Лакокрасочные материалы и покрытия. Принципы составления рецептур

Составление рецептур

При составлении рецептур двухупаковочных эпоксидных лакокрасочных материалов прежде всего необходимо тщательно выбрать растворители. При этом особое внимание следует уделить не только таким свойствам, как расте­кание и скорость отверждения, но и жизнеспособности составов, химической стойкости покрытий. Стойкость покрытий в воде и кислотах резко ухудшается при применении высококипящих водорастворимых растворителей (например, диацетоновый спирт, бутилгликоль), так как в их присутствии может происхо­дить набухание и удержание влаги. Жизнеспособность составов может быть увеличена за счет использования кетонов, которые с отвердителями могут об­разовывать аминофункциональные аддукты, и, наоборот, быть сокращена при добавлении спиртов.

В составе смесевых растворителей для эпоксидных смол (тип 1, рис. 2.18) желательно присутствие активных компонентов, таких, как метоксипропанол, метоксипропилацетат и метоксиизобутилкетон (МИБК), и неактивных (латент­ных) - ксилола и н-бутанола. Следует обратить внимание на то, что, несмотря на частичную растворимость эпоксидной смолы (тип 1) в ксилоле, она не мо­жет неограниченно разбавляться ксилолом. В двухупаковочные эпоксидные составы необходимо добавлять некоторое количество спиртов, например н-бу­танола или метоксипропанола, для улучшения совместимости с аминными от­вердителями.

Сложные эфиры и кетоны не следует добавлять к аминным отвердителям, так как в процессе хранения могут протекать химические реакции.

Следует также иметь в виду, что некоторые металлические пигменты спо­собны вступать в химические реакции с отвердителями, поэтому их вводят только в основу.

В качестве компонентов эпоксидных составов можно использовать камен­ноугольный деготь и углеводородные смолы. Соотношение эпоксидной смолы и наполнителей, как правило, составляет 60 : 40.

При применении смесей различных эпоксидных смол или отвердителей следует рассчитывать среднюю эквивалентную массу смеси на основании сле­дующего уравнения:

Масса (смеси)

Эквивалентная масса (смеси) = ----------------------------------------------------------------- —

Масса 1 / экв. масса 1 + Масса 2 / экв. масса 2 + ...

С помощью подобных формул можно также рассчитать другие параметры смесей.

Примеры рецептур

Типовые рецептуры эпоксидных материалов представим на примере двух­упаковочного эпоксидного цинкнаполненного лакокрасочного материала и двух аналогичных антикоррозионных грунтовок, наполненных фосфатом цинка.

Состав цинкнаполненного материала приведен в табл. 2.22.

Для примера приведем некоторые расчеты.

Расчет отвердителя

Эпоксидное число - NH-эквивалент = 0,155 • 520 = 80,6 (• 0,036 = 2,9),

Т. е. избыток отвердителя составляет около 3%.

Степень пигментирования П / Пл = 86 : (2,6 + 1,8) = 95 : 5

86/7,1

ОКП=------------------------------ • 100% = 76%

86/7,1 +4,5/1,2

Состав антикоррозионных грунтовок приведен в табл. 2.23.

Примечание. № 1 - 75%-ный раствор в ксилоле, э. ч. 0,205 (сухой) или 0,155 (в растворе), ЭП-эквивалентная масса 488 (сухой); № 9 - полиамид на основе димерных жирных кислот, 70%-ный раствор в ксилоле, ЫН-эквивалентная масса 240 (сухой) или 340 (в растворе), например Еигес1иг 115/70Х; № 10 - полиаминоамидоаддукт, 60%-ный раствор в смеси ксилол : н-бутанол (4 : 1), ЫН-эквивалентная масса 520 (в растворе), например Еигес! иг 423.

Ниже приведены некоторые расчеты для составления рецептур.

Расчет количества отвердителя

Состав 1: 0,155 • 340 = 52,7 (• 0,28 = 14,8);

Состав 2: 0,155 • 520 = 80,6 (• 0,27 = 21,8), т. е. имеет место практически сте­хиометрическое соотношение.

Степень пигментирования П / Пл:

Состав 1 (14,2 + 14,2 + 9,5 + 9,5): (28 • 0,75 + 15 • 0,7) = 47,4 : 31,5 = 1,5 : 1

Состав 2 (15 + 15 + 10 + 10) : (27 • 0,75 + 22 • 0,6) = 50 : 33,45 = 1,5 : 1

Расчет ОКП

Плотность материалов (г/см3): тяжелый шпат - 4,3, тальк - 2,7, фосфат цин­ка 3,3, красный железооксидный пигмент - 5,0, отвержденный эпоксидный по­лимер - около 1,2.

Состав 1

9,5 / 4,3 + 9,5 / 2,7 + 14,2 / 3,3 + 14,2 / 5

ОКП =------------------------------------------------------------------------ «100% =32,9% «33%

9,5 / 4,3 + 9,5 / 2,7 + 14,2 / 3,3 + 14,2 / 5 + (21 + 10,5) /1,2

Состав 2

10/4,3 + 10/2,7+15/3,3 + 15/5

ОКП = ----------------------------------------------------------------------- • 100% = 32,8 % = 33 %

10 / 4,3 + 10 / 2,7 + 15 / 3,3 + 15 / 5 + (20,25 + 13,2) /1,2

Таким образом, в обеих рецептурах степень пигментирования и ОКП (= 33%) практически равны. Там и там (табл. 2.23) присутствует тальк, способ­ствующий адгезии покрытий. Для оптимизации составов может быть использо­вана реологическая добавка.

Недостатком рецептур (табл. 2.23) является необходимость диспергирова­ния каждого из этих составов. С точки зрения простоты и экономичности было бы целесообразно разработать такую рецептуру, чтобы в результате одного процесса диспергирования можно было бы получить обе основы эпоксидных составов. Объясним, как это можно сделать.

Задача формулируется следующим образом.

Разработать рецептуру двух эмалей (цвет белый) на основе эпоксидной смолы типа 1 (рис. 2.18) и полиаминоамида или полиаминоамидоаддукта в ка­честве отвердителя. Степень пигментирования (смешанного двухупаковочно­го со-става) П / Пл должна составлять 0,75 /1; содержание нелетучих в каж­дом составе - 60%. Оба состава должны производиться в одну стадию диспер­гирования.

Выбираем сырье с учетом совместимости эпоксидной смолы и отвердителя.

Эпоксидная смола типа 1 - 75%-ный раствор в ксилоле, э. ч. = 0,155 (в растворе) и 0,205 (для сухого).

Полиаминоамид - 60%-ный раствор в смеси ксилола и метоксипропанола = 4:1, ЫН-эквивапентная масса 790 (в растворе) и 474 (для сухого), например Еигес! иг 100/60 ХМР.

Полиаминоамидоаддукт - 60%-ный раствор в смеси ксилола и метокси - пропанола = 4:1, ЫН-эквивалентная масса 520 (в растворе) и 312 (для сухого), например Еигес! иг 423.

Пигмент - диоксид титана (рутил), плотность 4,1 г/см3. Для простоты расчет осуществляется на чистый пигмент, на практике для придания оттенка в него добавляют небольшое количество желтого и/или черного железооксидных пиг­ментов.

Растворитель - метилизобутилкетон, ксилол и н-бутанол в соотношении 1:1: 0,3.

Рассчитываем необходимое количество аминного отвердителя (по массе) для стехиометрической реакции со 100 ч. эпоксидной смолы типа 1.

Требуемое количество отвердителя = э. ч. - ЫН-эквивалентную массу (сухую): полиаминоамида - 0,205 • 474 = 97,2; полиаминоамидоаддукта -

0, 205 »312 = 64,0.

Очевидно, что полиаминоамида потребуется больше и, соответственно (для заданной степени пигментирования), меньшее количество эпоксидной смолы. Состав с использованием полиаминоамидоаддукта, поскольку он по­требует большего количества эпоксидной смолы, можно получить из предвари­тельно диспергированной основы.

Разработка рецептуры для полиаминоамида (рис. 2.28) соответствует рас­четной рецептуре (табл. 2.24) и может быть легко пересчитана в рецептуры ос­новы и отвердителя (табл. 2.25).

Для стехиометрического отверждения 24,2 ч. (по массе) эпоксидной смолы (на сухое вещество), находящейся в основе (табл. 2.25), потребуется 64 • 0,242 = 15,5 ч. (по массе) полиаминоамидоаддукта, т. е. дополнительно по­требуется 23,6 - 15,5 = 8,1 ч. (по массе) смолы. Это количество (8,1) необходи­мо будет добавить в соотношении эпоксидная смола (на сухое вещество) : : полиаминоамидоаддукт (на сухое вещество) = 100 : 64 (см. выше). Окончательно получаем:

Добавление эпоксидной смолы (на сухое вещество) 8,1 : 1,64 = 4,9 или 4,9 : 0,75 = 6,5 ч. (по массе) в растворе:

Добавка полиаминоамидоаддукта (на сухое вещество) 8,1 - 4,9 = 3,2 или всего 3,2 + 15,5 = 18,7 ч. (по массе) или 18,7 : 0,6 = 31,2 ч. (по массе) в растворе.

Таким образом, цель достигнута. Из одной пигментной смеси, изготовлен­ной в лабораторных или производственных условиях, можно получить две эма­ли и тем самым упростить технологию их производства. Для проверки правиль­ности методики произведенных расчетов определим значения ОКП для обоих составов с отвердителями:

Полиаминоамидом

35,8/4,1

ОКП = ---------------------------------------------------------- »100% =18%

35,8/4,1 +(24,2+ 23,6)/1,2

Полиаминоамидоаддуктом

35,8/4,1

ОКП = ---------------------------------------------------------- • 100% = 18%

35,8 / 4,1 + (24,2 + 4,9 + 18,7) /1,2

Показано, что значения ОКП равны, это подтверждает правильность ис­пользованной методики разработки рецептур.