы А. Для стабилизации деформационных процессов исследуемые пробы суспензий с помощью пневмодозатора (объем капли 0,02 мл) помещали на предметное стекло, затем фиксировали покровным стеклом и выдерживали под статической нагрузкой (10 г/см2) в течение 5 минута подвергали микроанализу.

Результаты исследования

На Рисунке 2 представлен фракционный состав суспензий органического пигмента в растворителе. В отсутствии ПАВ преобладают фракции размером свыше 62,7 мкм. Введение в суспензии ПАВ стимулирует развитие процессов дезагрегации;

при увеличении концентрации ПАВ от 0 до 0.1 г/дм3 содержание фракций >62.7 мкм уменьшилось от 27% до 11%. Одновременно увеличилось относительного содержания тонких фракций (менее 19,83 мкм) органического пигмента.

Влияние концентрации модификатора и пленкообразующего на количество частиц в суспензии, среднестатистический диаметр и содержание мелких фракций размером до 19,83 мкм отражают зависимости представленные на Рисунке 3.

Из анализа частных зависимостей (Рисунок 3 а) следует закономерное увеличение числа частиц по мере увеличения содержания модификатора и пленкообразующего. Уменьшение степени дезагрегации пигмента по мере разведения пленкообразователя растворителем указывает на положительную (поверхностно-активную) роль функциональных групп (гидрокси- карбокси-) в составе уралкидного пленкообразующего.

В системе «растворитель - пленкообразующее - ПАВ - пигмент» максимальный дезагрегирующий эффект фиксировали при введении 2% модифицирующей добавки, значение среднестатистического диаметра частиц составило 4,84 мкм (Рисунок 3 б).

Положительный вклад Спав в развитие процессов дезагрегации пигмента, подтверждается увеличением относительного содержания тонких фракций (менее 19,83 мкм) органического пигмента (Рисунок 3 в). Характер изменения содержания мелких фракций коррелируется с изменениями количества частиц и среднестатистического диаметра в тех же интервалах концентрации аминалкилфенолэтоксилатного производного жирной кислоты (Рисунок 2 в).

Заключение

Таким образом, эффект диспергирования в присутствии модификатора обеспечивается за счет разрушения крупных агрегатов пигмента «органический красный 2С». Результаты исследований показали, что в системе «растворитель - пленкообразующее - ПАВ - пигмент» модифицирующая добавка обеспечивает уменьшение степени дисперсности частиц пигмента. Максимальный диспергирующий эффект по отношению к пигменту установлен для суспензий с 2-4% аддитива.

 

Литература:

  1. Информационный портал «Все о коррозии» https://www.okorrozii.com/pigmenty- vlkp.html.
  2. Болатбаев К.Н., Дюрягина А.Н.. Островной К. А. Модифицирование композитов поверхностноактивными веществами. Петропавловск: Изд- во СКГУ, 2005. 184 с.
  3. Ребиндер И. А. Поверхностные явления в дисперсных системах: Сб. Научных трудов - M.: Наука, 1979.-Т. 1.-450 с.
  4. Дюрягина А.Н., Островной К. А., Исмагамбетова Д.Н., Салихова К.Р. Дезагрегирующий эффект ПАВ в среде поликонденсационных и полимерных пленкоорзазующих // Химический журнал Казахстана. - Алматы, 2017. - №. 1. - C .204- 209.
  5. Болатбаев К. H., Луговицкая Т. H., Тукачев А. А., Рустем P. С. Компьютерно- микрооптический комплекс для анализа порошков и суспензий. Свидетельство о регистрации интеллектуального продукта 0806 PK 00075 от 01.06.2006 г.
Год: 2018
Категория: Биология