Влияние концентрации пигмента на защитные свойства грунтовочных покрытий

Свойства пигментированных пленок, в том числе и защитные, в значительной степени зависят от степени наполнения системы пигментом, которая может быть выражена в весовых или объемных процентах ![20].

Объемная концентрация пигментов представляет собой объемную долю пигментов и наполнителя в общем объеме нелетучих компонентов краски. Лакокрасочную пленку принято рассматривать как некоторый объем, заполненный нелетучими компонентами краски, причем пигменты и наполнители в виде отдельных частиц самой разной формы и размера включены в непрерывную фазу связующего. При изменении соотношения пигмента и связующего в сторону увеличения содержания пигмента может быть достигнуто такое состояние, когда частицы пигмента вследствие высокой плотности упаковки будут касаться друг друга. Такое соотношение между пигментом и пленкообразующим, при котором пленкообразующее в системе содержится точно в количестве, необходимом для заполнения пустот между частицами пигмента (при наиболее плотной их упаковке), называется критической объемной концентрацией пигментов. При исследовании зависимости свойств лакокрасочных пленок (па- ропроницаемости, защитных свойств, склонности к образованию пузырей) от объемной концентрации пигментов было установлено, что при критической объемной концентрации пигмента все эти свойства резко изменяются, т. е. эта концентрация является

как бы переходным соотношением, выше и ниже которого наблюдаются существенные изменения свойств пленки и ее внешнего вида.

Оптимальная объемная концентрация пигментов — это та концентрация, при которой покрытие обладает наилучшими свойствами; она, как правило, ниже критической объемной концентрации и зависит от свойств связующих и пигментов.

Для каждого пигмента существует интервал его объемного содержания в покрытии, в пределах которого обеспечивается максимальная стойкость покрытия, а в некоторых случаях и пассивация металла.

Влияние величин объемной концентрации пигментов на паропроницаемость глифталевого лака иллюстрирует рис. 8.20. Из приведенных на рисунке данных видно, что проницаемость пленок по мере увеличения объемной концентрации сначала уменьшается до минимального значения, соответствующего критической объемной нагрузке пигмента, а затем быстро возрастает.

Критические объемные концентрации для разных пигментов различны и колеблются в пределах 36—70%. В табл. 8.6 приведены критические объемные концентрации для некоторых пигментов, определенные по влагопроницаемости.

Выяснению оптимальной концентрации пигментов с целью повышения защитных свойств пигментированных покрытий посвящен целый ряд работ, авторы которых считают, что оптимальная объемная концентрация пигмента у грунтовочных покрытий находится в пределах 30%. Применительно к хроматсодержащим пигментам этот вопрос рассматривался в работе :[25]. По мнению автора указанной работы, растворимость активных хроматных пигментов можно регулировать объемной концентрацией пигмента; при незначительном содержании ак-

Таблица 8 6 Критические объемные концентрации пигментов (?) в различных лаках

тивного пигмента не наблюдается длительного действия пигмента и не достигается оптимальная степень защиты.

Оптимальные свойства грунтовок, содержащих смесь хроматных пигментов, оксида цинка, железного сурика и талька, достигаются в интервале концентраций 25—30%. Хотя основным назначением грунтовки является прямое воздействие на кинетику электрохимических процессов, протекающих на металле, это не означает, что грунтовка не может играть роль диффузионного барьера. Таким образом, общую защитную способность определяет совокупность диффузионных и пассивирующих свойств.

Для достижения высоких защитных свойств грунтовочных покрытий, по данным работы [25], необходимо обеспечить хорошее смачивание поверхности частиц пигмента связующим. При плохом смачивании активные пигменты гидролизуются быстрее, чем это необходимо для получения ингибирующего эффекта, и, если связующее обладает плохими изолирующими свойствами, продолжительность действия активных пигментов значительно сокращается. Большинство связующих, которые применяются в настоящее время для защиты от коррозии, как, например, алкидные или феноломасляные смолы, обладает хорошей смачиваемостью. Если же смачивание между пигментом и связующим недостаточно, применяют поверхностно-активные вещества (ПАВ). Последние вводят также для улучшения процесса диспергирования пигментов в связующем. При оптимальном гранулометрическом составе это также положительно сказывается на проницаемости грунтовочных покрытий.

Пигментированные лакокрасочные материалы представляют собой дисперсии, в которых дисперсная фаза (пигмент или наполнитель) распределена в полимерной дисперсионной среде (раствор, расплав, покрытие).

Как известно, ПАВ, образуя ориентированный адсорбционный слой на поверхности частиц, лиофилизует ее, сближая с молекулярной природой полимерного связующего. Это способствует стабилизации пигмента в связующем и его лучшему распределению, облегчает процессы диспергирования. В лакокрасочных системах на поверхности пигмента происходит конкурентное взаимодействие модификатора и других компонентов, главным образом полимера. Поэтому эффективность применяемых ПАВ зависит от свойств внутренней части адсорбционного ориентированного слоя, образованного полярными группами модификатора, и внешней части, т. е. от молекулярной природы углеводородных радикалов. Внутренний слой обеспечивает прочность связи с поверхностью частиц и предотвращает вытеснение ПАВ полимером, а наружная часть адсорбционного слоя —молекулярное сродство модифицированной поверхности к полимеру. В соответствии с этим эффективными модификаторами пигментов и наполнителей являются хемосорбирующиеся на них ПАВ, прочно связанные с поверхностью пигментных частиц. Установлено, что хемосорбция осуществляется при взаимодействии: а) анионоактивных ПАВ (длинноцепочечные жирные кислоты) с наполнителями основной природы (соли и оксиды основных металлов — MgO, CaCO3 и др.); б) катионоактивных ПАВ (алифатические амины, четвертичные аммониевые основания) с наполнителями кислой природы, основной составной частью которых является SiO2; в) ПАВ указанных видов с наполнителями, обладающими амфотерными свойствами JTiO2, Fe2O3); г) солей жирных кислот с наполнителями любой природы.

Эффективным природным поверхностно-активным веществом является лецитин представляющий собой эфир глицеридов жирных кислот и фосфа- тидов

Наличие в молекуле фосфатидов гидроксильных групп разного характера, остатка фосфорной кислоты, сложноэфирных и аминных групп, а также двойных связей жирных кислот обусловливает способность лецитина к адсорбции различными полярными группами на разных активных центрах поверхности пигментов.

ром. Он вводится в грунтовки в количестве 0,5—2% от массы пигментов при приготовлении замесов лакокрасочных паст [69].

Температура (время отверждения)

alt="" />

18—22 0C (не более I ч)

18—22 0C (не более I ч)

18—22 cC (не более 15 мин)

18—22 0C (не более 15 мин)

18—22 °С, (не более 15 мин)

18—22 cC (не более I ч)

18—22 cC (не более I ч)

Для защиты в комплексе с химически стойкими эмалями металлических конструкций и оборудования от воздействия кислот и щелочей при температуре до 60°С

Для защиты в комплексе с химически стойкими эмалями металлических конструкций и оборудования от воздействия кислот и щелочей при температуре до 600C Для грунтования металлических поверхностей, а также для защиты металла при меж- операционном хранении в течение нескольких месяцев То же

Для грунтования стали, алюминиевых и магнитных сплавов Для грунтования стали и алюминиевых сплавов

карбамидо-формальдегидными, меламиноформальдегидными, нитроглифталевыми, нитратцеллюлозными и перхлорвиниловыми эмалями. Для улучшения адгезии и предотвращения сморщивания пленки перхлорвиниловых и нитратцеллюлозных эмалей из-за частичного растворения пленки грунтовки активными растворителями, входящими в состав этих эмалей, грунтовки целесообразно наносить в два слоя. При этом первый слой грунтовки выдерживается до полного высыхания, а второй (тонкий) подсушивают на воздухе при 18—23 cC в течение 30—60 мин. Для всех остальных эмалей грунтовки можно наносить в один слой и высушивать до полного высыхания.

Эпоксидные и полиуретановые грунтовки применяют в основном в сочетании с эпоксидными и полиуретановыми эмалями и используют для окраски изделий ответственного назначения в жестких условиях эксплуатации.

Акриловые и сополимерно-винилхлоридные грунтовки хорошо сочетаются с перхлорвиниловыми и акриловыми эмалями.

При выборе систем покрытий для более конкретных уело- вий рекомендуется пользоваться справочной литературой [58, 70].

Подробные характеристики наиболее широко применяемых грунтовок приведены в табл. 8.7.