УДК 678
Лаковые защитные покрытия на основе поливинилхлорида
О.А.Захаров, А.А. Миронов, С.А. Гуткович
ООО «НПП Биохимпласт», г. Дзержинск
Установлена возможность использования поливинилхлорида (ПВХ) в качестве плёнкообразователя. Получен ПВХ с константой Фикентчера Кф = 40, обеспечивающий устойчивые растворы ПВХ в лаковых растворителях при длительном хранении. Показана возможность использования данного ПВХ для производства лаков и эмалей типа ХВ-16, ХВ-785, ХВ-784 по серийным рецептурам в замен перхлорвиниловой смолы. На основе ПВХ с Кф=40 разработан лак ХВ-701Б, предназначенный для долговременной защиты бетона, кирпича, металла и дерева, как в наземных, так и в подземных сооружениях.
Известно, что поливинилхлорид (ПВХ), один из самых распространенных в мире полимеров, является хорошим антикоррозионным материалом, устойчивым ко многим агрессивным средам. Несмотря на это, до настоящего времени не решена задача создания ПВХ, хорошо растворимого в промышленных растворителях (ацетон, толуол, бутилацетат и др.) и использования его как пленкообразователя для получения качественных покрытий защитного назначения: применяются, в основном, сополимеры на основе винилхлорида, а так же хлорированный ПВХ (перхлорвиниловая смола). Процесс получения перхлорвиниловой смолы отличается высокой энергоемкостью, большими расходными нормами сырья и выбросами в атмосферу токсичных веществ (хлорбензол, дихлорэтан и др.). Их значительное количество также содержится в готовом продукте, что затрудняет применение перхлорвиниловых ЛКМ для окраски изделий, эксплуатируемых внутри помещений. Кроме того, затраты на производство перхлорвиниловой смолы значительно превосходят себестоимость исходного ПВХ. В связи с этим, а также благодаря успешному развитию производства сополимеров различного состава перхлорвиниловые смолы не получили распространения за рубежом.
Поливинилхлорид представляет собой порошок белого цвета с размером частиц 100-200 мкм. В настоящее время в промышленности выпускается ПВХ различных марок с константой Фикентчера Кф в интервале 58-77 (ГОСТ 14332-78). Значения Кф характеризуют величину молекулярной массы ПВХ: чем больше Кф, тем выше молекулярная масса ПВХ. Особенностью поведения ПВХ известных марок в растворах является образование ассоциатов из макромолекул [1], нарастание вязкости растворов во времени и последующее гелеобразование.
В данной работе нами исследована возможность получения ПВХ, пригодного для получения промышленных лакокрасочных материалов. Для этого изучались растворы ПВХ с различным значением Кф (Кф = 40, 58, 63, 70). В качестве растворителя использовался растворитель марки Р-4А, ГОСТ 7827-74, смесь ацетон: толуол (26:74). Концентрация ПВХ в растворах составляла 10%, масс., что имеет практическое значение для промышленного применения. Растворение производилось в стеклянной колбе при перемешивании в течение трех часов, при температуре 60±5 0С, до получения прозрачного раствора. Затем раствор охлаждали до 20 0С и определяли условную вязкость раствора с использованием вискозиметра ВЗ-246 с диаметром сопла 4 мм при температуре 20±2 0С (ГОСТ 8420-74).
В результате анализа экспериментальных данных установлено, что растворы, полученные с использованием ПВХ с Кф=58,63,70, характеризуются быстрым нарастанием вязкости. Для ПВХ с Кф=70 гелеобразование наступает сразу после охлаждения раствора до 20 0С, а для ПВХ с Кф=63 – через сутки. Условная вязкость растворов с использованием ПВХ с Кф=58 в течение 3 суток возрастает с 23 до 300 секунд.
Очевидно, что ПВХ с Кф = 58, 63 и 70 не может быть использован для получения лаковой основы, так как одним из основных требований является сохранение вязкости в течение длительного времени (более 6 месяцев). Этому требованию соответствуют растворы, полученные при использовании ПВХ с Кф=40 [2,3]: вязкость растворов практически не изменяется при хранении более года в условиях знакопеременных температур.
Основными преимуществами ПВХ с Кф=40 по сравнению с перхлорвиниловой смолой являются более низкая себестоимость получения и отсутствие в готовом продукте токсичных веществ. С использованием ПВХ с Кф=40, в качестве плёнкообразователя на различных предприятиях России получены лаки и эмали типа ХВ-16, ХВ-785, ХВ-784 по серийным рецептурам для перхлорвиниловых смол. В результате испытаний лаковых покрытий на основе ПВХ с Кф=40, в том числе климатических, установлено, что они не отличаются от перхлорвиниловых. В таблице 1 представлена сравнительная оценка стойкости к коррозии и комплексному воздействию климатических факторов (ГОСТ 9.401-91) покрытий на основе серийного лака ХВ-16 белого цвета и эмали типа ХВ-16 на основе ПВХ с Кф=40. Покрытия эмалей по стали 08кп испытывали на коррозионную стойкость по воздействию соляного тумана и степени распространения продуктов коррозии от линии надреза.
Таблица 1. Сравнительная характеристика покрытий на основе серийной эмали ХВ-16 и эмали типа ХВ-16 на основе ПВХ с Кф=40.
Тип эмали
|
Краевая коррозия, мм |
Изменение декоративных и защитных свойств покрытия |
||||
50 час |
100 часов |
5 циклов |
7 циклов |
10 циклов |
15 циклов |
|
ХВ-16(белая) |
16,7 |
17,2 |
Без изменений |
Ц2 М2 |
Ц2 М3 |
|
ХВ-16(белая) на ПВХ с Кф=40 |
10,0 |
18,2 |
Без изменений |
Ц2 М2 |
Ц2 М3 |
Ц2 – незначительное изменение цвета; М2 – незначительное меление покрытия; М3 – значительное меление покрытия.
Особенности использования композиции ЛК-1 состоят в следующем:
- ПВХ с Кф=40 растворяют в растворителях Р-4А, Р-4, Р-5 , ГОСТ 7827-74, при температуре 60±5 0С в течение 1 ч;
- Полученный раствор полимера подлежит обязательной фильтрации для обеспечения требуемых степени перетира и внешнего вида покрытия.
Сравнительный анализ изменения вязкости растворов в зависимости от концентрации ПВХ с Кф=40 и перхлорвиниловой смолы показал, что до концентрации 15% (по массе) при 200С условная вязкость различается незначительно. Однако при дальнейшем увеличении концентрации наблюдается резкое повышение вязкости раствора на основе ПВХ с Кф=40. При 20 % -ной концентрации вязкость раствора ПВХ с Кф=40 составляет 300 с, в то время как для раствора перхлорвиниловой смолы – 88 с. Это обусловлено склонностью макромолекул ПВХ к образованию ассоциатов в растворе, особенно при повышенных концентрациях. Это явление необходимо учитывать в процессе приготовления и хранения лаков на основе ПВХ с Кф=40. Значительного изменения вязкости раствора при длительном хранении не наблюдается при концентрации ПВХ в растворе менее 12,5% масс. При более высоких концентрациях ПВХ с Кф=40 возможно возрастание вязкости в процессе хранения и воздействия низких температур.
В настоящее время нами освоен промышленный выпуск ПВХ с Кф=40, ТУ 2212-026-10641390-2004. На основе ПВХ с Кф=40 разработан лак ХВ-701Б. Лак предназначен для долговременной защиты бетона, кирпича, металла и дерева, как в наземных, так и в подземных сооружениях от постоянного и переменного воздействия агрессивных сред (NaOH, NaCl, HCl), в том числе, характерных для природных грунтовых вод и ливневых стоков. Срок защитного действия в таких условиях эксплуатации – не менее 10 лет (Заключение ОС «Нижегородстройсертификация», Госстрой России). Покрытие имеет высокую стойкость к воздействию знакопеременных температур (в том числе и водной среде), солнечной радиации (при введении УФ-фильтра), растворов кислот и щелочей и других агрессивных сред. Пленка лака не поддерживает горения. Покрытие ремонтнопригодно. Лак может использоваться в качестве грунта, для известных лакокрасочных материалов (ПФ, НЦ, ХВ, ХС, МЛ, КС, ЭП и т.д.). Покрытие формируется методом распыления, кистью или валиком. Нанесение покрытия осуществляется в температурном диапазоне окружающего воздуха от -10 до +40 0С при отсутствии осадков. Расход лака при нанесении кистью составляет 120 г/м2 - 160 г/м2 на один слой. Интервал времени между нанесением каждого последующего слоя - 30-45 мин. Эксплутационным воздействиям покрытие может подвергаться по истечении 4-7 суток после нанесения (в зависимости от температуры окружающего воздуха).
Лак ХВ-701Б, обладая адгезией к бетону, кирпичу и штукатурке, в сочетании с низким водопоглощением, высокой водонепроницаемостью и гидрофобностью является хорошим гидроизолирующим материалом. Благодаря таким свойствам, лак может использоваться для защиты фундаментов зданий, как со стороны наружной, так и внутренней стороны засыпки.
Лак может наноситься на влажную поверхность. Так, с целью увеличения времени удаления влаги из слоев раствора бетона или штукатурки, что предотвращает растрескивание, достаточно нанести 1 слой лака в начальный период времени высыхания поверхности (полы, кровля, оштукатуренные поверхности стен, железобетонных эстакад и т.д.). При этом одновременно обеспечивается защита от воздействия атмосферных факторов, пыления и выветривания, улучшаются прочностные свойства. Так, сопротивление разрушению при сжатии стандартных образцов ( 100х100х100 мм., цементно-песчаная смесь) покрытых лаком через сутки после их формирования возрастает на 15-20 % в сравнении с образцами не обработанными лаком, а характер разрушения смещается от хрупкого в сторону квазихрупкого - более пластичного. Основные характеристики лака ХВ-701Б в таблице 2.
Таблица 2. Основные характеристики лака ХВ-701Б.
№ |
Наименование показателя |
Значение показателя |
1 |
Условная вязкость при 20 0С, сек. |
17-30 |
2 |
Содержание нелетучих веществ, %, не менее |
25-40 |
3 |
Время высыхания до степени 3 при (20+2)0С, мин., не более |
50 |
4 |
Внешний вид плёнки |
Однородная, без морщин, оспин, потёков. Допускается наличие включений в виде прозрачных частиц размером до 100 мкм.
|
5 |
Водопоглощение плёнки при сорбционном равновесии, % |
0,5 |
6 |
Адгезия плёнки к металлу, баллы, не более |
11 |
7 |
Адгезия плёнки к бетону, МПа, не менее |
2,5 |
8 |
Эластичность плёнки при изгибе, мм, не более |
1 |
9 |
Твёрдость плёнки (24 часа), усл. ед. по маятниковому прибору ТМЛ (маятник А) |
0,15-0,2 После окончательного структурирования покрытия твёрдость плёнки достигает 0,35 – 0,45 усл. ед. (7 - 14 суток). |
Таким образом, впервые показана возможность создания лаковых защитных покрытий на основе ПВХ, а также разработан лак ХВ-701Б, предназначенный для долговременной защиты бетона, кирпича, металла и дерева, как в наземных, так и в подземных сооружениях.
Литература
- Получение и свойства ПВХ/ Под ред. Е.Н. Зильбермана. М.: Химия , 1968. – 432 с.
- Шебырев В.В., Гуткович А.Д., Миронов А.А. и др. Поливинилхлорид (ПВХ) с повышенной растворимостью в органических растворителях, поливинилхлоридный лак на его основе и их применение. Патент № 2237677, Россия.- Бюл. № 28.-2004.
- Шебырев В.В., Гуткович А.Д., Миронов А.А. и др. Способ получения со (полимеров) винилхлорида. Патент № 2230755, Россия.- Бюл. № 17.-2004.