Модификация эпоксиэфиром полимерных материалов для лакокрасочных покрытий (стр. 16 )

  Рис. 5.11 –Влияние эпоксиэфира на укрывистость желтого железооксидного пигмента

Можно предположить, что эпоксиэфир в кислой форме, характеризующийся ГЛБ < 8, может проявлять поверхностную активность в неводных средах. С целью установления совместимости его с органическим растворителями, реологическим методом определены константы Хаггинса, приведенные в табл. 5.5. 

Таблица 5.5 -  Характеристические вязкости и константы Хаггинса

Растворитель	Характеристическая вязкость	Константа Хаггинса
Ацетон	0,0448	5,05
Толуол	0,0695	1,72
Бутилацетат	0,0933	0,85
Бутилцеллозольв	0,0626	3,40
Бутанол	0,0237	28,20

Значения констант Хаггинса позволяют расположить растворители по мере увеличения термодинамического сродства к эпоксиэфиру в следующем порядке: бутанол, ацетон, бутилцеллозольв, толуол, бутилацетат. В тоже время, исходя из значений констант Хаггинса, превышающих значения, характерные для и - растворителй, можно ожидать значительной адсорбции олигомера на поверхности пигментов.

Для оценки эффективности адсорбционного модифицирования  проводили сравнительные исследования диспергируемости модифицированного и немодифицированного железооксидного пигментов.  В качестве среды для диспергирования использовали раствор алкидного олигомера в ксилоле. Оценку диспергируемости пигментов проводили с использованием методики, указанной в п.2.2.17.

Кинетика диспергирования  описывается уравнением:

  F= kt — kFt/F∞                 (5.1)

               

где k — константа скорости диспергирования; t — продолжительность диспергирования; F∞ — максимально достижимое значение функции ГКМ,  соответствующее бесконечно большой продолжительности диспергирования.

Вычисленные с использованием этого уравнения параметры кинетики диспергирования для желтого железооксидного пигмента представлены в табл. 5.6.

Таблица 5.6 –  Параметры процесса диспергирования

Пигмент	t0,5	Кд	F∞	R2
Желтый железооксидный пигмент	1,27	4,17	5,30	0,96
Модифицированный эпоксиэфиром желтый железооксидный пигмент	0,63	8,50	5,39	1,00

Из приведенных данных видно, что обработка поверхности ЖЖОП раствором эпоксиэфира  приводит к увеличению скорости диспергирования более чем в два раза, и уменьшению сопротивления диспергированию, что, приводит к снижению времени диспергирования и уменьшению расхода энергии на диспергирование единицы массы пигмента. Такой эффект обусловлен более интенсивным смачиванием поверхности модифицированного пигмента.

Было установлено, что эпоксиэфир может быть использован в качестве модификатора для снижения гирофильности белой сажи, используемой в нефтедобывающей промышленности. Как видно из рис. 5.12, модифицирование  белой сажи эпоксиэфиром практически полностью предотвращает ее смачиваемость водой.

Рис.5.12 - Влияние эпоксиэфира на газовыделение при смачивании белой сажи водой:1-без эпоксиэфира,2- 1% масс. эпоксиэфира,3- 2% масс. эпоксиэфира

  Одним из направлений использования эпоксиэфирного олигомера является его применение в качестве модификатора металлических пигментов для снижения количества выделяющегося водорода при их введении в состав водных лакокрасочных материалов.

Результаты волюмометрии для алюминия в водно-спиртовой среде с рН=10,4, полученные с использованием прибора Варбурга, представлены на  рис. 5.13.  Из рисунка видно, что в присутствии добавки эпоксиэфира значительно уменьшается объем выделившихся газов с поверхности пигмента из-за образования на ней хемосорбционного слоя, препятствующего выделению водорода.

 

  Рис.5.13–Влияние модифицирования на газовыделение дисперсии алюминиевой пудры в водно-спиртовой среде: 1 – без эпоксиэфира, 2 – с эпоксиэфиром

Ранее была показана эффективность использования противокоррозионного пигмента - фосфатно-кальциевого крона в составе покрытий на основе эпоксиэфира. Использование для пигментирования этого пигмента, предварительно модифицированного эпоксиэфиром, в составе эпоксиэфирного покрытия повышает его прочность на разрыв с 2,5 до 8,6 МПа.

Нами исследованы реологические свойства паст желтого железооксидного и фталоцианинового пигментов в среде алкидного лака с различным содержанием эпоксиэфира в жидкой фазе и различным временем выдержки после диспергирования. Реологические зависимости исследуемых паст представлены на рис. 5.14-5.15.

Рис.5.14 –Динамическая вязкость паст желтого железооксидного пигмента с различным  содержанием эпоксиэфира.

По сравнению с пастами, полученными сразу после диспергирования, при  хранении в течение суток происходит нарастание вязкости паст, что говорит о тиксотропии.

Наличие дилатантного пика при малых сдвиговых усилиях обусловлено ориентацией анизодиаметрических частиц желтого железооксидного пигмента.  При увеличении скорости сдвига, исследуемые пасты характеризуются пластическим характером течения, что выражается в снижении динамической вязкости пасты с увеличением скорости сдвига.

Рис.5.15 - Динамическая вязкость пасты фталоцианинового пигмента с различным массовым содержанием эпоксиэфира

Обращают на себя внимание чрезмерно высокие значения вязкости пасты фталоцианинового пигмента по сравнению с вязкостью пасты желтого железооксидного пигмента. Это связано с высокой удельной поверхностью фталоцианинового пигмента  и их адсорбционной способностью.

Необходимо отметить, что увеличение вязкости пигментной пасты фталоцианинового и железооксидного пигментов через сутки после диспергирования связано с образованием пространственных структур, образованных частицами пигментов через прослойки пленкообразователя. Например, для пасты желтого железооксидного пигмента, содержащей 1%  эпоксиэфира при минимальной скорости сдвига вязкость возросла с 0,09 до 0,11 Па∙с, а для пасты  фталоцианинового пигмента – с 106 до 161 Па∙с.  Это говорит о том, что пасты являются тиксотропными.

 

  а  б

Рис.5.16 - Зависимости напряжения сдвига от массовой доли олигоэпоксиэфира  для дисперсий фталоцианина меди (а) и желтого железооксидного пигмента (б).

Реологические исследования  показали, что зависимости напряжения сдвига от содержания олигоэпоксиэфира в дисперсной системе описываются классическими экстремальными зависимостями, позволяющими устанавливать его оптимальное значение, соответствующее спаду после максимума. В работах М. Трапезникова, , ., в 60-х гг. прошлого столетия показано, что оптимальным содержанием диспергатора при диспергирования пигментных паст является его количество, соответствующее спаду на кривых течения.

В результате обработки данных кинетики диспергирования исследуемых паст вычислены параметры кинетики диспергирования (табл. 5.7 )

Таблица 5.7 – Параметры кинетики диспергирования пасты желтого железооксидного пигмента с различным содержанием эпоксиэфира.

Массовая доля эпоксиэфира в пасте, %	F∞	Кд	t0,5
Без эпоксиэфира	1,45	4,83	0,30
0,10	2,28	1,31	1,34
0,25	1,42	6,70	0,21
0,50	1,82	5,43	0,34
0,75	1,82	3,83	0,47
1,00	1,93	1,79	0,34

Из приведенных данных видно, что при введении эпоксиэфирного олигомера в пасты увеличивается оптическая эффективность, что свидетельствует о пептизирующем действии олигомера. Минимальным сопротивлением диспергированию и максимальной константой скорости диспергирования характеризуется паста с массовым содержанием эпоксиэфирного олигомера 0,25%.

В таблице 5.8 представлены параметры кинетики диспергирования для пасты фталоцианинового пигмента с различным массовым содержанием эпоксиэфирного олигомера

Таблица 5.8 – Параметры кинетики диспергирования фталоцианинового пигмента с различным содержанием эпоксиэфира.

Содержание эпоксиэфира в пасте, % масс.	F∞	Кд	t0,5
Без эпоксиэфира	2,22	1,14	1,94
0,10	1,64	6,94	0,24
0,25	1,82	2,84	0,64
0,50	1,871	1,71	1,09
0,75	1,60	1,89	0,85
1,00	1,93	0,80	2,42

В результате изучения кинетики диспергирования желтого железооксидного и фталоцианинового пигментов в среде алкидного лака установлено, что при введении эпоксиэфира в состав паст железооксидного пигмента увеличивается их оптическая эффективность (в 1,5 раза). Добавка эпоксиэфира при диспергировании фталоцианина меди приводит к снижению сопротивления диспергированию с  1,94  до  0,24 минуты, что соответствует восьмикратному снижению затрат на диспергирование этого пигмента.