Модификация эпоксиэфиром полимерных материалов для лакокрасочных покрытий (стр. 15 )

 

  а  б

       

Рис. 5.6 – Кривые вязкости водных паст голубого фталоцианинового пигмента без добавки (а) и с добавкой водорастворимого эпоксиэфира (б)

  Из приведенных реологических кривых видно, что во всех случаях введение водорастворимого эпоксиэфира в состав водного полуфабриката приводит к повышению динамической вязкости паст, имеющих псевдопластический характер течения.

  В зависимости от характера поверхности пигмента и от величины адсорбции на нем водорасторимого эпоксиэфира, наблюдаются различия в степени тиксотропии наполненных материалов.

  При оценке тиксотропии рассчитывали площадь петли  гистерезиса, образованной кривыми течения, измеренными при прямом (увеличении скорости сдвига) и обратном ходе (уменьшении скорости сдвига). Результаты приведены в таблице 5.1.

Таблица 5.1 – Характеристика тиксотропии водных паст

Пигменты	Адсорбция эпоксиэфира, мг/г	Площадь петли гистерезиса, Па
Без ЭЭ	1,5% ЭЭ
Желтый железооксидный	16,00	0	0
Оксид хрома	0,48	0,16	2,2
Голубой фталоцианиновый	2,11	0,56	7,29

Из результатов,  приведенных в таблице  5.1, следует, что модификация эпоксиэфиром вызывает значительное проявление тиксотропии в случае оксида хрома и голубого фталоцианинового. Для железооксидного пигмента, адсорбция которым эпоксиэфира на много превышает вышеуказанные значения, тиксотропии не наблюдается из-за наличия толстых адсорбционных слоев на поверхности частиц пигментов.

Для трех пигментов различной природы  желтого железооксидного пигмента (б-FeOOH), оксида хрома (Cr2О3) и голубого фталоцианинового пигмента (б-тетрабензотетраазопорфин меди) а также карбонатного наполнителя изучено влияние эпоксиэфира на стабильность их дисперсий в среде полуфабриката. Процесс седиментации пигментов в исследуемых средах оценивали по изменению оптической плотности дисперсий во времени [143]. На рис.5.7 представлены кривые изменения оптической плотности пигментных дисперсий в водном полуфабрикате, содержащем 1,5% эпоксиэфира. На основании этих данных были рассчитаны начальные скорости седиментации пигментов в этих суспензиях. Результаты расчета приведены в таблице 5.2. 

Рис. 5.7 – Изменение оптической плотности (D) дисперсий пигментов в среде водного полуфабриката.  1 и 1ґ - ЖЖОП: 2 и  2ґ - фталоцианин, 3 и 3ґ - оксид хрома. 1ґ, 2ґи 3ґ - с добавкой 1,5 % эпоксиэфира

Таблица 5.2 – Начальные скорости осаждения пигментных дисперсий в водном полуфабрикате в присутствии водорастворимого эпоксиэфира

Пигмент	Начальная скорость осаждения, мин-1
Без ЭЭ	С добавкой 1,5% ЭЭ
Желтый железооксидный	-0,0036	-0,0030
Оксид хрома	-0,0044	-0,0024
Голубой фталоцианиновый	-0,0047	-0,0025

Из приведенных данных следует, что введение водорастворимого эпоксиэфира в водный полуфабрикат, предназначенный для диспергирования пигментов для получения воднодисперсионных материалов, приводит к снижению скорости седиментации и соответственно к повышению их устойчивости. Так, для железооксидного пигмента скорость седиментации в присутствии  эпоксиэфира снижается в 1,2 раза, для оксида хрома и  фталоцианина меди – практически в 2 раза.

Эффективность водорастворимого эпоксиэфира как диспергатора оценивали по результатам дисперсионного анализа  и изменению оптической эффективности пигментов в процессе диспергирования. С этой целью через определенные промежутки времени из пигментной пасты отбирали пробы и определяли в них интенсивность цветного пигмента, а также проводили дисперсионный анализ суспензий методом малоуглового рассеяния лазерного излучения на приборе Nanotrac Ultra 151.

На рис. 5.8- 5.10 приведены  результаты дисперсионного анализа в пробах пигментных паст, отобранных в процессе диспергирования. В таблице 2 – параметры процесса диспергирования, определенные по оптической эффективности цветных пигментов.

  Рис. 5.8 - Дифференциальные кривые распределения по размерам частиц в  пробах пасты желтого железооксидного пигмента, отобранных через 2 минуты от начала диспергирования в водном полуфабрикате без добавки(1)  и с добавкой водорастворимого эпоксиэфира (1ґ)

Рис. 5.9-  Дифференциальные кривые распределения частиц по размерам в  пробах пасты голубого фталоцианинового пигмента, отобранных через 10 минут от начала  диспергирования в водном полуфабрикате без добавки(2) и  с добавкой водорастворимого эпоксиэфира(2ґ)

Рис. 5.10 - Дифференциальные кривые распределения по размерам частиц в  пробах пасты оксида хрома, отобранных через 5 минут от начала  диспергирования в водном полуфабрикате без добавки(3)  и с добавкой водорастворимого эпоксиэфира (3ґ)

Как следует из приведенных на рис. 5.8-5.10 кривых распределения по размерам частиц, для фталоцианина меди и оксида хрома наблюдается значительное смещение кривых  в сторону более высокой дисперсности. Дисперсионный состав железооксидного пигмента остается практически неизменным, но значительно повышается устойчивость его дисперсии. И, как показано ниже, снижается расход энергии на его диспергирование (стабилизацию). То есть в этом случае адсорбционный слой модификатора, препятствуя вторичной  агрегации, ускоряет увеличении  оптической эффективности при диспергировании. 

Таблица 5.3 – Параметры процесса диспергирования пигментов в водном полуфабрикате

Параметры	Пигменты
Желтый железо-оксидный пигмент	Оксид хрома	Голубой фталоцианиновый
Без ЭЭ	1,5% ЭЭ	Без ЭЭ	1,5% ЭЭ	Без ЭЭ	1,5% ЭЭ
Kд	6,9	156,2	2,6	12,3	2,2	3,5
F∞	11,1	8,9	2,7	2,6	5,7	5,9
t0,5	1,5	0,05	1,0	0,2	2,6	1,7

Проведенная оценка процесса диспергирования по изменению функции ГКМ показала значительную эффективность использования эпоксиэфира как диспергатора. Так, сопротивление диспергированию уменьшается в  30 раз для железооксидного пигмента,  в 5 раз для оксида хрома и в полтора раза для фталоцианинового пигмента.  Что дает возможность экономии энергии на диспергирование.

По результатам дисперсионного анализа и параметрам диспергирования можно сделать вывод о том, что введение в водный полуфабрикат водорастворимого эпоксиэфира способствует повышении эффективности процесса диспергирования. Таким образом, было показано положительное влияние добавок эпоксиэфира на диспергируемость пигментов и стабильность их водных паст.

В том случае, если в технологическом процессе получения пигмента есть стадия, в которой возможна его обработка водными растворами модификаторов, например до или после фильтрации его водных суспензий после отмывки водорастворимых веществ, может быть целесообразна его модификация эпоксиэфиром по  аналогии с ранее разработанными процессами обработки хроматов и сульфохроматов свинца и цинка [138,144-146]показали экспериментальные данные, возможно предварительное модифицирование пигментов, например, желтого железооксидного.

С этой целью  проводили адсорбцию эпоксиэфирного олигомера на поверхности желтого железооксидного пигмента, взятого из цеха предприятия «Ярославский пигмент» непосредственно с барабанного вакуум-фильтра в виде пигментной пасты с влажностью 58,5%. Модифицирование проводили в водной суспензии железооксидного пигмента (300г/л) в течение трех часов. Содержание модификатора изменялось от 0 до 4,56 г/л.

Количество эпоксиэфира, адсорбированного на поверхности железооксидного пигмента, определяли  гравиметрическим методом по изменению массы пигмента после прокаливания исходного и модифицированного пигментов.

Оценку влияния модифицирования проводили по изменению пигментных свойств, таких как маслоемкость, укрывистость, красящая способность, диспергируемость, оптические характеристики.

Свойства модифицированных пигментов представлены в табл. 5.4

Таблица 5.4  – Свойства модифицированных пигментов

Образец	1	2	3	4	5	6	7	8
Содержание модификатора, г/л	0,0	0,42	0,91	1,36	1,82	2,15	2,74	4,56
Маслоемкость, г/100г	48,2	48,5	48,8	53,0	45,5	50,3	52,0	48,2
Укрывистость, г/м2	15,7	14,9	13,8	13,6	11,2	11,1	11,0	10,9
Красящая спо-собность, %	100	102,7	136,6	107,3	118,0	106,5	113,5	107,0
Адсорбция, мг/г	0,0	0,4	1,0	6,0	7,4	8,2	4,7	1,3
L	78,41	80,23	77,09	78,84	79,31	81,25	78,32	77,61
a*	8,26	7,04	7,23	8,00	7,11	6,89	8,80	8,02
b*	20,42	21,78	19,61	22,08	21,94	22,9	21,97	18,63
C	20,02	22,86	20,90	23,49	23,06	23,91	23,67	20,28
h	67,98	72,08	69,76	70,09	72,03	73,27	68,18	66,71

Модифицирование пигмента приводит к значительному улучшению укрывистости. Установлено, что после модифицирования жёлтого железооксидного пигмента эпоксиэфирным олигомером более чем на 30% увеличивается укрывистость и интенсивность пигмента.