1.7.6 Силикатные наполнители

В лакокрасочных материалах используются три основных силикатных наполнителя [45]: тальк, каолин и слюда. Они являются филосиликатами, характеризующиеся ламелярным пластинчатым видом.

Упрощенная химическая формула талька Mg3[Si4O10(OH)2]. Тальк является гидратом силиката магния природного происхождения. Ионы Mg2+ расположены слоями в каждом втором промежуточном слое между силикатными слоями, образуя своего рода сэндвичевую структуру. В промежуточных слоях, не содержащих ионов магния, эти «сэндвичи» удерживаются между собой только силами ван-дер-ваальса, что объясняет пластинчатую структуру и легкую расщипляемость талька. Ламелярная структура с органофильной поверхностью обуславливает относительно высокое значение маслоемкости талька и позволяет избирательно влиять на реологию лакокрасочного материала. Эта структура наряду с химической инертностью является основой для использования талька в противокоррозионных ЛКМ. Тальк улучшает адгезию грунтовок за счет наличия гидроксильных групп. Это очень мягкий минерал, поэтому он улучшает диспергируемость в замазках и порозаполнителях.

Каолин представляет собой гидрат силиката алюминия общей формулы Al2O3∙2SiO2∙2H2O. Он образуется при атмосферном старении пород, богатых полевым шпатом, в форме микрокристаллических гексогональных пластинок и известен также как китайская глина. Кристаллизационная вода удаляется отжигом, за счет чего получают более белые и твердые марки наполнителя. Каолин с более мелким размером частиц используется как тальк. Он характеризуется хорошей смачиваемостью, но может применяться не со всеми связующими. Благодаря кислото- и атмосферостойкости этот наполнитель в основном используется в ЛКМ для замены белых пигментов. Другие области применения включают эмульсионные краски, ЛКМ, наносимые электроосаждением, грунтовки и порозаполнители. Из-за слегка кислого рН применение каолина в противокоррозионных грунтах ограничено.

Природная слюда обычно встречается в виде мусковита с коричневатыми перламутровыми прозрачными пластинками. Ее состав упрощенно можно выразить как K2O∙2Al2O3∙6SiO2∙2H2O. В качестве высокохимически и атмосферостойкого наполнителя слюда используется в ЛКМ для покрытий с отличными хим-, теплостойкостью и стойкостью к УФ- излучению, электроизолирующими свойствами. Введение слюды в состав ЛКМ предотвращает растрескивание покрытий. К отрицательным свойствам относятся очень темный цвет слюды, относительно плохую диспергируемость и сравнительно высокую стоимость.

1.7.7 Силикаты в пигментах

Пигмент на основе двуокиси циркония, модифицированной солью кремниевой кислоты, отличающийся тем, что с целью повышения устойчивости пигмента к действию ультрафиолетового облучения, он в качестве соли кремниевой кислоты содержит силикат стронция при следующем соотношении компонентов (массовые %): 0,1 – 10,0 силиката стронция, 90,0 – 99,9 двуокиси циркония [46].

Основной силикохромат свинца общей формулой 3PbO∙SiO2∙PbO∙PbCrO4 является антикоррозионным пигментом [47]. Он представляет собой частицы кремния, покрытые активной оболочкой хромата свинца и силикатов свинца разной основности. Стабилизирующее действие основного силиката свинца и ингибирующие свойства хромата свинца ставят силикохромат свинца в ряд лучших противокоррозионных пигментов. Он по своим свойствам не уступает свинцовому сурику и при этом содержит вдвое меньше свинца. Пигмент оранжевого цвета в воде и кислотах не растворим, отличается атмосферостойкостью. Его плотность в зависимости от состава 3500-4100 кг/м3, насыпная плотность 750 кг/м3, рН водной вытяжки 7-8, термостойкость 700 0С, маслоемкость 10-25 г/100г, укрывистость 55 -60г/м3.

Основной силикохромат свинца применяется для изготовления грунтовок на масляных, алкидных, синтетических и водоэмульсионных пленкообразующих веществах, а также для введения во все слои лакокрасочной системы с целью повышения ее защитных свойств. Успешно используется при окраске автомобилей.

Силикохромат свинца по сравнению с другими противокоррозионными пигментами имеет меньшую интенсивность, что способствует применению его в декоративных красах разных цветов с хорошими защитными свойствами. Пигмент выпускается двух марок: марка А предназначается для водорастворимых лакокрасочных систем, наносимых методом электроосаждения, марка Б – для грунтовок на основе различных пленкообразователей.

2 Выбор направления исследования

Проводимые на кафедре "Химическая технология лаков, красок и лакокрасочных покрытий" исследования, цель которых поиск новых эффективных малотоксичных противокоррозионных пигментов, показали наличие хороших противокоррозионных свойств марганецсодержащих пигментов. Подробное изучение противокоррозионных свойств природных и синтетических соединений марганца (IV) показало, что наилучшим является синтезированный манганат (IV) кальция.

Недостатком манганата (IV) кальция является высокая гидрофильность, которая ухудшает барьерные свойства покрытий на его основе. Результатом исследований влияния способов получения, промывки, сушки и частичной модификацией поверхности стало уменьшение количества водорастворимости на 30%. Это уменьшение является недостаточным для возможности использования манганата (IV) кальция в покрытиях.

В связи с вышеизложенным, цель данной работы заключается в исследовании свойств соосажденных манганат (IV) силикатов кальция, а также поиск оптимального содержания пигмента в покрытиях на основе алкидного лака ПФ-060 и грунтовочных композиций на его основе.

3 Объекты и методы исследования

В работе использовали соосажденный манганат (IV) силикат кальция в соотношении 10% Na2SiO3.

3.1 Характеристика исходных материалов

Перманганат калия (ч) ГОСТ 26490-75

Натрий азотистокислый (ч) ГОСТ 4197-74

Кальций азотнокислый 4-вод. чистый ГОСТ 4142-77

Жидкое стекло натриевое (с.о.=54,08%) ГОСТ 130-70

Ацетон ГОСТ 2768-79

Уайт-спирит ГОСТ 3134-78

Льняное масло ГОСТ 46879-86

Натрий хлористый NaCl ГОСТ 4233-77

Лак ПФ-060 ТУ 6-10-612-76

Сталь 08 КП ГОСТ 9045-80

3.2 Методы исследования

Объектами исследования служили лакокрасочные покрытия.

В качестве подложки лакокрасочных покрытий при испытаниях физико-механических и защитных свойств использовали образцы холоднокатной малоуглеродистой кузовной стали 08 КП, размером 75х70х0,9 мм, нарезной из одного листа.

Подготовку поверхности подложки перед окрашиванием проводили механическим и химическим способами. Поверхность стальных образцов зачищали наждачной шкуркой №100 до одинаковой степени шероховатости, обезжиривали ацетоном, протирали ватным тампоном и сушили на воздухе при температуре 20 ± 5 0С в течение 20 минут (ГОСТ 9.402-80).

Получение пигментных паст. В емкость загружали растворы лаков с заданным количеством пигментов и наполнителей, с последующим диспергированием пигментных паст на лабораторной бисерной мельнице при скорости 500 об/мин до степени перетира не более 30 мкм.