Оптимизация окрасочных составов на основе жидкостекольных связующих для антикоррозионной защиты
Среди большого разнообразия различных видов лакокрасочных материалов в отдельных зданиях и сооружениях достаточно эффективно применение жидкостекольных материалов, которые имеют пониженную стоимость по сравнению с полимерными материалами.
Долговечная работа лакокрасочных покрытий определяется способностью материала сопротивляться воздействию химически и биологически агрессивных сред. Важнейшим составляющим компонентом окрасочных составов, влияющих на долговечность покрытий, являются пигменты, которые придают необходимый цвет лакокрасочным покрытиям.
Нами проведены исследования биологического сопротивления лакокрасочных жидкостекольных композитов, а также их физико-механических характеристик. Исследования выполнены с применением методов математического планирования экспериментов. В качестве матрицы планирования эксперимента был использован латинский куб второго порядка. Этот план представляет собой полный факторный эксперимент 3 , разбитый на девять блоков по три опыта в каждом Факторами варьирования при выполнении эксперимента были приняты: содержание отвердителя - кремнефтористого натрия (X1), содержание растворителя - воды (Х2), содержание пластификатора - поливинилацетатной эмульсии (Х3), тип пигмента (Х4) (табл. 6.9). В качестве пигментов использовались: А - сурик железный, В - кобальт фиолетовый, С - охра светлая, D - лазурь железная, Е - железоокисный желтый, F - глауконитовый зеленый, G - алюминиевая пудра, Н - белила, I - стронциановый желтый.
Количественное содержание рассматриваемых факторов принималось из учета на 100 маc. ч. жидкого стекла и 100 маc. ч. мела. Составы лакокрасочных композитов даны в табл. 6.10. Содержание пигмента в каждом опыте определено из условия обеспечения оптимальной цветовой окраски.
Результаты исследований биологического сопротивления лакокрасочных композитов приведены в табл. 6.11. Анализ результатов эксперимента показывает, что фунгицидными составами являются составы с содержанием глауконитового зеленого пигмента, грибостойкими - составы, содержащие железоокисный желтый пигмент и кобальт фиолетовый темный Остальные составы оказались негрибостойкими.
При исследовании химического сопротивления жидкостекольных лакокрасочных композитов основное внимание было уделено водостойкости, так как водостойкость является самой универсальной характеристикой для оценки химической стойкости жидкостекольных композитов. Вода, обладая высокой проникающей способностью и полярностью, способствует ослаблению и разрушению фрикционных, ван дер ваальсовых, водородных и гидролитически нестойких связей через катион металла.
Матрица планирования эксперимента и результаты иссаедования водопоглощения лакокрасочных составов приведены в табл. 612 Показатель водопоглощения устанавливался путем определения изменения массосодержания образцов до и после погружения в воду, который определялся после 7, 14, 21 и 28 суток экспозиции образцов в воде при комнатной температуре.
Результаты испытаний свидетельствуют о том, что на водопоглощсние лакокрасочных материалов влияет как тип пигмента, так и содержание в жидкостекольных композициях отвердителя, растворителя и пластификатора. Причем некоторые составы на начальной стадии испытаний (до 7 суток) активно поглощают воду, набухают (составы с применением охры светлой и стронциа - нового желтого пигмента), а затем начинают растворяться под действием воды. Другие же составы (с применением сурика железного, лазури железной и глауконитового зеленого) в первые 7 суток экспозиции теряют до 9-10% массы. В дальнейшем происходит стабилизация массосодержания. Меньшим водопоглощением обладают композиции, содержащие в качестве пигмента кобальт фиолетовый (составы № 4 и № 20). Наибольшее водопоглощение испытывает состав № 25 (пигмент стронциановый желтый). Наименьшему растворению в воде подвержен состав № 18 с применением кобальта фиолетового, а наибольшее - соста вы № 1, 21 и 24 (соответственно с применением пигмента сурика железного, глауконитового зеленого пигмента и лазури железной).
Результаты испытаний говорят о том, что прочность лакокрасочных композитов при действии воды уменьшается. Наибольшим изменениям прочности на растяжение при изгибе подвержены составы № 3,15 и 24 (соответственно со стронциановым желтым пигментом, суриком железным и лазурью железной), наименьшим - составы № 17 и 18 (соответственно с применением пигментов алюминиевой пудры и кобальта фиолетового). Наибольшие потери прочности на сжатие отмечены у составов с применением сурика железного, стронцианового желтого и глауконитового зеленого пигментов (составы № 1, 3 и 21), наименьшие - у составов № 6, 8, 18 (соответственно с алюминиевой пудрой, лазурью железной и кобальтом фиолетовым).
Оценка биологического сопротивления композитов на основе жидкого стекла показала, что некоторые составы являются грибостойкими, но не фунгицидными. Поэтому в зданиях с биологически активными средами строительные материалы и изделия должны быть защищены от биоповреждений.
С целью экспериментального исследования влияния фунгицидных добавок на биосопротивление композитов на основе жидкого стекла были рассмотрены различные добавки неорганической природы. Нами установлено, что введение сульфата меди, перманганата калия, алюминиевои пудры в состав жидкостекольных композитов делает последние фунгицидными. В качестве наполнителя в составах применялся кварцевый песок в количестве 150 мас. ч. на 100 мас. ч. жидкого стекла. Количество отвердителя было постоянным во всех со ставах - 20 мас. ч. на 100 мас. ч. вяжущего. Результаты исследований приведены в табл. 6. 14.
Анализ данных табл. 6. 14 подтверждает тот факт что добавление модифицирующих добавок, содержащих соли тяжелых металлов, в композиты позволяет получать фунгицидные составы. В то же время введение поливинил-ацетатной эмульсии и цинковых белил (5 мас. ч. на 100 мас. ч. жидкого стекла) в составы жидкостекольных композитов не влияет на биологическую стойкость.
Рассматривая изменение физико-механических свойств жидкостекольных композитов, модифицированных добавками, следует отметить, что все составы после выдерживания в средах микроскопических грибов теряют массу и прочность (рис. 6.9).
Наибольшие потери массы имеет состав с добавкой аммиачной селитры, наименьшие - с добавкой поташа. Прочность при изгибе и при сжатии больше всего теряется у составов с добавкой поливинилацетатной эмульсии и аммиачной селитры.
Многолетние исследования в области биологической стойкости композиционных строительных материалов свидетельствуют о том, что из большого многообразия микроскопических организмов наибольший вред промышленным и строительным материалам, изделиям и конструкциям приносят мицелиальные грибы Aspergillus niger и Penicillium chrysogenum. Исходя из этого, нами была проведена оценка биостойкости жидкостекольных композитов в условиях воздействия данных видов грибов. Подбор фунгицидных составов жидкостекольных композитов осуществлялся с применением метода математического планирования эксперимента. Варьируемыми факторами в экспериментах были приняты содержание кремнефтористого натрия (X1) и отношения «медный купорос-поташ» и «перманганат калия-поташ» (Х2). Матрица планирования и результаты экспериментов приведены в табл. 6.15, 6.16 и на рис. 6.10.
Как видно из результатов, композиты на основе жидкого стекла с добавкой медного купороса и поташа фунгицидны при действии гриба Penicillium chrysogenum, когда содержание данных добавок 2,5/2,5 мас. ч. на 20 мас. ч. кремнефтористого натрия и 100 мас. ч. жидкого стекла. Композиты на основе жидкого стекла с добавкой перманганата калия и поташа фунгицидны при действии гриба Aspergillus niger, когда содержание данных добавок находится в пределах от 5/0 мас. ч. на 15 мас. ч. отвердителя и 100 мас. ч. вяжущего до 0/5 мас. ч. на 20 мас. ч отвердителя и 100 мас. ч, вяжущего.
