УДК 691.175:678

ПОЛИМЕРНЫЕ ПОКРЫТИЯ БЕЗ ЛЕТУЧИХ РАСТВОРИТЕЛЕЙ

Рылякин Евгений Геннадьевич1, Лахно Александр Викторович2, Даровских Илья Андреевич3
1Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, кандидат технических наук, доцент
2Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, кандидат технических наук, доцент
3Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, аспирант

Аннотация
В статье раскрывается актуальность применения защитных полимерных покрытий в различных отраслях народного хозяйства. Подробно рассматриваются достоинства и недос-татки различных видов защитных полимерных покрытий. Достоверно обосновывается, что самым эффективным способом улучшения свойств полиуретановых защитных покрытий с целью повышения технико-физических и эксплуатационных характеристик является химическая модификация эпоксидами.

Ключевые слова: вязкость, защитные покрытия, пластификатор, пленка, полимер, полиуретан, прочностные характеристики., растворитель


POLYMERIC COVERINGS WITHOUT FLYING SOLVENTS

Rylyakin Eugene Gennadyevich1, Lakhno Alexander Viktorovich2, Darovskikh Ilya Andreevich3
1Penza State University of Architecture and Construction, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor
2Penza State University of Architecture and Construction, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor
3Penza State University of Architecture and Construction, Graduate Student

Abstract
In article relevance of application of protective polymeric coverings in various branches of a national economy reveals. Advantages and shortcomings of different types of protective polymeric coverings are in detail considered. Authentically locates that the most effective way of improvement of properties of polyurethane sheetings for the purpose of increase of technical and physical and op-erational characteristics is chemical modification by epoxides.

Keywords: film, polymer, polyurethane, sheetings, softener, solvent, strength characteristics, viscosity


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Рылякин Е.Г., Лахно А.В., Даровских И.А. Полимерные покрытия без летучих растворителей // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 2. Ч. 2 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/02/47247 (дата обращения: 30.09.2017).

Развитие современного народного хозяйства приводит к расширению областей использования защитных полимерных покрытий (ЗПП), в том числе ответственного назначения. Следовательно, ЗПП должны быть устойчивы к воздействию различных агрессивных сред, температурам, механическим нагрузкам, обладая при этом высокими эстетическими и гигиеническими свойствами [1, 2].

Помимо эксплуатационных характеристик для защитных покрытий весьма важна практичность и технологичность их применения, то есть необходима принципиальная возможность использования ЗПП для защиты бетонных, металлических, деревянных  и других оснований, при их нанесении непосредственно на объекте. Также при выборе защитных покрытий необходимо учитывать экологические аспекты применяемых материалов [2].

Основной способ защиты большинства конструкционных материалов от воздействия неблагоприятных факторов – это нанесение защитных полимерных покрытий. В настоящее время существует огромное множество полимерных материалов и композиций [3], все они имеют свои достоинства и свои недостатки.

По способу применения такие полимеры подразделяются на «термопласты» и «реактопласты». К термопластичным материалам относятся полимеры, которые при высоких температурах переходят из твердого агрегатного состояния в вязкотекучее или высокоэластичное. При охлаждении термопластов происходит обратный переход из жидкого – в твердое. Это явление, как правило, объясняется линейным строением макромолекул этих материалов, этим же объясняется то, что многие термопласты растворимы в полярных  органических растворителях. Покрытия из таких материалов чаще всего наносят с помощью специального оборудования, что с практической точки зрения весьма затруднительно, либо в виде растворов полимера в огромном количестве летучего растворителя. К реактопластам относятся полимеры сетчатого строения, которые после полимеризации, как правило, не поддаются растворению и разжижению, а также обладают высокими механическими характеристиками.

Применение летучих растворителей необходимо для снижения реакционной способности и вязкости и для возможности выхода газовых включений смеси. Использование летучих растворителей также позволяет придать реакционной смеси гидрофобность, а пары летучих растворителей препятствуют доступу влажного воздуха к поверхности покрытия [2].

Однако применение летучих растворителей оказывает негативное влияние на экологическую обстановку, и зачастую покидая матричный материал, растворитель оставляет множество микродефектов, оказывая влияние на эксплуатационные характеристики покрытия. Во избежание негативного воздействия органических летучих растворителей все большее распространение получают водорастворимые покрытия.

Водорастворимые лаковые покрытия, как правило, представляют собой разнообразные дисперсии. Дисперсии состоят из капелек связующего вещества, которые имеют небольшие размеры и равномерно распределены по всему объему дисперсионной среды. После окончания покрытия такой лаковой дисперсией сначала начинает испаряться вода, а затем происходит формирование из капелек полимера тонкой плёнки. Компонент смеси, отвечающий за образование пленки покрытия, испаряется значительно медленнее, поэтому концентрация в дисперсии со временем возрастает. При достижении определенного порогового значения концентрации пленкообразователя происходит постепенное растворение капелек связующего вещества. Только после этого пленкообразующий компонент смеси начинает окончательно улетучиваться. Затем лаковая пленка высыхает и затвердевает. Водорастворимые лаки обладают хорошими адгезионными и когезионными свойствами, при их нанесении на деревянные поверхности образуется вязкоэластичное пленочное покрытие.

Также без использования летучих растворителей, возможно, получить защитные полимерные покрытия на основе реактопластов, исходные компоненты которых находятся в жидком или  вязкотекучем состояниях [2].

На сегодняшний момент весьма актуальна проблема, связанная с защитой основы пола от действия химически активных сред, следовательно, напольные защитные покрытия  должны удовлетворять высоким требованиям по износостойкости, ударостойкости, прочности, гигиеничности, экологичности и т.д [1,2]. Большинство доступных в продаже лакокрасочных материалов не удовлетворяют в должной мере данным условиям, а также содержат существенное количество летучих растворителей.

Что касается неорганических покрытий из керамической плитки, натурального камня или керамогранита, которые  являются шовными и имеют ограничения по гигиеничности и по химическим и механическим нагрузкам. Кроме того подобные керамические напольные покрытия являются достаточно скользкими и хрупкими материалами.

Напольные защитные покрытия из линолеума, ламината, паркетной доски или паркета имеют ограничения по температурным условиям эксплуатации, химическим и механическим нагрузкам, а также имеется множество требований к типу и качеству основания, на которое они укладываются и являются шовными, за исключением линолеума.

Одним из самых перспективных решений данного вопроса является применение защитных покрытий на основе реактопластов, а именно на основе эпоксидных или полиуретановых полимеров, так как в обоих случаях исходными компонентами данных материалов являются вязкотекучие продукты. А сами полимеры весьма химическистойки, и обладают высокими прочностными и эксплуатационными характеристиками. Однако и они не лишены недостатков. Недостатками эпокси-диановых композитов является достаточно высокая стоимость сырья, хрупкость и технологичность нанесения, а также применение различных растворителей или разжижителей [1–5].

К большим недостаткам полиуретановых композиций относятся проблемы связанные с технологией нанесения покрытий, вследствие вспенивания от наличия излишней влаги, подготовки основания и влияния условий окружающей среды. Самым эффективным способом улучшения свойств полиуретановых ЗПП с целью повышения технико-физических и эксплуатационных характеристик является химическая модификация эпоксидами. При этом образуется такой класс соединений, как эпоксиполиуретан [5].

Предлагаемый метод получения подобных покрытий сочетает в себе модифицирование простой полиэфирной смолы Лапрол 805А (100 масс.ч), эпоксидной смолой ЭД-20 (в размере 20 масс.ч) для повышения прочностных и адгезионных характеристик полимера. Введением в данный гидроксильный компонент полисилазана (продукт МСН 7-80, 4 масс.ч.) для устранения негативного действия воды и нейтрализации пенообразования [2, 5-10]. В качестве жидкофазного наполнителя (пластификатора) предлагается введение дибутилфталата, который помимо пластифицирующих свойств является нелетучим разжижителем и пеногасителем (позволяет газовым порам, образованным в результате перемешивания, покинуть материал). Отверждение производится полиизоцианатом. Данный состав при нормальной температуре являются жидким с вязкостью по ВЗ-1 около 14…21 сек. и может применяться без летучих растворителей. В то время когда для нивелирования действия влаги, при получении полиуретанов, в отличие от традиционных способов (основанных на применение гидроадсорбентов, гидрофобных компонентов и менее активных к  действию  влаги изоцианатов) осуществляется за счет создания мочевинных сшивок без выделения углекислого газа в результате взаимодействия силазана с молекулами изоцинаната и воды.

Полученные данным способом ЗПП обладают высокими эксплуатационными показателями. К основным физико-механическим характеристикам защитных полимерных покрытий относятся предел прочности и относительное удлинение при разрыве. Результаты испытаний, полученных покрытий в зависимости от содержания пластификатора показаны на рис.1

а)                                                                        б)

Рис.1. Зависимость предела прочности «а» и относительного удлинения «б» от количества пластификатора – дибутилфталата по ГОСТ 18299-72.

Из графика, представленного на рис 1 «б» следует, что введение в данную матрицу пластификатора до 30% по объёму приводит к увеличению относительного удлинения. Но при большем введении дибутилфталата наблюдается обратное явление, что свидетельствует о недостаточности матричного материала, и образованию открытых ячеек, о чем также свидетельствует то, что именно эта концентрация является пороговой для начала выпотевания ЗПП при повышенных температурах. Также применение пластификатора негативно сказывается на прочностных характеристиках покрытия, в том числе на износостойкости, одновременно позволяя получить меньшую вязкость и увеличить жизнеспособность смеси, препятствуя межмолекулярным взаимодействиям, что является благоприятными технологическими свойствами для применения наливом.

К напольным защитным покрытиям предъявляют высокие требования по износостойкости, косвенной характеристикой которого является истираемость. Так покрытия толщиной 5мм были нанесены на бетонные образцы размером 65×70×70 для образования кубов 70×70×70. Затем эти покрытия испытывались по ГОСТ 13087-81. Результаты испытаний представлены на рис. 2.

 

Рис. 2. Зависимость истираемости от содержания дибутилфталата

Результаты экспериментов свидетельствуют о значительной износостойкости, даже пластифицированных образцов. Помимо механических характеристик данный вид покрытий устойчив к химическим нагрузкам и может применяться для защиты механически нагруженных элементов конструкций и изделий, эксплуатируемых в условиях постоянного воздействия химически активных агрессивных сред, таких как полы в автомоечных комплексах, в химических производствах, сельском хозяйстве и других областях.


Библиографический список
  1. Зубарев, П.А. Износостойкостойкие полиуретановые покрытия / П.А. Зубарев, А.В. Лахно // Молодой ученый. 2014. – № 20. – С. 143–146.
  2. Зубарев, П.А. Защитные износостойкие покрытия на основе модифицированных полиуретанов. Автореф. дис. … канд. техн. наук. / П.А. Зубарев. – Пенза, ПГУАС. – 2014. – 16 с.
  3. Соколова, Ю.А. Модифицированные эпоксидные клеи и покрытия в строительстве / Ю.А. Соколова, Е.М. Готлиб. – М.: Стройиздат, 1990. – 176 с.
  4. Лахно, А.В. Восстановление деталей машин из полимерных материалов / А.В. Лахно, Е.Г. Рылякин // Молодой ученый. – 2014. – №8. – С.196-199
  5. Лахно, А.В. Эпоксиполиуретановый клей для соединения линолеума встык: дис. … канд. техн. наук: 05.23.05/ А.В. Лахно.– Пенза, 2005.–143 с.
  6. Бобрышев, А.Н. Перспективность модификации эпоксиполиуретанов кремнийорганическими соединениями / А.Н. Бобрышев, А.В. Лахно, П.А. Зубарев, П.И. Кувшинов, А.А. Бобрышев, Н.Н. Туманова // Вестник отделения строительных наук. – Выпуск №15. – Москва-Орел-Курск. – 2011. – С. 180-186.
  7. Зубарев, П.А. Планирование оптимального соотношения компонентов в полиуретановой системе [Текст] / П.А. Зубарев, В.О. Петренко, А.В. Лахно, Е.Г. Рылякин // Молодой ученый. 2014. – № 6 (65). – С. 164-166.
  8. Зубарев, П.А. Производственный процесс получения защитных полиуретановых покрытий [Текст] / П.А. Зубарев, А.В. Лахно, Е.Г. Рылякин // Молодой ученый. – 2014. – №5. – С. 57-59.
  9. Петренко, В.О. Моделирование оптимальной концентрации компонентов ремонтного клеевого состава / В.О. Петренко, А.В. Лахно, Е.В. Новиков // Международный технико-экономический журнал. 2011. № 3. – С. 110-112.
  10. Бобрышев, А.Н. Влияние аминосодержащих добавок на свойства полиуретановых композитов /  А.Н. Бобрышев, П.А. Зубарев, А.В. Лахно // Региональная архитектура и строительство. 2014. – № 2. – С. 35-39.


Все статьи автора «Рылякин Евгений Геннадьевич»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: