Химия и химические технологии

3. Лаки, краски, эмали, пигменты, герметики

Гулай О. І.

Луцький державний технічний університет

Властивості термічно затверднених наповнених поліметилфенілсилоксанів

Серед сучасних матеріалів, здатних формувати високоефективні захисні покриття на сталевих металоконструкціях, в тому числі магістральних і комунальних трубопроводах, особливо перспективними є кремнійорганічні лакофарбові композиції. Їх практичне застосування в Україні зумовлене значними обсягами виробництва сировини на Запорізькому заводі "Кремнійполімер", а також позитивним досвідом практичного застосування в різноманітних областях протикорозійного захисту.

Як наповнювачі кремнійорганічних систем на основі поліметилфенілсилоксанового лаку КО-921 досліджували природні алюмосилікати: бентоніт, каолін, циркон, тальк; алюмосилікатні відходи виробництва: попіл-винос Бурштинської ДРЕС, розмелене боросилікатне скло; оксиди металів: алюмінію, титану (IV), феруму (ІІІ), хрому (ІІІ).

Експериментально встановлено, що наповнювачі по-різному впливають на ступінь зшивання кремнійорганічних композитів. Значний вміст гель-фракції (83-92 % мас.) мали композиції, наповнені бентонітом, каоліном, попелом-виносом, оксидами титану і алюмінію. Тальк та боросилікатне скло несуттєво впливали на структурування вихідної кремнійорганічної матриці, а циркон, оксиди заліза і хрому сповільнювали його.

Покриттям властивий незначний перепад відносної твердості (0,54...0,65 ум. од.). Більш суттєвою є різниця в стійкості проти зношування. Оптимальне значення цього параметра мають композити, наповнені боросилікатним склом, попелом-виносом та оксидом хрому. Такі наповнювачі, як тальк і циркон, погіршують зносостійкість кремнійорганічної матриці.

Критерієм ефективності наповнення кремнійорганічної матриці в певній мірі можна вважати зміну маси зразків при підвищених температурах. Експериментальні криві втрати маси при температурі 300 ^оС аналогічні для всіх зразків: максимально вона зменшується в перші 6 год. термостатування, а після 24 год. стабілізується. Підвищена термотривкість щодо вихідної кремнійорганічної матриці (втрата маси через 48 год. - 5,7 %) притаманна композитам, наповненим боросилікатним склом (4,0 %), оксидами хрому (4,1 %) та феруму (4,2 %), тальком (4,7%).

Під час термостатування тріщини утворюються в покриттях, наповнених оксидами титану і алюмінію (6 год.) та каоліну (12 год). Це узгоджується з підвищеним рівнем внутрішніх напружень і ступенем структурування мінерально наповнених кремнійорганічних композитів. Після термостаріння при 300 ^оС у всіх досліджених композитів був високий вміст гель-фракції (92,8...98,8 % мас.), що свідчить про завершення процесів структурування.

Загалом спостерігається кореляція між значеннями внутрішніх напружень покриттів, які виникають внаслідок структурування композитів, випаровування розчинника та низькомолекулярних продуктів поліконденсації, і вмістом гель-фрації. Кремнійорганічні композити зі ступенем зшивання більше 85 %, наповнені каоліном, оксидами титану та алюмінію, мають підвищені (5,0...6,2 МПа) напруження розтягу. В умовах термостаріння це зумовлює розтріскування покриттів, що негативно позначається на їх працездатності при підвищених температурах.

Аналіз кривих зміни опору і ємності сталевого електроду з покриттями (рис. 1-2) в інтервалі 0-1000 год. показує, що модифікація лаку КО-921 досліджуваними мінеральними наповнювачами забезпечує отримання покриттів з високими протикорозійними параметрами. В усіх випадках зміна вказаних параметрів не перевищує одного порядку, що свідчить про стабільність покриттів в цілому. Другим фактором підтвердження цієї стабільності є те, що зміни опору і ємності спостерігаються в інтервалі 0...300 год., далі експериментальні криві розміщуються паралельно до осі абсцис.

Рис. 1. Залежність зміни опору R наповнених кремнійорганічних матеріалів від часу витримки t: а: 1 - без наповнювача; 2 - каолін; 3 - попіл-винос; 4 - бентоніт; 5 - циркон; 6 - тальк; 7 - боросилікатне скло; б: 1 - без наповнювача; 2 - оксид алюмінію; 3 - оксид титану (IV); 4 - оксид заліза (ІІІ); 5 - оксид хрому (ІІІ).

Рис. 2. Залежність зміни ємності С наповнених кремнійорганічних матеріалів від часу витримки t: а: 1 - без наповнювача; 2 - каолін; 3 - попіл-винос; 4 - бентоніт; 5 - циркон; 6 - тальк; 7 - боросилікатне скло; б: 1 - без наповнювача; 2 - оксид алюмінію; 3 - оксид титану (IV); 4 - оксид заліза (ІІІ); 5 - оксид хрому (ІІІ).

Отже, на основі вивчення кінетики зміни опору та ємності наповнених покриттів можна зробити висновок, що модифікація кремнійорганічного лаку КО-921 дослідженими мінеральними наповнювачами забезпечує отримання ефективних протикорозійних покриттів. Встановлено, що максимальне зниження вартості кремнійорганічних композитів при збереженні ізоляційних та протикорозійних параметрів на рівні лаку КО-921 досягається введенням наповнювача алюмосилікатної природи - попелу-виносу Бурштинської ДРЕС.