XV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2023

В настоящее время водоэмульсионные краски являются одним из наиболее популярных типов лакокрасочных материалов (ЛКМ). Они достаточно «чисты» в экологической сфере, потому что в отличие от ЛКМ, широко применяемых раньше, основой которых являются дорогие и токсичные органические растворители, их основа - вода. Водоэмульсионные краски предназначены, как для внутренней окраски зданий, так и для внешней окраски различных конструкций. Они отлично фиксируются почти на любой поверхности, в том числе на кирпиче, бетоне, дереве, штукатурке. Основным составом водоэмульсионной краски являются тонкодисперсные полимерные частицы, которые находятся во взвешенном состоянии в водной среде. К этой основе добавляются различные ингредиенты, которые определяют свойства краски. В состав красок вводят загустители, антисептики, диспергаторы и пластификаторы, а также антифризы, пеногасители и др. Соотношение разных ингредиентов определяется, прежде всего, назначением краски [1].

Сейчас чрезвычайный интерес представляют исследования, нацеленные на разработку и создание многоцелевых пигментов, подходящих для окрашивания широкого круга ЛКМ и обладающих хорошей диспергируемостью, высокой цветоотдачей, равномерностью окраски и воспроизводимостью цвета. Пигменты представляют собой сухие красящие порошки, нерастворимые в воде, масле и других растворителях. Группа железооксидных пигментов, окраска которых определена присутствием в их составе оксидов и гидрооксидов железа, охватывает желтые, красные, черные, коричневые пигменты, получаемые переработкой природных руд и синтетическим путем. В рамках проводимых исследований предлагаются пигменты и наполнители из отходов металлургического производства, где на разных стадиях образуется значительное количество отходов различного химического и гранулометрического состава. Часть отходов включает железо, концентрация которого может изменяться от 15 до 90 % и более. Такие отходы представляют интерес для их повторной переработки, т.к. полученные из них пигменты относят к классу хроматических защитно-декоративных с ингибиторными свойствами. Кроме оксида железа в состав пигмента входят химические соединения алюминия, кальция и марганца. В конечном итоге пигмент приобретает высокое значение рН, т.е. щелочную реакцию среды. Именно щелочной характер пигмента формирует нейтрализующую способность, что дает возможность использовать его в качестве ингибитора коррозии в широком диапазоне систем смол при создании разнообразных рецептур лакокрасочных материалов. Противокоррозионные качества приобретенных пигментов обусловлены не только химической структурой входящих в состав компонентов, но и физическими характеристиками частиц, обладающими формами глобул и чешуек с развитой поверхностью. Подобная структура при формировании покрытия образует барьерный эффект, противодействующий попаданию разрушающих агентов (вода, растворы электролитов и кислород воздуха) к поверхности металла [2].

Кроме того, добавление в лак и краску полимерного нанокомпозита придает им высокую бактерицидную биоактивность, за счет более высокого биопотенциала. Добавление композиционных материалов с наночастицами серебра в водоэмульсионную краску увеличивает ее биоактивность. Например, на поверхностях, покрытых такой краской, быстро снижается концентрация бактерий кишечной палочки и легионеллы (возбудителя тяжелого заболевания легких) до полной их гибели в течение не более четырех часов. Такие краски дают бесконечное количество возможностей для оформления интерьера, не капают с кисти, быстро сохнут и защищают материалы от биоразрушений – гниений и различных порчи материалов. Их уникальность – в комплексной пролонгированной биоактивности (фунгицидной, бактерицидной) [3].

Представляется перспективным направлением исследований установление условий синтеза, выбора и подготовки начальных материалов и модификаторов для получения ингибирующих пигментов для антикоррозионных составов [4].

Наиболее часто лакокрасочные покрытия применяются для защиты поверхности и придания ей декоративного вида. Повысить адгезию покрытий с подложкой можно не только специальной подготовкой окрашиваемой поверхности, но и путём введения модифицирующих добавок [5]. Это также достигается физической и химической модификацией, в том числе и за счёт получения пигментов с наноразмерной структурой, что может привести к получению значительно более дешёвых покрытий с ценным комплексом свойств.

Целью и задачами данной работы является исследование влияния дисперсности наночастиц порошка Cu₂O на защитные, а в большей мере на коррозионные, свойства лакокрасочных покрытий. Синтез и исследование дисперсности нанопорошка Cu₂O; приготовление лакокрасочных материалов с различной концентрацией пигментов; коррозионные испытания.

В рамках поставленных задач был синтезирован оксид меди (I) по следующей методике: к полученному реагенту Бенедикта добавили раствор глюкозы и раствор гидроксида натрия. Затем пробирки с реакционными смесями одновременно поместили на водяную баню. В ходе синтеза образовались наночастицы оксида меди (I) (рис.1).

Рис.1 - Наночастицы оксида меди(I).

Для подтверждения результатов синтеза были проведены спектрофотометрические измерения. Полученные пики на спектрах подтверждают, что полученным веществом является оксид меди (I) (рис. 2).

Рис.2 - Спектрофотометрические измерения оксида меди(I).

Так же нами были проведены исследования полученных наночастиц при помощи атомно-силовой микроскопии с помощью сканирующего зондового микроскопа. По результатам АСМ видно, что размеры полученных частицы лежат в пределах от 40 до 80 нм (рис.3).

Рис.3 - Результаты атомно-силовой микроскопии образца.

Полученный порошок оксида меди использовался в качестве пигмента для ЛКП в соотношениях по массе 70 %,30 % и 10 % от массы белой основы. Для исследования защитных свойств ЛКП с полученным пигментом были проведены коррозионные испытания. Проверка стойкости образцов стали на атмосферную коррозию проводилась в соответствии со стандартами. В ходе коррозионных испытаний использовались образцы стали без покрытия, с лакокрасочным покрытием марки «DerMaster» и с изготовленным покрытием на основе нанодисперсного пигмента, полученного в ходе данной работы.

Коррозионные испытания образцов проводили в 3 % водном растворе NaCl и 3 % водном растворе Na₂SO₄. Перед проведением эксперимента каждый образец взвешивали на электронных весах сначала без покрытия, а потом с пигментонаполненными лакокрасочными покрытиями. После этого образцы стали помещали в пробирки с водными растворами солей и выдерживали в течение 4х дней. Во время эксперимента визуально осматривали образцы: наблюдали за изменением цвета и формы образцов, образованием каких-либо продуктов. По окончанию эксперимента каждый образец высушивали фильтровальной бумагой, удаляли продукты коррозии и взвешивали. Полученные данные были занесены в таблицы (табл.1 и 2).

Таблица 1 - Коррозионные испытания образцов в 3 % водном растворе NaCl.

Маркировка образцов	Продолжительность испытаний, t, год	Размеры образца,мм.	Площадь поверхности образца, S, м2	Масса образца до испытаний, m, r.	Масса образца после удаления продуктов коррозии, m,r.	Потеря массы D,r.	Скорость коррозии Ki =∆m/(S×t)
1				0,1847	0,1961	0,0114	2630,0
2				0,2098	0,2127	0,0029	529,6
3	0,01095	10 х 25	0,0005	0,2305	0,2341	0,0036	657,5
4				0,2444	0,2492	0,0048	876,7
5				0,1852	0,1931	0,0079	1442,9
Среднее значение				0,2109	0,21704	0,0061	1227,3

Таблица 2 - Коррозионные испытания образцов в 3 % водном растворе Na₂SO_4.

Маркировка образцов	Продолжительность испытаний, t, год	Размеры образца, мм.	Площадь поверхности образца, S, м2	Масса образца до испытаний, m, r.	Масса образца после удаления продуктов коррозии, m,r.	Потеря массы D,r.	Скорость коррозии Ki =∆m/(S×t)
1				0,1732	0,1861	0,0129	2356,1
2				0,192	0,1952	0,0032	584,4
3	0,01095	10 х 25	0,0005	0,1977	0,2018	0,0041	748,8
4				0,2112	0,2166	0,0054	986,3
5				0,2372	0,244	0,0068	1242,0
Среднее значение				0,2022	0,2087	0,00648	1183,5

Так же была замечена закономерность, что чем больше процент внесенного нанопорошка оксида меди(I), тем меньше потеря массы и тем меньше скорость коррозии. Из результатов коррозионных испытаний следует, что лучшими антикоррозионными свойствами в 3 % водном растворе хлорида натрия обладают покрытия на основе нанопорошка. Такой же эффект наблюдается и в 3 % водном растворе сульфата натрия.

Полученные результаты в данной работе показывают, что изготовленное лакокрасочное покрытие, наполненное нанодисперсным порошком оксида меди (I), более эффективно защищает металлоконструкции от коррозии по сравнению с поставляемым на рынок ЛКП [6].

Список литературы:

1. Михайлов, Б. Н. Исследование наномодифицированных водоэмульсионных красок / Б. Н. Михайлов // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. – 2015. – №. 2 (13). – С. 87-96.

2.Кантарчян, М. В. Пигменты-наполнители на основе металлургических отходов и перспективы их коммерциализации / М. В. Кантарчян // Образование. Наука. Производство. – 2018. – С. 752-755.

3. Абрамян, А. Биосовместимые наноматериалы / А. Абрамян, М. Афанасьев, В. Солодовников, В. Беклемышев, И. Махонин // Наноиндустрия. – 2007. – №. 1. – С. 34.

4.Зиганшина, М. Р. Синтез и исследование антикоррозионных свойств неорганического пигмента на основе отработанного хромсодержащего катализатора / М. Р. Зиганшина, Э. А. Байбрина, С. А. Карандашов, К. В. Чернова // Вестник Казанского технологического университета. – 2016. – Т. 19. – №. 13. – С. 61-64.

5. Исаева, Е. И. Синтез наноразмерных частиц оксида меди (l) в гликолях / Е. И. Исаева, В. Е. Недилько, В. В. Горбунова, В. М. Стожаров // Журнал общей химии. – 2016. – Т. 86. – №. 1. – С. 154-156.

6. Исаева, И. Ю. Исследование структуры наночастиц меди и ее оксидов / И. Ю. Исаева, Г. Ю. Остаева, В. В. Грушина // Химия твердого тела и функциональные материалы-2018. Термодинамика и материаловедение. – 2018. – С. 66-66.

Код для цитирования: Скопировать