Лаковые защитные покрытия на основе ПВХ

Логотип: 

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 К_ф=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 К_ф в интервале 58-77 (ГОСТ 14332-78). Значения К_ф характеризуют величину молекулярной массы ПВХ: чем больше К_ф, 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 К_ф (К_ф = 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 К_ф=58,63,70, характеризуются быстрым нарастанием вязкости. Для ПВХ с К_ф=70 гелеобразование наступает сразу после охлаждения раствора до 20 ⁰С, а для ПВХ с К_ф=63 – через сутки. Условная вязкость растворов с использованием ПВХ с К_ф=58 в течение 3 суток возрастает с 23 до 300 секунд.

Очевидно, что ПВХ с К_ф = 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 К_ф=40 [2,3]: вязкость растворов практически не изменяется при хранении более года в условиях знакопеременных температур.

Основными преимуществами ПВХ с К_ф=40 по сравнению с перхлорвиниловой смолой являются более низкая себестоимость получения и отсутствие в готовом продукте токсичных веществ. С использованием ПВХ с К_ф=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 К_ф=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 К_ф=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 К_ф=40.

Ц₂ – незначительное изменение цвета; М₂ – незначительное меление покрытия; М₃ – значительное  меление покрытия.

Особенности использования композиции ЛК-1 состоят в следующем:

• ПВХ с К_ф=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 К_ф=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 К_ф=40. При 20 % -ной концентрации вязкость раствора ПВХ с К_ф=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 К_ф=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 К_ф=40 возможно возрастание вязкости в процессе хранения и воздействия низких температур.

В настоящее время нами освоен промышленный выпуск ПВХ с К_ф=40, ТУ 2212-026-10641390-2004. На основе ПВХ с К_ф=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.

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

1. Получение и свойства ПВХ/ Под ред. Е.Н. Зильбермана.  М.: Химия , 1968. – 432 с.
2. 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.
3. Шебырев В.В., Гуткович А.Д., Миронов А.А. и др. Способ получения со (полимеров) винилхлорида. Патент № 2230755, Россия.- Бюл. № 17.-2004.