Иисследование антикоррозионных защитных покрытий наэпоксидных связующих
На правах рукописи
Зоткина МаринаМихайловна
Разработка иисследование антикоррозионных
защитных покрытий наэпоксидных связующих
Специальность 05.23.05– Строительныематериалы и изделия
Автореферат
диссертации на соискание
ученой степени кандидата
технических наук
Волгоград 2012
Работа выполнена вФедеральном государственном бюджетномобразовательном учреждении высшегопрофессионального образования«Мордовский государственный университетимени Н. П. Огарева»
Научныйруководитель:доктор технических наук профессор
Ерофеев Владимир Трофимович
Официальныеоппоненты:доктор технических наук профессор
Логанина Валентина Ивановна
кандидат технических наук, доцент
Пушкарская Ольга Юрьевна
Ведущаяорганизация:ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный
технический университет»
Защита состоится «14»февраля 2012 г. в 10-00 часов на заседаниидиссертационного совета Д 212.026.04 при ФГБОУВПО «Волгоградский государственныйархитектурно-строительный университет» поадресу: 400074, г. Волгоград, ул. Академическая,1
С диссертацией можноознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО«Волгоградский государственныйархитектурно-строительныйуниверситет»
Автореферат разослан «13»января 2012 г.
Ученый секретарь
диссертационногосоветаАкчурин Т.К.
ОбщаяХарактеристика работы
Актуальность работы.Повышение долговечностистроительных конструкций итехнологического оборудованияпромышленных предприятий приобретаетособую актуальность в современныхусловиях развития экономическихотношений. Для решения этой задачинеобходимо принимать меры, снижающие илиисключающие агрессивные воздействия наних. Одним из таких способов, позволяющихпродлить срок службы конструктивныхэлементов, является применение различныхзащитных покрытий на основе полимерныхсвязующих. Там, где традиционныестроительные конструкции (железобетонныеи др.) с защитными материалами не удовлетворяют требованиямдолговечности, наиболеецелесообразноиспользование полимербетонныхконструкций. Основнымиобластями, где существуетнеобходимость использования защитныхпокрытий построительным конструкциям,являются транспортные,химические,горно-металлургические идругие предприятия, где основными агрессивными средами являются вода, а также водныерастворы кислот и щелочей.
На сегодняшний день впрактике противокоррозионных работприменяются различные виды эмалей, красок,мастик, полимеррастворов и полимербетоновна основе эпоксидных связующих, являющихсяпо составу многокомпонентными системами.Однако, несмотря на значительноеколичество работ по этой проблеме, кнастоящему времени недостаточно полноизучено влияние основных составляющихкомпонентов на структуру,физико-механические и эксплуатационныесвойства эпоксидных материаловдекоративного назначения. Внаучно-технической литературе неприводятся количественные зависимостиизменения физико-механических свойствкомпозитов под воздействием химическихагрессивных сред и повышенных температур.Поведение эпоксидных материаловдекоративного назначения в биологическихсредах практически не изучено. Опыттехнологии изготовления и примененияантикоррозионных эпоксидных материаловпоказывает также, что резервы воптимизации их составов далеко неисчерпаны.
Цель и задачиисследования. Цельдиссертационной работы заключается вэкспериментально-теоретическомобосновании приемов и методов полученияэффективных антикоррозионных защитныхматериалов декоративного назначения наоснове эпоксидных связующих. Для этогопотребовалось решение следующих основныхзадач:
- установить основные закономерностиструктурообразования композитов на основеэпоксидных смол с улучшеннымидекоративными свойствами;
- разработать оптимальныесоставы декоративных композиционныхматериалов на основе эпоксидных связующихс повышенными показателями прочности,химического и биологическогосопротивления;
- установитьзакономерности изменения биостойкостилакокрасочных покрытий от свойств егокомпонентов (грунтовки, покрытия) иподложки;
- разработать программудля определения и прогнозированияизменения декоративных свойствлакокрасочных материалов, находящихся поддействием эксплуатационныхфакторов;
- установитьколичественные зависимости измененияпрочности, жесткости, долговечности идекоративных свойств композитов отсодержания составляющих компонентов иоптимизировать их составы;
- исследовать свойства иоптимизировать составы композитов спластификаторами, пигментами инаполнителями различной природы;
- составить рекомендациипо технологии применения декоративныхэпоксидных композитов и осуществить ихопытно-промышленное внедрение при защитестроительных изделий.
Научная новизна работы:
- установленызакономерности и получены количественныезависимости изменения физико-механическихсвойств антикоррозионных защитныхматериалов на эпоксидных связующих отосновных структурообразующихфакторов;
- установленызакономерности и получены количественныезависимости изменения свойствантикоррозионных защитных материалов подвоздействием химических агрессивных сред,повышенных температур и микроскопическихорганизмов;
- экспериментальнообоснована эффективность примененияфунгицидных добавок для композитов,способствующих исключению размножениямикроскопических организмов настроительных конструкциях, повышению ихфизико-механических свойств и улучшениюэкологической ситуации в зданиях исооружениях пищевой, сельскохозяйственнойпромышленности и др.;
- разработанырегрессионные математические моделипрочности и жесткости композитовдекоративного назначения отгранулометрического состава минеральнойфазы.
Практическая значимостьработы состоит в разработкеоптимальных составов антикоррозионныхзащитных материалов, пригодных дляприменения в качестве защитных покрытий вусловиях воздействия химических ибиологически агрессивных сред,разработана программа для определения ипрогнозирования изменения декоративныхсвойств лакокрасочных материалов,находящихся под действиемэксплуатационных факторов.
Внедрение результатовработы. Разработанныематериалы прошли промышленную апробацию вООО «Комбинат Теплоизоляционных Изделий»,ООО «СтройСПК», ОАО «Проектный институт„Мордовгражданпроект“» в г.Саранске.
Апробация работы. Результаты исследованийдокладывались на следующихвнутривузовских, всероссийских имеждународных конференциях: Восьмыхакадемических чтениях Отделениястроительных наук РААСН (г. Самара, 2004 г.);Всероссийской научно-практическойконференции «Градостроительство,реконструкция и инженерное обеспечениеустойчивого развития городов Поволжья» (г.Тольятти, 2004 г.); Международнойнаучно-технической конференции«Актуальные вопросы строительства» (г.Саранск, 2004, 2007, 2009 гг.); IV республиканскойнаучно-практической конференции «Наука иинновации в Республике Мордовия» (г.Саранск, 2005 г.); Х научной конференциимолодых ученых, аспирантов и студентовМордовского государственногоуниверситета имени Н. П. Огарева (г. Саранск,2005 г.); XII научной конференции молодыхученых, аспирантов и студентов Мордовскогогосударственного университета имени Н. П.Огарева (г. Саранск, 2007 г.); VI Международнойнаучно-практической конференции «Проблемы и перспективы развитияжилищно-коммунального комплексагорода» (г.Москва, 2008 г.); Международнойнаучно-технической конференции «Новыеэнерго- и ресурсосберегающие наукоемкиетехнологии в производстве строительныхматериалов» (г. Пенза, 2009 г.); Международнойнаучно-практической конференции«Эффективные материалы, технологии, машиныи оборудование для строительства иэксплуатации современных транспортныхсооружений» (г. Белгород, 2009 г.); XIVМеждународной научно-техническойконференции «Строительство. Коммунальноехозяйство. Энергосбережение – 2010» (г. Уфа, 2010 г.);региональной научно-практическойконференции «Научный потенциал молодежи– будущемуМордовии» (г. Саранск, 2010 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 25работ (в том числе три статьив центральных рецензируемых изданиях,рекомендованных ВАК РФ),получен патентна изобретение и зарегистрированапрограмма для ЭВМ.
Объем работы. Диссертационная работа состоит извведения, 6 глав, общих выводов, спискалитературы, приложений. Онаизложена на 176листах машинописного текста,включает 34 рисунка,26 таблиц, 12 приложений.
Диссертационная работавыполнена в соответствии с паспортомспециальности 05.23.05 – «Строительныематериалы иизделия», п. 5.«Разработка методов повышениястойкостистроительных изделий и конструкций в суровых условияхэксплуатации».
Основное содержаниеработы
Во введении раскрывается актуальность проблемы,связанной с разработкой антикоррозионныхзащитных покрытий декоративногоназначения, эксплуатируемых в условияхвоздействия химических и биологическихагрессивных сред.
В первой главе приведены обзор и анализотечественной и зарубежной литературы вобласти получения и применения композитовдекоративного назначения.
Рассмотрены основныевиды лакокрасочных покрытий для защиты строительныхконструкций и области ихприменения. Приведены сведения о материалах, используемых для получениязащитныхпокрытий на основеполимеров.Описаны составляющие компоненты(отвердители,пластификаторы, наполнители, растворители и др.)антикоррозионных защитных материалов.
Отмечено, что наибольшееприменение в условиях воздействияагрессивных сред получили покрытия наоснове эпоксидных смол. Показаныпреимущества их применения, благодаряшироким возможностям модификации инаправленного регулированияэксплуатационных характеристикэпоксидных смол. Рассмотрено применение физико-химических методов модификацииэпоксидных композитов:введениетвердыхнерастворимых наполнителей изаполнителей,ПАВ, инертных пластификаторови разбавителей. Показаназависимость изменения физико-механических иэксплуатационных свойств эпоксидныхкомпозитов от вида и свойств составляющихих компонентов. Отмечено, что зависимости изменения свойств декоративных эпоксидныхматериалов от вида и свойств составляющих компонентов(пластификаторов, наполнителей,пигментов) и эксплуатационных сред исследованы недостаточнополно.
Во второй главе определяются цель и задачиисследований, приводятся характеристикиприменяемых материалов, описаны методыэкспериментальных исследований.
В качестве связующегоиспользовалась эпоксидная смола маркиЭД-20. Отвердителем для нее служил полиэтиленполиамин. Вкачестве модификаторов рассматривалисьдибутилфталат, диоктилфталат, карбамиднаясмола марки ПКП-52,фурфуролацетоновый мономер. В качественаполнителей использовались мел,портландцемент, хризотиласбест, аэросил, кварцевая мука,графит. Дляизготовленияматериалов декоративногоназначения применялисьорганические и неорганические пигменты. Выбор пигментовопределялся их свойствами: цветом,укрывистостью, степенью атмосферо-, кислото-и щелочестойкости. Использованныематериалы удовлетворяют требованиямсоответствующих ГОСТ и ТУ.
При определениифизико-технических свойств лакокрасочныхматериалов (ЛКМ) применялись современныефизико-механические, химико-биологическиеи математические методы исследований,регламентируемые действующими ГОСТами.Исследование структурныхизменений полимерныхкомпозиций осуществлялосьметодом полуколичественнойфурье-ИК-спектроскопии. Приисследовании биостойкости применяласьстандартная среда мицелиальных грибов.Оценка обрастаемостиматериалов мицелиальными грибами проводилась согласно ГОСТ9.049–91 (метод 1–определение наличия грибостойких свойстви метод 3 –определениеналичия фунгицидных свойств). Физико-механические свойства наповерхности образцов определялисьпутем внедрения в материалконусообразного индентора (КИ) с помощьюконсистометраГеплера. При исследованиихимической стойкости композиционныхматериалов вкачестве агрессивных сред использовались горячая вода, 10% растворыгидрооксида калия, натрия, серной, азотной,лимонной и янтарной кислот, керосин, бензин,машинное масло. Оценкадекоративных свойств производилась сприменением компьютерной техники ипериферийных устройств с помощьюразработанной программы в среде MATLAB.Статистическая обработка и построение графиковвыполнялись с применением программногокомплекса «Фактор», разработанного на кафедрестроительных материалов и технологий МГУим. Н. П. Огарева.
В третьей главе приведеноэкспериментально-теоретическоеобоснование методов создания материаловдекоративного назначения с улучшеннойструктурой и повышеннымифизико-техническими показателями.Исследованы процессыструктурообразования декоративныхэпоксидных композитов, содержащих в своемсоставе различные пигменты. При выполненииисследований введение пигментов в смолуосуществлялось в соответствии сминимальным количеством, требуемым дляобеспечения укрывистости. Исследование структурныхизменений составов во времятвердения осуществлялосьметодомИК-спектроскопии, основанным на поглощенииотдельных функциональных групп в ИК-области. Остепени отверждения композиций судили поизменению максимума поглощения при 829см–1, соответствующего эпоксидной группе. Дляболее точного определения коэффициентаэкстинкцииполос поглощения связейиспользован метод внутреннегостандарта, в качестве которого служилаполоса поглощения колебаний ароматическихколец в эпоксидных смолах (1508 см–1). Отношениеплощадеймаксимумов поглощения или их высот было принято за показатель относительной степени отверждения.Сопоставление ИК-спектровпленок непигментированного эпоксидногокомпозита и составов с различнымипигментами показывает, что на степень полимеризациибольшое влияние оказывает природаприменяемого пигмента (табл.1).
Таблица 1
Экспериментальныеданные об относительной степениотверждения составов
| №состава | Типпигмента | Относительная степеньотверждения |
| 0 | –– | 1 |
| 1 | 960 Синийсинтетический | 1,35 |
| 2 | Fepren Y-710 желтыйж/о | 0,92 |
| 3 | Красный ж/о | 1,14 |
| 4 | Коричневыйж/о | 1,17 |
| 5 | Fepren TP-ЗОЗкрасный ж/о | 0,92 |
| 6 | S5605 зеленыйж/о | 1,09 |
| 7 | FeprenHM-470 коричневый ж/о | 0,84 |
| 8 | S722 черный ж/о | 0,86 |
| 9 | Titanium dioxide R-200белый | 0,66 |
| 10 | Сурикжелезный | 0,93 |
| 11 | Железоокисный желтый | 1,09 |
| 12 | Глауконитовый зеленый | 1,95 |
| 13 | Кобальтфиолетовый темный | 1,54 |
| 14 | Алюминиеваяпудра | 1,26 |
| 15 | Лазурьжелезная | 1,91 |
| 16 | Свинцовыйкрон | 0,78 |
| 17 | Охрасветлая | 1,22 |
Из полученныхрезультатов видно, что наибольшая степеньотверждения соответствует композитам, вкоторых в качестве пигментов применялись:глауконитовый зеленый, кобальт фиолетовыйтемный, лазурь железная, охра, алюминиеваяпудра, железоокисный желтый, 960 синийсинтетический, красный ж/о, коричневый ж/о изеленый ж/о. Из рассмотренных составовстепень отверждения ниже на 22 % посравнению с непигментированнымиматериалами показали составы с пигментамиTitanium dioxide R-200 белый и свинцовый крон,которые являются скорее всегокатализаторами замедления полимеризацииэпоксидной смолы.
Установлены показатели прочности идеформативности лакокрасочных эпоксидныхматериалов с различными пигментами (рис.1).
Рис. 1. Относительноеизменение прочности эпоксидных композитовпри введении различныхпигментов: – прочность при изгибе (Rи); – прочность при сжатии (Rсж);
– модуль упругости(Есж)
Выявлено, что за счетцеленаправленного выбора пигмента можно вшироких пределах регулироватьдеформационно-прочностные свойства ЛКМ.Повышение прочности на сжатие достигаетсяза счет введения в их состав следующихпигментов: глауконитового зеленого, Fepren Y-710желтого ж/о, S5605 зеленого ж/о, Fepren HM-470коричневого ж/о, Titanium dioxide R-200 белого, сурикажелезного, алюминиевой пудры, 960 синегосинтетического. Прочность при изгибе имодуль упругости у всех рассмотренныхсоставов несколько ниже, чем унеокрашенных.
Исследовано влияниебиологически активных сред на защитныепокрытия и поверхности, на которые онинаносятся. Рассматривалисьтри варианта конструктивных решений:подложка без покрытия; с покрытием наоснове эпоксидной смолы; с покрытием наоснове эпоксидной смолы с фунгициднойдобавкой. В качестве последней применялипрепарат «Тефлекс. Антиплесень».
При испытаниях пометоду 3 биоцидные свойства показалиобразцы, которые были покрыты эпоксиднымикомпозициями, содержащими фунгициднуюдобавку (табл. 2).
Таблица 2
Исследование биостойкостиобразцов
| № п/п | Тип образца | Степень обрастания,баллы | Характеристика по ГОСТ 9.049–91 | |
| по методу 1 | по методу 3 | |||
| 1 | Образец из древесины | 3 | 5 | Негрибостоек, нефунгициден |
| 2 | Образец из древесины, покрытый эпоксидным составом | 2 | 4 | Грибостоек, нефунгициден |
| 3 | Образец из древесины, покрытый биоциднымсоставом | 0 | 1 | Фунгициден |
| 4 | Образец из металла | 3 | 5 | Негрибостоек, нефунгициден |
| 5 | Образец из металла, покрытый эпоксиднымсоставом | 2 | 4 | Грибостоек, нефунгициден |
| 6 | Образец из металла,покрытыйбиоцидным составом | 0 | 1 | Фунгициден |
| 7 | Образец из цементно-песчаногораствора | 3 | 5 | Негрибостоек, нефунгициден |
| 8 | Образец из цементно-песчаного раствора,покрытыйэпоксидным составом | 2 | 4 | Грибостоек, нефунгициден |
| 9 | Образец из цементно-песчаного раствора, покрытый биоциднымсоставом | 0 | 1 | Фунгициден |
Далееизучалосьизменениефизико-механических свойств наповерхностиподложек (образцов из древесины, цементно-песчаногораствора и металла) как с покрытиями, таки без покрытий в условияхвоздействия мицелиальных грибов. Вкачестве контролируемого показателя была принятатвердость на поверхности подложек. Образцы втечение 6 месяцев выдерживались встандартной среде мицелиальныхгрибов, затемзащитное покрытие с них снималось, и исследовалисьфизико-механические свойства. Выявлено, что защитная пленка на основелакокрасочных материалов с биоцидной добавкойспособствует сохранению первоначальныхсвойств материалов, на которые онинаносятся (рис. 2). При длительныхсроках выдерживания (до 6 мес.) коэффициент изменениятвердости образцов, покрытых биоциднымсоставом, практически близок к 1, т. е.образцы,защищенные фунгициднымсоставом,сохранили своисвойства.
Таким образом,результаты эксперимента свидетельствуют осущественномизменении физико-механических свойствматериалов на поверхности послевоздействия плесневых грибов, а защитаконструкций фунгицидными составами способствуетповышению их биологическогосопротивления.
а)
б)
в)
Рис. 2.Изменение твердостиобразцов после воздействия биологической среды: а)из древесины; б) из металла; в) изцементно-песчаного раствора; 1 – образец безпокрытия; 2 –образец, покрытый эпоксидным составом; 3 – образец, покрытыйэпоксидным составом с фунгицидной добавкой
Разработан метод оценкидекоративных свойств покрытий,позволяющий качественно моделироватьизменение цвета материалов различногосостава. Реализация программы основана наприменении компьютерногомоделирования. По методикевначале производитсясканирование образца, неподверженного воздействию агрессивных сред,создание файла в одном из графическихформатов,например jpeg(jpg) или tiff (tif). Потом в тойже последовательности осуществляетсяанализ образцов, выдержанных вагрессивных средах.Полученныефайлы могут быть размещены влюбой директории операционной системы.Анализ цветности осуществляется попрограмме, результаты выполнениякоторойзаписываются в отдельные текстовые файлы ивыводятся в графическом виде для визуальногоконтроля. За основуколичественной оценки изменения цвета поповерхности образца берут средниеарифметические значения составляющих кодаRGB, который формируется при чтенииизображения, а также значения выборочнойдисперсии, приведенную погрешность (в %)изменения составляющих кода RGB поповерхности образца от средних значенийсоставляющих кода RGB. По результатам(средним значениям составляющих кодов RGB,выборочной дисперсии, приведеннымпогрешностям), полученным после обработки,судят об изменении цвета образцов,подвергнутых действию агрессивных сред или других эксплуатационных факторов, посравнению с контрольными образцами. Результаты анализацветности записываются в отдельныетекстовыефайлы и выводятся в графическом виде длявизуального контроля.
Схема алгоритмапрограммы приведена на рис. 3.
Рис. 3. Схема алгоритмапрограммы для анализа цвета поверхностиобразцов
лакокрасочныхматериалов
На рис. 4 приведенпример применения программы. Рассмотрен процессизмененияцвета поверхности образцаиз эпоксидной смолынаполненного портландцементом и пигментом S5605 зеленым после выдерживания его втечение 12часов в горячей воде.
а)б)
д)е)
и)к)
Рис. 4. Обработкарезультатов эксперимента с применениемразработанной программы:
а, б – цвет контрольногосостава,не подверженного агрессивномувоздействию,и образца после воздействия агрессивнойсреды; в, г –усредненный цвет образцов, контрольного ипосле воздействия агрессивной среды; д, е – средние значениякодов RGBобразцов, контрольного и после воздействияагрессивной среды; ж, з – приведенныепогрешности кодов RGB образцов, контрольного и послевоздействия агрессивной среды; и, к – исправленнаявыборочнаядисперсия кодов RGB образцов, контрольного и послевоздействия агрессивной среды
В результате обработкиотсканированных образцов (контрольного иподверженного воздействию нагретой воды,рис. 4 а и б) получены средние значения кодов RGB, которыесоставляют: для контрольного образца,не подверженного воздействию среды:красный – 6,428;зеленый –29,895; синий– 8,813; после 12часов выдерживания образцав горячей воде: красный – 42,588; зеленый– 84,573; синий– 59,746. Таким образом,числовые значения кодов RGB подтверждаютизменение цвета поверхности образцовпосле старения материалов подвоздействием эксплуатационногофактора.
В четвертойглаве рассмотрены вопросымоделирования свойствэпоксидныхкомпозитов спластифицирующими добавками. Исследовано влияние на свойствалакокрасочных материалов пластификаторов,отличающихся взаимодействием с эпоксидной смолой:диоктилфталата (ДОФ), роль которого сводится к изменениюмежмолекулярного и внутримолекулярноговзаимодействия пространственной структуры;карбамидной смолы, содержащей функциональные группы,способныевзаимодействовать с реакционными группамисмолы с образованием трехмерного продукта;фурфуролацетонового мономера (ФАМ), способноговзаимодействовать с отвердителемсмолы. В качествеисследуемых свойств рассмотрены прочностныепоказатели при сжатии (Rсж),изгибе (Rи), растяжении(Rр), а также модуль упругости (Есж).Исследования проведены сприменением математических методов планированияэксперимента. В качестве матрицы планирования использован план Коно.Матрица планирования ирезультатыэксперимента длямодифицированных композитов приведены в табл. 3 и 4.
Таблица 3
Матрица планирования ирабочие составыпластифицированных композитов
| № состава | Кодированные значения факторов | Натуральные значения факторов (содержание компонентов, мас. ч.) | ||||
| Х1 | Х2 | отвердителя | диоктилфталата | карбамиднойсмолы | фурфуролацетонового мономера | |
| 1 | -1 | -1 | 8 | 0 | 0 | 0 |
| 2 | 0 | -1 | 10 | 0 | 0 | 0 |
| 3 | +1 | -1 | 12 | 0 | 0 | 0 |
| 4 | -1 | 0 | 8 | 6 | 6 | 12 |
| 5 | 0 | 0 | 10 | 6 | 6 | 12 |
| 6 | +1 | 0 | 12 | 6 | 6 | 12 |
| 7 | -1 | +1 | 8 | 12 | 12 | 24 |
| 8 | 0 | +1 | 10 | 12 | 12 | 24 |
| 9 | +1 | +1 | 12 | 12 | 12 | 24 |
Таблица 4
Результаты исследований
| № состава | Показатели для составов с диоктилфталатом,МПа | Показатели для составов с карбамидной смолой,МПа | Показатели для составов сфурфуролацетоновым мономером, МПа | |||||||||
| Rсж | Rи | Rр | Есж·103 | Rсж | Rи | Rр | Есж·103 | Rсж | Rи | Rр | Есж·103 | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 |
| 1 | 100,1 | 50,9 | 48,9 | 1,90 | 100,1 | 50,9 | 48,9 | 1,90 | 103,3 | 114,7 | 56,8 | 1,87 |
| Окончание табл. 4 | ||||||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 |
| 2 | 108,9 | 81,0 | 65,2 | 1,95 | 108,9 | 81,0 | 65,2 | 1,95 | 104,2 | 114,1 | 73,1 | 2,06 |
| 3 | 105,0 | 73,2 | 48,8 | 1,63 | 105,0 | 73,2 | 48,8 | 1,63 | 107,7 | 116,9 | 62,8 | 2,02 |
| 4 | 105,6 | 48,5 | 70,5 | 2,04 | 107,6 | 26,7 | 42,7 | 1,31 | 65,2 | 33,2 | 53,0 | 1,09 |
| 5 | 117,6 | 61,8 | 82,3 | 2,07 | 114,9 | 44,0 | 38,3 | 1,31 | 113,7 | 61,2 | 84,0 | 2,16 |
| 6 | 117,2 | 44,1 | 68,1 | 2,02 | 119,1 | 56,5 | 73,4 | 1,28 | 120,3 | 54,8 | 43,3 | 1,89 |
| 7 | 82,8 | 21,0 | 54,2 | 1,43 | 72,8 | 5,8 | 23,2 | 1,06 | 45,2 | 4,6 | 20,6 | 0,11 |
| 8 | 102,2 | 65,5 | 55,0 | 1,86 | 92,0 | 22,3 | 33,1 | 1,02 | 38,3 | 22,4 | 52,3 | 0,28 |
| 9 | 105,1 | 62,5 | 67,2 | 1,96 | 93,0 | 58,0 | 32,8 | 1,28 | 73,2 | 23,5 | 48,9 | 1,13 |
После обработкирезультатов эксперимента установлены зависимости измененияфизико-механических свойств лакокрасочныхматериалов на эпоксидных связующих от видаи количественного содержания пластификаторов:
при модификациидиоктилфталатом (ДОФ):
Rсж= 114,98+6,53X1–3,35X2–5,68X12+5,65X1X2–9,86X22,
Rи = 64,40+9,90X1–9,35X2–19,40X12+4,80X1X2+7,55X22,
Rр = 78,91+1,72X1+2,22X2–7,92X12+3,22X1X2–17,12X22,
Eсж103 =2,13+0,04X1–0,04X2–0,13X12+0,20X1X2–0,25X22;
примодификации карбамидной смолой(ПКП-52):
Rсж= 113,88+8,62X1–10,123X2–5,513X12+5,18X1X2–15,613X22,
Rи =45,011+17,383X1–19,833X2–3,917X12+7,475X1X2+6,13X22,
Rр = 54,067+8,367X1–12,3X2+1,1X12+2,425X1X2–12,8X22,
Eсж103 =1,31–0,013X1–0,353X2–0,017X12+0,122X1X2+0,173X22;
при модификациифурфуролацетоновым мономером (ФАМ):
Rсж= 98,239+18,44X1–29,645X2–1,083X12+8,643X1X2–20,7X22,
Rи= 55,033+7,117X1–49,2X2–7,95X12+4,175X1X2+16,3X22,
Rр =71,307+2,887X1–11,017X2–16,82X12+9,25X1X2–18,41X22,
Eсж103= 1,92+0,37X1–0,738X2–0,123X12+0,212X1X2–0,548X22.
По уравнениямпостроены графики зависимости, изкоторых следует, что повышенныепоказатели прочности при сжатии ирастяжении достигаются при содержаниина 100 мас. ч. смолы:диоктилфталата 4–8 мас. ч. и полиэтиленполиамина9–11мас. ч.; карбамидной смолы 0–6 мас. ч. и ПЭПА 8–10 мас. ч.; фурфуролацетонового мономера0–12 мас. ч. иПЭПА 8–10 мас. ч. При введениипластификаторов во всех случаях происходитснижение модуля упругости композитов.
Изучено влияние природы подложки(на основе древесины, металла, цементногокомпозита), природы и количественногосодержания пластификатора в эпоксидном полимере наадгезионную прочность покрытий. Адгезияисследовалась по методу силы отрываштифтов от подложки. Исследуемые составы и результаты испытанийприведены в табл. 5.
Таблица 5
Результатыэксперимента
| № состава по матрицепланирования | Адгезионная прочность эпоксидныхкомпозитов, МПа | ||
| кдревесине | кметаллу | кцементному композиту | |
| Составы, пластифицированныедиоктилфталатом | |||
| 1 | 5,54 | 5,00 | 4,12 |
| 2 | 5,41 | 6,53 | 5,08 |
| 3 | 4,04 | 7,27 | 5,14 |
| 4 | 3,35 | 12,67 | 8,12 |
| 5 | 6,34 | 12,55 | 8,15 |
| 6 | 4,33 | 12,18 | 12,86 |
| 7 | 5,18 | 10,53 | 7,72 |
| 8 | 6,13 | 11,42 | 10,36 |
| 9 | 5,14 | 11,98 | 10,85 |
| Составы, пластифицированные карбамиднойсмолой | |||
| 1 | 5,54 | 5,00 | 4,12 |
| 2 | 5,41 | 6,53 | 5,08 |
| 3 | 4,04 | 7,27 | 5,14 |
| 4 | 4,50 | 4,34 | 5,45 |
| 5 | 4,29 | 6,88 | 6,25 |
| 6 | 3,61 | 12,38 | 10,03 |
| 7 | 4,09 | 2,84 | 4,09 |
| 8 | 4,31 | 6,35 | 6,31 |
| 9 | 4,09 | 7,85 | 8,19 |
| Составы, пластифицированные фурфуролацетоновыммономером | |||
| 1 | 6,10 | 12,51 | 10,03 |
| 2 | 5,09 | 12,22 | 6,67 |
| 3 | 2,98 | 10,82 | 6,83 |
| 4 | 6,45 | 10,18 | 6,78 |
| 5 | 3,77 | 11,56 | 11,74 |
| 6 | 7,13 | 11,86 | 9,94 |
| 7 | 5,79 | 5,94 | 9,76 |
| 8 | 4,94 | 12,23 | 8,67 |
| 9 | 7,10 | 10,98 | 7,37 |
Согласно полученнымрезультатам, при введении диоктилфталатадо 6 мас. ч. на 100 мас. ч. смолыадгезия эпоксидныхпокрытий к деревянным поверхностямнесколькоуменьшается, а при введении в составыкарбамидной и фурановой смол рассматриваемыйпоказатель увеличивается. Высокойадгезией к металлическим поверхностям обладаютсоставы, пластифицированныедиоктилфталатом и фурфуролацетоновым мономером.Максимальные значения данного показателя (12,5 МПа и выше)характерны для составов,содержащих компоненты в следующихколичественныхсодержаниях (мас. ч.): ДОФ– 6,ПЭПА – впределах 8–12;ФАМ – 12, ПЭПА– в пределах 9–11 на 100 мас. ч.ЭД-20. Адгезия эпоксидных композиций кповерхностям из цементно-песчаногораствора привведении диоктилфталата и карбамиднойсмолы в больших количествах уменьшается.При модификации составовфурфуролацетоновым мономером максимальнаяадгезионнаяпрочность (10–11 МПа) характерна длясоставов,содержащих 6–16 мас. ч.ФАМ и 9–11мас. ч. ПЭПА на 100мас. ч.смолы.
Исследована стойкостьэпоксидных композитов в эксплуатационнойсреде, полученыколичественные зависимости измененияводостойкости составов. Поматематическим моделям построеныграфические зависимости изменения свойствкомпозитов на основеэпоксидной смолы ЭД-20 от содержанияпластификатора и отвердителя привыдерживании в нагретой воде в течение 12часов (рис. 5).
а)б)в)
г)д)е)
ж)з)и)
Рис. 5.Зависимости изменения массосодержания(а, г, ж),коэффициентов стойкости по прочности при изгибе(б, д, з),прочности при сжатии (в, е,и) от содержанияполиэтиленполиамина и пластификаторов после 12часов выдерживания композитов в воде притемпературе90 оС
Из графиков следует, чтопри введении повышенного количествадиоктилфталата увеличиваетсяводопоглощение образцов и снижается прочность при изгибе исжатии после воздействия среды. Полученныерезультаты также свидетельствуют о том,что при содержании отвердителя в количестве 8–10 мас. ч. на100 мас. ч. эпоксидной смолы при введении вданные составы карбамидной смолыпрочность практически не снижается послевоздействия на образцы горячей воды.Установлено, что уобразцов,модифицированных ФАМ, на начальных этапахвыдерживания в агрессивной среде увеличивается прочность приизгибе, но потом она снижается, и увеличиваетсямодульупругостиматериалов.
Выявлены изменениясоотношения цветовых тонов спектраэпоксидных пигментированных композитов сразличными пластификаторами послевоздействия воды, нагретой до t =90 оС (рис. 6).
а)
б)
в)
Рис. 6. Относительныезначения изменения кодов RGB после 12 часов воздействиягорячей воды на составы, пластифицированные диоктилфталатом (а), карбамиднойсмолой (б), фурфуролацетоновым мономером (в)
Установлено, что болеевысокой стойкостью к изменению цветностиобладают составы, пластифицированныедиоктилфталатом; составы, модифицированные ФАМ и карбамиднойсмолой,показали более низкие результаты.
В пятой главе исследованыфизико-технические свойства ЛКМ с различными наполнителями. Установленыколичественные зависимости измененияфизико-механических свойствлакокрасочных материалов на эпоксидныхсвязующих отвида и количественногосодержания наполнителя (рис. 7).
б)
в)
г)
д) 
е) 
Рис. 7. Зависимостьизменения прочности имодуля упругости эпоксидныхкомпозиций
от содержанияпортландцемента (а), кварцевого порошка (б),графита (в), мела (г),
асбеста (д) и аэросила(е):– прочность при сжатии(Rсж);– прочность
при изгибе (Rи); – модуль упругости (Есж).
Повышенные показателипрочности наблюдаются при оптимальном содержаниинаполнителей, которое составляет для портландцемента – 120мас. ч.; кварцевой муки – 30–60мас. ч.; мела – 80 мас. ч.; хризотиласбеста– 6 мас. ч.; аэросила – 1,5 мас. ч.на 100 мас. ч. эпоксидной смолы ЭД-20. Введениеграфита приводит к уменьшениюпрочности относительно ненаполненных композитов.
Получены количественныезависимости изменения массосодержания икоэффициента водостойкости окрашенныхнаполненных эпоксидных композитов привыдерживании в нагретой воде в течение 12часов от вида и количества наполнителя.Полученные результатысвидетельствуют о том, что при введениинаполнителей в большинстверассмотренных случаев не происходитснижения прочности композитов посравнению с ненаполненными составамипосле воздействия агрессивной среды.Установлено, что при введении портландцемента, кварцевой муки, хризотиласбеста и аэросила массосодержание образцов практически неизменилось.
Получены зависимостиизменения цветности наполненныхэпоксидных композитов, содержащихпигменты,при выдерживании в нагретой воде. На рис. 8показанырезультаты в случае применения пигмента зеленого S5605(производство Китая).
Рис. 8. Относительное изменение цветовыхтонов (1 –красного, 2 –зеленого, 3 –синего) лакокрасочных материалов послевыдерживания в воде при температуре 90оС в течение12 часов в зависимости от содержаниянаполнителей: а) портландцемента; б)кварцевой муки;
в) графита; г) мела; д)хризотиласбеста; е) аэросила
Проведенныеисследования показали, что применениенаполнителей оказывает существенноевлияние на стойкость материалов в условияхвоздействия агрессивных сред. Выявлено,что у эпоксидных композитов не происходитизменения соотношения цветовых тоновспектра при наполнении их аэросилом,хризотиласбестом и мелом независимо отколичества наполнителя, а у составов,наполненных графитом и цементом,происходит достаточно значительноеизменение цветности относительнопервоначальных испытаний.
Оптимальныефизико-технические показатели композитовдостигаются при применении наполнителейразличной природы. Предыдущимиисследованиями установлены высокиепоказатели при применении пигмента Fepren Y-710желтый ж/о и в качестве наполнителя – мела. В связи с этимполучение регрессионных математическихмоделей отношения полимер–наполнитель,прочности и жесткости эпоксидныхкомпозитов в зависимости отгранулометрического состава наполнителяпредставляет значительный интерес.Оптимизационные исследования выполнялисьс помощью математических методовпланирования эксперимента посимплекс-решетчатому плану Шефе. Запостоянные факторы, определяющие равныеусловия проведения опытов, были выбраны:содержание вяжущего иотвердителя и вязкость полимерминеральнойкомпозиции.Гранулометрический составкомплексного наполнителя варьировался натрех уровнях: пигмент фракции менее 0,071 мм (Х1); мел фракции 0,071–0,16 мм (Х2); мел фракции 0,16–0,315мм (Х3). Матрицапланирования и результаты экспериментаприведены в табл. 6.
Таблица 6
Матрица планирования ирезультаты эксперимента
| № п/п | Кодированные значенияфакторов | Состав компонентов в масс. ч. | Показатели | |||||||
| Х1 | Х2 | Х3 | наполнитель | смола | отвердитель | П/Н | Rсж, МПа | Rи, МПа | Есж103,МПа | |
| 1 | 1 | 0 | 0 | 8,2 | 100 | 10 | 12,2 | 83,75 | 25,75 | 1,44 |
| 2 | 0 | 1 | 0 | 16 | 99 | 9,9 | 6,2 | 91,09 | 24,85 | 1,84 |
| 3 | 0 | 0 | 1 | 16 | 98 | 9,8 | 6,1 | 93,25 | 22,96 | 2,44 |
| 4 | 0,333 | 0,667 | 0 | 13,4 | 96 | 9,6 | 7,2 | 87,89 | 22,44 | 1,60 |
| 5 | 0,333 | 0 | 0,667 | 13,4 | 96 | 9,6 | 7,2 | 97,71 | 23,30 | 2,49 |
| 6 | 0 | 0,333 | 0,667 | 16 | 98 | 9,8 | 6,1 | 97,41 | 28,72 | 2,36 |
| 7 | 0,667 | 0,333 | 0 | 10,8 | 95,6 | 9,56 | 8,9 | 91,72 | 27,54 | 2,03 |
| 8 | 0,667 | 0 | 0,333 | 10,8 | 95,5 | 95,5 | 8,8 | 97,54 | 22,52 | 2,69 |
| 9 | 0 | 0,667 | 0,333 | 16 | 98,2 | 98,2 | 6,1 | 92,09 | 22,78 | 4,08 |
| 10 | 0,333 | 0,333 | 0,333 | 13,4 | 97 | 9,7 | 7,2 | 93,51 | 25,46 | 2,20 |
Статистическаяобработка результатов экспериментапозволила получить зависимости отношенияполимер-наполнитель (П/Н), прочности приизгибе (Rи),прочности при сжатии (Rcж), модуля упругости(Есж)эпоксидных композитов отгранулометрического составанаполнителей:
П/Н =12,20Х1 + 6,20Х2 + 6,10Х3– 5,18Х1Х2 – 5,18Х1Х3 – 0,23Х2Х3 – 2,03(Х1+ Х2) – 2,93(Х1+Х3) – 0,23(Х2+Х3) + 5,63Х1Х2Х3,
Rи = 27,75Х1 +24,85Х2 +22,96Х3 – 5,90Х1Х2 – 11,00Х1Х3 + 8,30Х2Х3 + 27,90(Х1+ Х2) – 16,04(Х1+Х3) – 44,35(Х2+Х3) + 33,17Х1Х2Х3,
Rcж= 83,75Х1 + 91,09Х2 +93,25Х3 +10,73Х1Х2 + 41,09Х1Х3 + 11,61Х2Х3 + 42,37 (Х1+Х2) + 20,20(Х1+ Х3) – 31,05(Х2+ Х3) – 78,04Х1Х2Х3,
Есж103= 1,50Х1 + 1,80Х2 +2,50Х3 +0,68Х1Х2 + 2,70Х1Х3 + 4,95Х2Х3 + 3,38(Х1+ Х2) + 3,60(Х1+Х3) + 13,05(Х2+ Х3) – 17,78Х1Х2Х3.
Графическиезависимости изменения свойств композитовот гранулометрического состава дисперснойфазы приведены на рис. 9.
Рис. 9. Зависимостьотношения полимер–наполнитель (а), прочности приизгибе (б), прочности при сжатии (в) и модуляупругости (г) эпоксидных композитов отгранулометрического составанаполнителей
Из результатовисследований следует, что наиболее высокие показателипрочности достигаются при содержаниидисперсной фазы следующей крупности: пигментфракции менее 0,071 мм – 20%, мел фракций 0,071–0,16 мм – 20%, мел фракций0,16–0,315 мм– 60 %.Применение наполнителей указанныхсоставов позволяет повысить прочность присжатии полимерных окрашенных композицийна 15 %, а прочность при изгибе на 30 %.
Шестая глава посвящена исследованию химическойи биологической стойкости композитов наоснове эпоксидной смолы и пигментовразличной природы. В табл. 7 и 8 приведенысоставы, которые были выдержаны вагрессивных средах в течение 1 года, ирезультаты испытаний.
Таблица 7
Исследуемыесоставы
| № состава | Количественное содержаниекомпонентов на 100 мас. ч. смолы ЭД-20,мас. ч. | Видприменяемого пигмента |
| 1 | ПЭПА– 8;растворитель-646 – 5 | Железноокисный желый |
| 2 | ПЭПА– 10;растворитель-646 – 5 | Глауконитовый зеленый |
| 3 | ПЭПА– 12;растворитель-646 – 10 | Алюминиевая пудра |
| 4 | ПЭПА– 12;растворитель-646 – 5 | Лазурьжелезная |
| 5 | ПЭПА– 12;растворитель-646 – 10 | Белилацинковые |
| 6 | ПЭПА– 8;растворитель-646 – 10; дибутилфталат – 5 | Охрасветлая |
| 7 | ПЭПА– 10;растворитель-646 – 10; дибутилфталат – 5 | Сурикжелезный |
| 8 | ПЭПА– 12;растворитель-646 – 10; дибутилфталат – 5 | Кобальт фиолетовыйтемный |
| 9 | ПЭПА– 12;дибутилфталат – 10 | Свинцовый крон |
Таблица 8
Стойкость ЛКМ последействия агрессивных сред
| №состава | Исследуемые среды | |||||||||
| Вода | 10%раствор H2SO4 | 10%растворН2NO3 | 10 %раствор NaOH | 10 %растворКОН | 10%лимонной кислоты | 10%растворянтарной кислоты | Машинное масло | Бензин | Керосин | |
| Изменение массосодержания, % | ||||||||||
| 1 | 2,72 | 1,81 | 2,27 | 1,42 | 1,26 | 1,89 | 2,52 | 3,00 | 0,21 | 1,01 |
| 2 | 2,31 | 4,12 | 1,85 | 1,26 | 0,78 | 1,16 | 0,88 | 0,36 | 0,08 | 1,23 |
| 3 | 4,39 | 6,04 | 5,36 | 1,41 | 1,55 | 2,24 | 2,88 | 1,07 | 0,35 | 0,97 |
| 4 | 4,01 | 9,24 | 3,60 | 1,38 | 0,76 | 1,49 | 2,01 | 0,70 | 0,28 | 0,94 |
| 5 | 3,62 | 10,95 | 6,00 | 1,65 | 1,30 | 3,47 | 2,93 | 1,71 | 0,98 | 0,58 |
| 6 | 3,05 | 1,95 | 2,05 | 1,98 | 1,56 | 2,26 | 1,99 | 0,17 | 0,68 | 0,19 |
| 7 | 3,98 | 2,01 | 2,10 | 2,65 | 1,64 | 1,35 | 1,77 | 0,80 | 0,06 | 0,11 |
| 8 | 3,12 | 3,51 | 2,22 | 2,22 | 0,96 | 1,46 | 1,60 | 0,87 | 0,31 | 0,03 |
| 9 | 2,29 | 4,48 | 2,20 | 1,31 | 1,07 | 1,10 | 1,04 | 0,34 | 0,21 | 0,33 |
| Коэффициент химическойстойкости | ||||||||||
| 1 | 0,85 | 0,72 | 0,84 | 0,79 | 0,95 | 0,85 | 0,95 | 0,95 | 1,11 | 1,04 |
| 2 | 0,90 | 0,85 | 0,96 | 0,85 | 1,02 | 0,95 | 0,98 | 0,97 | 1,09 | 0,99 |
| 3 | 0,82 | 0,65 | 0,89 | 0,71 | 1,05 | 0,88 | 0,97 | 0,99 | 1,18 | 1,00 |
| 4 | 0,75 | 0,65 | 1,02 | 0,74 | 1,03 | 0,99 | 0,96 | 0,96 | 1,09 | 1,06 |
| 5 | 0,83 | 0,82 | 0,92 | 0,81 | 0,94 | 0,87 | 0,93 | 0,96 | 0,90 | 0,95 |
| 6 | 0,86 | 0,63 | 0,79 | 0,82 | 0,99 | 0,96 | 0,94 | 0,97 | 1,07 | 0,97 |
| 7 | 0,82 | 0,65 | 0,92 | 0,77 | 0,99 | 0,88 | 0,95 | 0,95 | 1,03 | 1,03 |
| 8 | 0,81 | 0,93 | 0,78 | 0,88 | 0,98 | 0,85 | 0,89 | 0,96 | 1,02 | 0,89 |
| 9 | 0,92 | 0,96 | 0,73 | 0,85 | 0,90 | 0,80 | 0,78 | 0,95 | 1,08 | 0,80 |
Изрезультатов проведенных исследований видно, что наиболееэффективными с точки зрения наличиясоответствующих физико-механическихсвойств и химического сопротивления являютсясоставы с пигментами сурикжелезный и глауконитовый зеленый. Данныесоставы выделены для практическогоприменения (табл. 11).
Нами были проведеныэкспериментальные исследования попроверке устойчивости эпоксидныхкомпозитов, содержащих в своем составерастворители, пластификаторы и пигменты, вусловиях воздействия мицелиальных грибов.Результаты исследований представлены втабл. 9.
Таблица 9
Биостойкость эпоксидныхкомпозитов в зависимости
от составляющихкомпонентов
| № сос тава | Составы композитов, мас. ч. | Степень обрастания,баллы | Характеристика грибостойкости по ГОСТ 9.049–91 | |
| Метод1 | Метод3 | |||
| Обрастаемость образцов от видаотвердителя | ||||
| 1 | ЭД-20 – 100; ПЭПА – 10 | 3 | 5 | Негрибостоек |
| 2 | ЭД-20 – 100; АСФ – 25 | 2 | 5 | Грибостоек,нефунгициден |
| Обрастаемость образцов от видарастворителя | ||||
| 3 | ЭД-20 – 100; ПЭПА – 10; ацетон – 10 | 2 | 5 | Грибостоек,нефунгициден |
| 4 | ЭД-20 – 100; ПЭПА – 10; сольвент – 10 | 3 | 5 | Негрибостоек |
| 5 | ЭД-20 – 100; ПЭПА – 10; смесьрастворителей: ацетон, этилцеллюзольв,бутилацетат, бутиловый спирт, толуол всоотношении 0,7:0,8:1:1,5:5 – 10 | 2 | 5 | Грибостоек, нефунгициден |
| Обрастаемость образцов от видапластификатора | ||||
| 6 | ЭД-20 – 100; ПЭПА – 10; ДБФ – 6 | 3 | 5 | Негрибостоек |
| 7 | ЭД-20 – 100; ПЭПА – 10; ДОФ – 6 | 3 | 5 | Негрибостоек |
| 8 | ЭД-20 – 100; ПЭПА – 10; ПКП-52 – 6 | 3 | 5 | Негрибостоек |
| 9 | ЭД-20 – 100; ПЭПА – 10; ФАМ – 12 | 3 | 4 | Негрибостоек |
| Обрастаемость составов,отвержденных ПЭПА, от вида пигмента | ||||
| 10 | ЭД-20 – 100; ПЭПА – 10; 960 синий | 3 | 5 | Негрибостоек |
| 11 | ЭД-20 – 100; ПЭПА – 10; Fepren Y-710 желтыйж/о | 2 | 4 | Грибостоек, нефунгициден |
| 12 | ЭД-20 – 100; ПЭПА – 10; красный ж/о | 4 | 5 | Негрибостоек |
| 13 | ЭД-20 – 100; ПЭПА – 10; коричневый ж/о | 4 | 5 | Негрибостоек |
| 14 | ЭД-20 – 100; ПЭПА – 10; Fepren TP-ЗОЗкрасный ж/о | 3 | 4 | Негрибостоек |
| 15 | ЭД-20 – 100; ПЭПА – 10; S5605 зеленый | 3 | 5 | Негрибостоек |
| 16 | ЭД-20 – 100; ПЭПА – 10; Fepren HM-470коричневый ж/о | 3 | 5 | Негрибостоек |
| 17 | ЭД-20 – 100; ПЭПА – 10; S722 черный ж/о | 4 | 5 | Негрибостоек |
| 18 | ЭД-20 – 100; ПЭПА – 10; Titanium dioxide R-200белый | 3 | 4 | Негрибостоек |
| Обрастаемость составов,отвержденных аминосланцефенольнымотвердителем, от видапигмента | ||||
| 19 | ЭД-20 – 100; АСФ – 25; 960 синий | 4 | 5 | Негрибостоек |
| 20 | ЭД-20 – 100; АСФ – 25; Fepren Y-710 желтыйж/о | 2 | 5 | Грибостоек, нефунгициден |
| 21 | ЭД-20 – 100; АСФ – 25; красный ж/о | 4 | 5 | Негрибостоек |
| 22 | ЭД-20 – 100; АСФ – 25; S5605 зеленый | 4 | 5 | Негрибостоек |
Из результатовисследований следует, что вид отвердителя,растворителя, пластификатора и пигментаоказывает существенное влияние нагрибостойкость материалов. Введение вкачестве отвердителя к эпоксидным смоламаминосланцефенольного препарата повышаетбиостойкость композитов. Составы, вкоторые в качестве растворителя введеныацетон или смесь растворителей, обладаютгрибостойкостью.
Повышениебиостойкости композитов достигается привведении в составы фунгицидных соединений.Нами при проведенииисследований в качестве фунгицидных добавок использовались«Тефлекс» и «Биоцик-Т». Врезультате достигнуто значительноеповышение биологической стойкостиэпоксидных композитов. Установлено проявлениефунгицидных свойств у составов при введении более 3 мас. ч. добавки «Тефлекс» и 2мас. ч. «Биоцик-Т» на 100 мас. ч.эпоксидной смолы. В табл. 10приведены данные о биостойкостимодифицированных эпоксидных композитов сдобавкой «Биоцик-Т».
Таблица 10
Биостойкость ЛКМ сфунгицидной добавкой «Биоцик-Т»
| № состава | Содержание компонентов на 100 мас. ч.смолы ЭД-20 | Количество добавки, мас. ч. | Степень обрастания, баллы | Характеристика грибостойкости поГОСТ 9.049–91 | |
| Метод1 | Метод3 | ||||
| 1 | ПЭПА – 10; ДОФ – 10 | 0 | 3 | 5 | Негрибостоек |
| 2 | 0,5 | 3 | 4 | Негрибостоек | |
| 3 | 1 | 2 | 4 | Грибостоек | |
| 4 | 2 | 2 | 4 | Грибостоек | |
| 5 | 5 | 2 | 4 | Грибостоек | |
| 6 | ПЭПА – 10; ацетон – 10 | 0 | 2 | 5 | Грибостоек |
| 7 | 0,5 | 2 | 5 | Грибостоек | |
| 8 | 1 | 2 | 5 | Грибостоек | |
| 9 | 2 | 1 | 5 | Грибостоек | |
| 10 | 5 | 0 | 4 | Грибостоек | |
| 11 | ПЭПА – 10; сольвент – 10 | 0 | 3 | 5 | Негрибостоек |
| 12 | 0,5 | 3 | 5 | Негрибостоек | |
| 13 | 1 | 2 | 5 | Грибостоек | |
| 14 | 2 | 2 | 5 | Грибостоек | |
| 15 | 5 | 2 | 5 | Грибостоек | |
Из результатовисследований следует, что добавка«Биоцик-Т» даже в малых количествах (1 %)придает составам грибостойкие свойства,что свидетельствует о возможностииспользования ее для получениялакокрасочных материалов, стойких кбиоповреждению.
Результатыисследования физико-механических свойствэпоксидных композитов с фунгициднымидобавками приведены на рис. 10.
Рис. 10. Зависимостьпрочности на сжатие (а) и при изгибе (б)эпоксидных композиций от
содержания биоциднойдобавки: 1-й состав – без добавки; 2-й состав – при введениидобавки «Тефлекс» 2,5 мас. ч.; 3-й состав– то же, 5 мас.ч; 4-й состав –то же, 7,5 мас. ч; 5-й состав – при введениидобавки «Биоцик-Т» 0,5 мас. ч.; 6-й состав -то же, 1 мас. ч.; 7-й состав – то же, 2 мас. ч.;8-й состав –то же, 5 мас. ч. на 100 мас. ч. смолы ЭД-20
Из графическихзависимостей (рис. 10) видноположительное влияние биоцидных добавок наразличные физико-технические свойстваэпоксидных композитов. Наблюдается повышение ихпрочности на сжатие при содержании добавки «Тефлекс» в количестве2,5–5 мас. ч. на 5–8 %,при изгибе –на 10–17 %. При введении добавки «Биоцик-Т» вколичестве 1–2мас. ч. прочность на сжатие увеличивается в1,09 раза, прочность при изгибе при этомнесколько уменьшается.
Установлено, чтонаиболее эффективными с точки зренияналичия соответствующихфизико-механических свойств ибиологического сопротивления являютсясоставы, приведенные в табл. 11.
Таблица 11
Рекомендуемые дляпрактического использования составы
для зданий сагрессивными химическими и биологическимисредами
| Компоненты | Содержание массовых частей всоставах | ||||||
| для зданий с агрессивными биологическимисредами | для зданий с агрессивными химическими средами | ||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | |
| Эпоксидная смола маркиЭД-20 | 100 | 100 | 100 | 100 | 98 | 100 | 100 |
| Полиэтиленполиамин | 10 | 10 | 10 | - | 9,8 | 10 | 10 |
| Аминосланцефенольный отвердитель | - | - | - | 25 | - | - | - |
| Диоктилфталат | 10 | - | - | - | - | - | - |
| Дибутилфталат | - | 5 | |||||
| Ацетон | - | 10 | - | - | - | - | |
| Сольвент | - | - | 10 | - | - | - | - |
| Растворитель марки 646 | 5 | 10 | |||||
| «Тефлекс» | - | - | - | - | 2 | - | - |
| «Биоцик-Т» | 1 | - | 1 | - | - | - | - |
| Пигмент | Fepren Y-710 желтый ж/о | Глауконитовый зеленый | Сурикжелезный | ||||
Проведеныпроизводственное внедрение результатовисследований и оценкатехнико-экономической эффективностиразработанных составов,использующихся в условиях воздействияагрессивных химических и биологическихсред.
Основные выводы
1. Установленызависимости стойкости лакокрасочныхпокрытий в агрессивной среде от свойств ихэлементов: подложки, грунтовки и самогопокрытия. Установлены закономерностиизменения твердости на поверхностиразличных материалов в зависимости от видазащитного покрытия и длительностивыдерживания в агрессивной среде.Показано, что защитная пленка на основелакокрасочных материалов с применениемэпоксидных связующих способствуетсохранению первоначальных свойствматериалов, на которые они наносятся, вхимических и биологических агрессивныхсредах.
2. Показаны особенностиработы биостойких защитных покрытий построительным конструкциям из различныхматериалов. С учетом этого при разработкесоставов защитных материалов по степениработоспособности в химических ибиологических агрессивных средахпредложено учитывать чисто химические ибиологические процессы. Проведеноисследование структурообразования,физико-механической ихимико-биологической стойкости эпоксидныхкомпозитов в зависимости от природы иколичественного содержания отвердителя,пластификатора, растворителя, пигмента,наполнителя и фунгицидной добавки.
3. Исследованы процессыструктурообразования эпоксидныхкомпозитов с улучшенными декоративнымисвойствами. Установлено, что степеньполимеризации композитных материаловопределяется видом применяемого пигмента.Степень отверждения увеличивается приприменении следующих пигментовглауконитовый зеленый, кобальт фиолетовыйтемный, лазурь железная, охра, алюминиеваяпудра, железоокисный желтый, 960 синийсинтетический, красный ж/о, коричневый ж/о,зеленый ж/о, и уменьшается с пигментамиTitanium dioxide R-200 белый и свинцовый крон.
4. Исследовано влияние на свойствалакокрасочных материалов пластификаторов, различающихсяхарактеромвзаимодействия сэпоксидной смолой. Методомматематического планированияэксперимента оптимизированы составыЛКМ спластифицирующими добавками иотвердителем – полиэтиленполиамином. Повышенныепоказатели прочности при сжатии ирастяжении достигается при содержании диоктилфталата иполиэтиленполиамина соответственно 4–8 и 9–11 мас. ч. на 100 мас. ч. смолы. Привведении до 6 мас. ч.карбамидной смолы и 12 мас.ч. отвердителядостигается максимальная прочность прирастяжении. Введение до 12 мас. ч.фурфуролацетоновогомономера и 8–10 мас. ч. ПЭПА на 100 мас.ч. смолы обусловливает повышение прочности при сжатии, амаксимальная прочность при растяжении достигаетсяпри включении 12 мас. ч. отвердителя. При введениипластификатора во всех случаях снижается модульупругости композитов. Полученыколичественные зависимости водостойкостисоставов на основе эпоксидной смолы ЭД-20от содержания пластификатора иотвердителя при выдерживании в нагретойводе в течение 12 часов.
5. Установленызакономерности измененияфизико-механических свойств лакокрасочныхматериалов на эпоксидных связующих от видаи количественного содержания наполнителя.Повышенные показатели прочности наблюдаются приоптимальном содержании наполнителей,которое составляет для портландцемента – 120 мас. ч.; кварцевоймуки –30–60 мас. ч.; мела – 80 мас. ч.;хризотиласбеста – 6 мас. ч.; аэросила– 1,5мас. ч. на 100мас. ч. эпоксидной смолы ЭД-20. Введениеграфита приводит к снижению прочностныхпоказателей относительно ненаполненныхкомпозитов. Получены количественныезависимостиизменения массосодержания и коэффициентаводостойкости окрашенных наполненныхэпоксидных композитов при выдерживании вводе с повышенной температурой в течение 12 часов от вида иколичества наполнителя. Полученныерезультаты свидетельствуют о том, что привведении наполнителей (за исключениемграфита) в большинстверассмотренных случаевпрочностькомпозитов после воздействия агрессивнойсреды не снижается.
6. Разработан методоценки декоративных свойств лакокрасочныхпокрытий, позволяющий качественномоделировать изменение цвета материаловразличного состава. Установленызакономерности изменения цветностипластифицированных и наполненныхокрашенных эпоксидных композитов привыдерживании в нагретой воде. Болеевысокой стойкостью обладают составы,пластифицированные диоктилфталатом, болеенизкие результаты показали составы,модифицированные ФАМ и карбамидной смолой.Установлено, что у эпоксидных композитовизменения соотношения цветовых тоновспектра при наполнении их аэросилом,асбестом и мелом не наблюдается, а усоставов, наполненных графитом и цементом,происходит существенное изменение цветаотносительно первоначального.
7. С учетомблагоприятного влияния на комплекссвойств пигмента Fepren Y-710 желтого ж/о инаполнителя –мела проведены оптимизационныеисследования. Получены регрессионныематематические модели отношенияполимер–наполнитель, прочности и жесткостиэпоксидных композитов с учетомгранулометрического состава дисперснойфазы: пигмента и наполнителя светлого тона.Наиболее высокиепоказатели прочности достигаются присодержаниипигмента и наполнителяследующих фракций: пигментфракции менее 0,071 мм – 20 %,мел фракций 0,071–0,16 мм – 20 %,мел фракций0,16–0,315мм – 60 %. Применение наполнителейуказанных составов позволяет повыситьпрочность при сжатии полимерныхокрашенных композиций на 15%, а прочностьпри изгибе – на30 % по сравнению с ненаполненнымисоставами.
8. Проведены комплексныеисследования химической стойкости привыдерживании в агрессивных средахв течение 12 месяцев окрашенных композицийна основеэпоксидной смолы ЭД-20. Установлено, чторассмотренные декоративные композитыявляются малопроницаемыми и химическистойкими в бензине, керосине, машинноммасле, 10% растворе гидрооксида калия. Попоказателю прочности универсальнойхимической стойкостью во всехрассматриваемых средах обладают композитыс пигментом глауконитовый зеленый.Установлено, что лучшие результаты по показателюизменения цветовых тонов спектра врастворахнеорганических кислот показали составы спигментами железоокисный желтый,свинцовый крон и сурик железный. Послевыдерживания образцов в органическихкислотах большей стойкостью к изменениюцвета обладают композиты, окрашенныесуриком железным и глауконитовым зеленым. Послевоздействия 10% растворов гидрооксидакалия инатрия у композитов с глауконитовымзеленым и алюминиевой пудрой не происходитизменения соотношения цветовых тоновспектра.
9. Проведеныисследования биостойкости эпоксидныхпигментированных композитов в зависимостиот составляющих компонентов (отвердителя,растворителя, пластификатора, пигмента). Сцелью повышения стойкостиантикоррозионных эпоксидных покрытий квоздействию биологических сред предложеновведения фунгицидных добавок. Установлено,что при использовании препаратов«Тефлекс» и «Биоцик-Т» в количестве 3 и 2мас. ч. на 100 мас. ч. эпоксидной смолылакокрасочные материалы приобретаютгрибостойкие свойства. Применениебиостойких защитных покрытий позволяетповысить долговечность конструкций иизделий, эксплуатирующихся в условияхвоздействия биологически активныхсред, и улучшить экологическую ситуацию взданиях и сооружениях.
10. Практическаяапробация основных результатовдиссертационного исследования в ООО«Комбинат Теплоизоляционных Изделий» иООО «СтойСПК» подтвердилацелесообразность использованияразработанных в диссертации предложенийпо технологии изготовления декоративныхантикоррозионных защитных покрытий иоценке стойкости их декоративных свойств.Разработана программа оценки цвета,апробированная в ОАО «Проектный институт„Мордовгражданпроект”» в г. Саранске дляоценки срока службы лакокрасочныхзащитных покрытий.
Основные положениядиссертации отражены в следующихпубликациях:
Научные статьи,опубликованные в изданиях,рекомендованных ВАКРФ
- Исследованиефизико-механических свойств эпоксидныхкомпозитов с фунгицидной добавкой«Тефлекс» / М. М. Касимкина, Д. А. Светлов, С.В. Казначеев [и др.] // Транспортное стр-во.– 2009. – № 2. – С. 29–30.
- Исследованиевоздействия биологически активных сред назащитные покрытия по строительнымконструкциям / В. Т. Ерофеев, В. Ф. Смирнов, М. М. Касимкина [и др.]//Приволж.научн.журн. – 2010. – №1. – С. 31–33.
- Эпоксидныелакокрасочные материалы с биоциднойдобавкой «Тефлекс» / Д. А. Светлов, М. М. Касимкина, С. В.Казначеев [идр.] //Лакокрасочные материалы и ихприменение.– 2008. – № 1–2. – С. 77–79.
Научные статьи,доклады
- Исследование изменениядекоративных свойств покрытий наэпоксидныхсвязующих под воздействием агрессивныхсред / В. Т. Ерофеев, В. В. Афонин, Н. В. Черушова [и др.] // Материалы Восьмых академическихчтений Отделения строительных наук РААСН. Самара :Изд-во Самар. гос. архитектурно-строит. ун-та,2004. – С.166–169.
- Применение компьютерной техники дляисследования изменения декоративныхсвойств полиуретановых покрытий под воздействием агрессивных сред / В. Т. Ерофеев, Е. А. Митина, Н. В. Черушова [и др.]// Материалы Восьмыхакадемических чтений Отделениястроительных наук РААСН. Самара : Изд-во Самар. гос.архитектурно-строит. ун-та, 2004. – С. 170–173.
- Теплостойкостьэпоксидных полимеров в условияхвоздействия повышенных температур / М. М. Касимкина,С. А. Степанов, Н. В.Черушова [идр.] // Градостроительство, реконструкцияи инженерное обеспечение устойчивогоразвитиягородов Поволжья : материалы Всерос. науч.-практ. конф. Тольятти : Изд-во ТГУ, 2004. – С. 257–262.
- Влияние агрессивных факторов надекоративные свойства лакокрасочныхэпоксидных материалов / С. А. Степанов, М. М.Касимкина, Н. В. Черушова [и др.] // Актуальныевопросы строительства : материалыМеждунар. науч.-техн. конф. Саранск : Изд-воМордов. ун-та, 2004. –С. 349–352.
- Прогнозирование декоративныхсвойств лакокрасочных материалов привоздействии агрессивных сред / Н. В. Черушова,В. Т. Ерофеев,В. В. Афонин [и др.] // Наука и инновации в РеспубликеМордовия : материалы IV респ. науч.-практ. конф. Саранск : Изд-во Мордов.ун-та, 2005. –С. 565–571.
- Касимкина М. М. Исследование физико-механическиххарактеристик лакокрасочных покрытий / М. М. Касимкина //Материалы Х научной конференции молодыхученых, аспирантов и студентов Мордовскогогосударственного университета имени Н. П. Огарева. – Саранск : Изд-во Мордов. ун-та, 2005. – С.204-205.
- Касимкина М. М. Изменениефизико-механических характеристикэпоксидных композитов под действиемагрессивных сред / М. М. Касимкина, А. А.Кушнир // Материалы XI научной конференциимолодых ученых, аспирантов и студентовМордовского государственногоуниверситета имени Н. П. Огарева. – Саранск : Изд-воМордов. ун-та, 2006. – С. 36–38.
- Исследование изменения вязкостиэпоксидных композитов сбиоциднойдобавкой «Тефлекс» / М. М.Касимкина, С.В. Казначеев, И. А. Авдеев, М.В. Костюнин // Актуальные вопросы строительства :материалы Междунар. науч.-техн. конф. : в 2 ч. – Саранск : Изд-воМордов.ун-та, 2007. –Ч. 2. – С.51–54.
- Касимкина М. М. Исследованиефизико-технических свойств эпоксидныхкомпозитов с добавкой «Тефлекс» / М. М.Касимкина, С. В. Казначеев, В. Т. Ерофеев //Актуальные вопросыстроительства : материалы Междунар. науч.-техн. конф. : в 2 ч. – Саранск : Изд-воМордов.ун-та, 2007. –Ч. 2. – С. 99–102.
- Исследование изменения стойкостиэпоксидных композитов с биоциднойдобавкой «Тефлекс» / М. М. Касимкина, С. В.Казначеев, Е. Г. Баргов, В. Т. Ерофеев //Актуальные вопросыстроительства : материалы Междунар. науч.-техн. конф. : в 2 ч. – Саранск : Изд-воМордов.ун-та, 2007. –Ч. 2. – С. 396–399.
- Касимкина М. М. Исследование влияния пластификаторов насвойства лакокрасочных материалов наэпоксидных связующих / М. М.Касимкина, И. А. Авдеев, М. В. Костюнин// Проблемы иперспективы развитияжилищно-коммунального комплекса города : материалы Шестоймеждунар.науч.-практ. конф. : в 2 т. – М. : Изд-воМИКХиС, 2008.– Т. 2 – С. 92–95.
- Свойства эпоксидных композитов,пластифицированных диоктилфталатом / М. М.Касимкина, А. В. Лазарев, В. Т. Ерофеев, В. А.Худяков // Новые энерго- иресурсосберегающие наукоемкие технологиив производстве строительных материалов :сб. ст. Междун. науч.-техн. конф. – Пенза : ПриволжскийДом знаний, 2009. – С. 56–60.
- Эпоксидные композиты,модифицированные карбамидной смолой / М. М.Касимкина, А. В. Лазарев, В. Т. Ерофеев, В. А.Худяков // Новые энерго- иресурсосберегающие наукоемкие технологиив производстве строительных материалов :сб. ст. Междун. науч.-техн. конф. – Пенза : ПриволжскийДом знаний, 2009. – С. 18–21.
- Эпоксидные композиты,модифицированные фурфуролацетоновыммономером /М. М. Касимкина, А. В. Лазарев,В. Т. Ерофеев, В. А. Худяков //Новыеэнерго- и ресурсосберегающие наукоемкиетехнологии в производстве строительныхматериалов :сб. ст. Междунар. науч.-техн. конференции.– Пенза :ПриволжскийДом знаний, 2009. – С. 24–28.
- Эпоксидные композиты,модифицированные диоктилфталатом / М. М. Касимкина, А. В.Лазарев, В. Т.Ерофеев, В. А.Худяков // Актуальныевопросыстроительства : материалы Междунар. науч.-техн. конф. : в 2 ч. – Саранск : Изд-воМордов. ун-та, 2009. – Ч.1. –С. 28–32.
- Касимкина М. М. Пластифицированныекарбамидной смолой эпоксидные композитыдля защиты транспортных сооружений / М. М.Касимкина, А. В. Лазарев // Эффективныематериалы, технологии, машины иоборудование для строительства иэксплуатации современных транспортныхсооружений : сб. докл. Междунар. науч.-практ.конф. Белгород : Изд-во БГТУ им. В. Г. Шухова, 2009.– С. 139–143.
- Оптимизация составов эпоксидныхкомпозитов с пластифицирующими добавками /М. М. Касимкина, А. В. Лазарев, В. Т. Ерофеев [идр.] // Науч.-техн. журн. – Пенза : Изд-во ПГУАС,2009. – С. 41–47.
- Оптимизация эпоксидных композитов,модифицированных карбамидной смолой[Электрон. ресурс] / М. М.Касимкина, А. В.Лазарев, В. А. Худяков, В. Т. Ерофеев // Стр-во, архитектура, дизайн. –2009. – № 2(6). –Режим доступа: http://marhdi.mrsu.ru.Идентификац. номер 04200900075\0076.
- Оптимизация эпоксидных композитов,модифицированных фурфуролацетоновыммономером [Электрон. ресурс] / М.М.Касимкина, А. В. Лазарев, В. А. Худяков, В. Т.Ерофеев // Стр-во,архитектура, дизайн. – 2009. – № 2(6). –Режим доступа : http://marhdi.mrsu.ru.Идентификац. номер 04200900075\0077.
- Оптимизация эпоксидныхкомпозитов, модифицированных диоктилфталатом[Электрон. ресурс] / М.М.Касимкина, А. В. Лазарев, В. А. Худяков, В. Т.Ерофеев // Стр-во,архитектура, дизайн. – 2009. – № 2(6). – Режим доступа :http://marhdi.mrsu.ru.Идентификац. номер 04200900075\0075.
- Касимкина М.М. Повышение стойкостиантикоррозионных эпоксидных покрытий квоздействию биологических сред / М. М.Касимкина // Проблемы строительногокомплекса России : материалы XIV Междунар.науч.-техн. конф. при XIV спецализ. выставке«Строительство. Коммунальное хозяйство.Энергосбережение – 2010». –Уфа : Изд-во Уфим. нефтяного техн. ун-та, 2010.– С. 155–156.
- Касимкина М.М. Влияние агрессивныхфакторов на физико-механические свойствалакокрасочных материалов на эпоксидныхсвязующих / М. М. Касимкина // Научныйпотенциал молодежи – будущему Мордовии : материалыитоговой регион. науч.-практ. конф. : в 2ч.– Саранск :Изд-во Мордов. ун-та, 2010. – Ч. 2. – С. 214–216.
Подписано в печать23.12.2011 г.
Объем 1,75 п. л. Тираж 100экз.
ТипографияИздательства Мордовскогоуниверситета
430005, г. Саранск, ул.Советская, 24
