автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Разработка и исследование антикоррозионных защитных покрытий на эпоксидных связующих

Зоткння Марина Михайловна

РАЗРАБОТКА II ИССЛЕДОВАНИЕ АНТИКОРРОЗИОННЫХ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИИ НА ЭПОКСИДНЫХ СВЯЗУЮЩИХ

Специальность 05.23.05 - Строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 6 Ш1Ш

Волгоград 2012

005009458

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Мордовский государственный университет имени Н. П. Огарева»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Ерофеев Владимир Трофимович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Логашшл Валентина Ивановна

кандидат технических наук, доцент Пушкарская Ольга Юрьевна

Ведущая организация: ФГБОУВПО «Саратовский государственный

технический университет»

Защита состоится «14» февраля 2012 г. в 10.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.026.04 при ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет» по адресу: 400074, г. Волгоград, ул. Академическая, 1

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет»

Автореферат разослан «13» января 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Акчурин Т.К.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Повышение долговечности строительных конструкций и технологического оборудования промышленных предприятий приобретает особую актуальность в современных условиях развития экономических отношений. Для решения этой задачи необходимо принимать меры, снижающие или исключающие агрессивные воздействия на них. Одним из таких способов, позволяющих продлить срок службы конструктивных элементов, является применение различных защитных покрытий на основе полимерных связующих. Там, где традиционные строительные конструкции (железобетонные и др.) с защитными материалами не удовлетворяют требованиям долговечности, наиболее целесообразно использование полимербетонных конструкций. Основными областями, где существует необходимость использования защитных покрытий по строительным конструкциям, являются транспортные, химические, горно-металлургические и другие предприятия, где основными агрессивными средами являются вода, а также водные растворы кислот и щелочей.

На сегодняшний день в практике противокоррозионных работ применяются различные виды эмалей, красок, мастик, полимеррастворов и полимербе-тонов на основе эпоксидных связующих, являющихся по составу многокомпонентными системами. Однако, несмотря на значительное количество работ по этой проблеме, к настоящему времени недостаточно полно изучено влияние основных составляющих компонентов на структуру, физико-механические и эксплуатационные свойства эпоксидных материалов декоративного назначения. В научно-технической литературе не приводятся количественные зависимости изменения физико-технических свойств композитов под воздействием химических агрессивных сред и повышенных температур. Поведение эпоксидных материалов декоративного назначения в биологических средах практически не изучено. Опыт технологии изготовления и применения антикоррозионных эпоксидных материалов показывает также, что резервы в оптимизации их составов далеко не исчерпаны.

Цель п задачи исследования. Цель диссертационной работы заключается в экспериментально-теоретическом обосновании приемов и методов получения эффективных антикоррозионных защитных материалов декоративного назначения на основе эпоксидных связующих. Для этого потребовалось решение следующих основных задач:

■ установить основные закономерности структурообразования композитов на основе эпоксидных смол с улучшенными декоративными свойствами;

■ разработать оптимальные составы декоративных композиционных материалов на основе эпоксидных связующих с повышенными показателями прочности, химического и биологического сопротивления;

■ установить закономерности изменения биостойкости лакокрасочных покрытий от свойств его компонентов (грунтовки, покрытия) и подложки;

■ разработать программу для определения и прогнозирования изменения декоративных свойств лакокрасочных материалов, находящихся под действием эксплуатационных факторов;

" установить количественные зависимости изменения прочности, жесткости, долговечности и декоративных свойств композитов от содержания составляющих компонентов и оптимизировать их составы;

" исследовать свойства и оптимизировать составы композитов с пластификаторами, пигментами и наполнителями различной природы;

■ составить рекомендации по технологии применения декоративных эпоксидных композитов и осуществить их опытно-промышленное внедрение при защите строительных изделий.

Научная новизна работы:

• установлены закономерности и получены количественные зависимости изменения физико-механических свойств антикоррозионных защитных материалов на эпоксидных связующих от основных структурообразующих факторов;

■ получены количественные зависимости изменения свойств антикоррозионных защитных материалов под воздействием химических агрессивных сред, повышенных температур и микроскопических организмов;

■ экспериментально обоснована эффективность применения фунги-цидных добавок для композитов, способствующих исключению размножения микроскопических организмов на строительных конструкциях, повышению их физико-механических свойств и улучшению экологической ситуации в зданиях и сооружениях пищевой, сельскохозяйственной промышленности и др.;

■ разработаны регрессионные математические модели прочности и жесткости композитов декоративного назначения от гранулометрического состава минеральной фазы.

Практическая значимость работы состоит в разработке оптимальных составов антикоррозионных защитных материалов, пригодных для применения в качестве защитных покрытий в условиях воздействия химических и биологически агрессивных сред, разработана программа для определения и прогнозирования изменения декоративных свойств лакокрасочных материалов, находящихся под действием эксплуатационных факторов.

Внедрение результатов работы. Разработанные материалы прошли промышленную апробацию в ООО «Комбинат Теплоизоляционных Изделий», ООО «СтройСПК», ОАО «Проектный институт „Мордовгражданпроскт"» в г. Саранске.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на следующих внутривузовских, всероссийских и международных конференциях: Восьмых академических чтениях Отделения строительных наук РААСН (г. Самара, 2004 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Градостроительство, реконструкция и инженерное обеспечение устойчивого развития городов Поволжья» (г. Тольятти, 2004 г.); Международной научно-технической конференции «Актуальные вопросы строительства» (г. Саранск, 2004, 2007, 2009 гг.); IV республиканской научно-практической конференции «Наука и инновации в Республике Мордовия» (г. Саранск, 2005 г.); X научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов Мордовского государственного уни-

верситета имени Н. П. Огарева (г. Саранск, 2005 г.); XII научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов Мордовского государственного университета имени Н. П. Огарева (г. Саранск, 2007 г.); VI Международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития жилищно-коммунального комплекса города» (г. Москва, 2008 г.); Международной научно-технической конференции «Новые энерго- и ресурсосберегающие наукоемкие технологии в производстве строительных материалов» (г. Пенза, 2009 г.); Международной научно-практической конференции «Эффективные материалы, технологии, машины и оборудование для строительства и эксплуатации современных транспортных сооружений» (г. Белгород, 2009 г.); XIV Международной научно-технической конференции «Строительство. Коммунальное хозяйство. Энергосбережение - 2010» (г. Уфа, 2010 г.); региональной научно-практической конференции «Научный потенциал молодежи - будущему Мордовии» (г. Саранск, 2010 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 25 работ (в том числе три статьи в центральных рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ), получен патент на изобретение и зарегистрирована программа для ЭВМ.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, общих выводов, списка литературы, приложений. Она изложена на 176 листах машинописного текста, включает 34 рисунка, 26 таблиц, 12 приложений.

Диссертационная работа выполнена на кафедре строительных материалов и технологий Мордовского государственного университета имени Н.П. Огарева в соответствии с паспортом специальности 05.23.05 - «Строительные материалы и изделия», п. 5. «Разработка методов повышения стойкости строительных изделий и конструкций в суровых условиях эксплуатации».

Автор выражает глубокую благодарность профессору Д.А Худякову за оказанную помощь и научные консультации по отдельным разделам диссертационной работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении раскрывается актуальность проблемы, связанной с разработкой антикоррозионных защитных покрытий декоративного назначения, эксплуатируемых в условиях воздействия химических и биологических агрессивных сред.

В первой главе приведены обзор и анализ отечественной и зарубежной литературы в области получения и применения композитов декоративного назначения.

Рассмотрены основные виды лакокрасочных покрытий для защиты строительных конструкций и области их применения. Приведены сведения о материалах, используемых для получения защитных покрытий на основе полимеров. Описаны составляющие компоненты (огвердители, пластификаторы, наполнители, растворители и др.) антикоррозионных защитных материалов.

Отмечено, что наибольшее применение в условиях воздействия агрессивных сред получили покрытия на основе эпоксидных смол. Показаны преимущества их применения, благодаря широким возможностям модификации и направленного регулирования эксплуатационных характеристик эпоксидных смол. Рассмотрено применение физико-химических методов модификации эпоксидных композитов: введение твердых нерастворимых наполнителей и заполнителей, ПАВ, инертных пластификаторов и разбавителей. Показана зависимость изменения физико-механических и эксплуатационных свойств эпоксидных композитов от вида и свойств составляющих их компонентов. Отмечено, что зависимости изменения свойств декоративных эпоксидных материалов от вида и свойств составляющих компонентов (пластификаторов, наполнителей, пигментов) и эксплуатационных сред исследованы недостаточно полно.

Во второй главе определяются цель и задачи исследований, приводятся характеристики применяемых материалов, описаны методы экспериментальных исследований.

В качестве связующего использовалась эпоксидная смола марки ЭД-20. Отвердителем для нее служил полиэтиленполиамин. В качестве модификаторов рассматривались дибутилфталат, диоктилфталат, карбамидная смола марки ПКП-52, фурфуролацетоновый мономер. В качестве наполнителей использовались мел, портландцемент, хризотил асбест, аэросил, кварцевая мука, графит. Для изготовления материалов декоративного назначения применялись органические и неорганические пигменты. Выбор пигментов определялся их свойствами: цветом, укры-вистостыо, степенью атмосферо-, кислото- и щелочестойкости. Использованные материалы удовлетворяют требованиям соответствующих ГОСТ и ТУ.

При определении физико-технических свойств лакокрасочных материалов (ЛКМ) применялись современные физико-механические, химико-биологические и математические методы исследований, регламентируемые действующими ГОСТами. Исследование структурных изменений полимерных композиций осуществлялось методом полуколичественной фурье-ИК-спектроскопии. При исследовании биостойкости применялась стандартная среда мицелиапьных грибов. Оценка обрастаемости материалов мицелиальными грибами проводилась согласно ГОСТ 9.049-91 (метод 1 - определение наличия грибостойких свойств и метод 3 - определение наличия фунгицидных свойств). Физико-механические свойства на поверхности образцов определялись путем внедрения в материал конусообразного индентора (КИ) с помощью консистометра Геплера. При исследовании химической стойкости композиционных материалов в качестве агрессивных сред использовались горячая вода, 10% растворы гидрооксида калия, натрия, серной, азотной, лимонной и янтарной кислот, керосин, бензин, машинное масло. Оценка декоративных свойств производилась с применением компьютерной техники и периферийных устройств с помощью разработанной программы в среде МАТЬАВ. Статистическая обработка и построение графиков выполнялись с применением программного комплекса «Фактор», разработанного на кафедре строительных материалов и технологий МГУ им. Н. П. Огарева.

В третьей главе приведено экспериментально-теоретическое обоснование методов создания материалов декоративного назначения с улучшенной структурой и повышенными физико-техническими показателями. Исследованы процессы структурообразования декоративных эпоксидных композитов, содержащих в своем составе различные пигменты. При выполнении исследований введение пигментов в смолу осуществлялось в соответствии с минимальным количеством, требуемым для обеспечения укрывистости. Исследование структурных изменений составов во время твердения осуществлялось методом ИК-спектроскопии, основанным на поглощении отдельных функциональных групп в ИК-области. О степени отверждения композиций судили по изменению максимума поглощения при 829 см-1, соответствующего эпоксидной группе. Для более точного определения коэффициента экстинк-ции полос поглощения связей использован метод внутреннего стандарта, в качестве которого служила полоса поглощения колебаний ароматических колец в эпоксидных смолах (1 508 см""1). Отношение площадей максимумов поглощения или их высот было принято за показатель относительной степени отверждения. Сопоставление ИК-спектров пленок непигментирован-ного эпоксидного композита и составов с различными пигментами показывает, что на степень полимеризации большое влияние оказывает природа применяемого пигмента (табл. 1).

Таблица 1

Экспериментальные данные об относительной степени отверждения составов

№ состава Тип пигмента Относительная степень отверждения

0 — 1

1 960 Синий синтетический 1,35

2 Fepren Y-710 желтый ж/о 0,92

3 Красный ж/о 1,14

4 Коричневый ж/о 1,17

5 Fepren ТР-ЗОЗ красный ж/о 0,92

6 S5605 зеленый ж/о 1,09

7 Fepren НМ-470 коричневый ж/о 0,84

8 S722 черный ж/о 0,86

9 Titanium dioxide R-200 белый 0,66

10 Сурик железный 0,93

11 Железоокисный желтый 1,09

12 Глауконитовый зеленый 1,95

13 Кобальт фиолетовый темный 1,54

14 Алюминиевая пудра 1,26

15 Лазурь железная 1,91

16 Свинцовый крон 0,78

17 Охра светлая 1,22

Из полученных результатов видно, что наибольшая степень отверждения соответствует композитам, в которых в качестве пигментов применялись: глау-

конитовый зеленый, кобальт фиолетовый темный, лазурь железная, охра, алюминиевая пудра, железоокиеный желтый, 960 синий синтетический, красный ж/о, коричневый ж/о и зеленый ж/о. Из рассмотренных составов степень отверждения ниже на 22 % по сравнению с непигментированными материалами показали составы с пигментами Titanium dioxide R-200 белый и свинцовый крон, которые являются скорее всего катализаторами замедления полимеризации эпоксидной смолы.

Установлены показатели прочности и деформативности лакокрасочных эпоксидных материалов с различными пигментами (рис. 1).

1,2 1

К

ц £

Я 0,8

Ьй

0 с

и

= 0,6 J3

1

1 °'4 о

0,2 0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 И 12 13 14 15 16 17 № составов

Рнс. 1. Относительное изменение прочности эпоксидных композитов при введении различных пигментов: □ - прочность при изгибе (R„);|| - прочность при сжатии (R„); □ - модуль упругости (Есж)

Выявлено, что за счет целенаправленного выбора пигмента можно в широких пределах регулировать деформационно-прочностные свойства ЛКМ. Повышение прочности на сжатие достигается за счет введения в их состав следующих пигментов: глауконитового зеленого, Fepren Y-710 желтого ж/о, S5605 зеленого ж/о, Fepren НМ-470 коричневого ж/о, Titanium dioxide R-200 белого, сурика железного, алюминиевой пудры, 960 синего синтетического. Прочность при изгибе и модуль упругости у всех рассмотренных составов несколько ниже, чем у неокрашенных.

Исследовано влияние биологически активных сред на защитные покрытия и поверхности, на которые они наносятся. Рассматривались три варианта конструктивных решений: подложка без покрытия; с покрытием на основе эпоксидной смолы; с покрытием на основе эпоксидной смолы с фунгицидной добавкой. В качестве последней применяли препарат «Тефлекс. Антиплесень».

При испытаниях по методу 3 биоцидные свойства показали образцы, которые были покрыты эпоксидными композициями, содержащими фунгицидную добавку (табл. 2).

Таблица 2

Исследование биостойкости образцов

№ п/п Тип образца Степень обрастания, баллы Характеристика по ГОСТ 9.049-91

по методу 1 по методу 3

1 Образец из древесины 3 5 Негрибостоек, нефунгициден

2 Образец из древсои 1ы, I юкрьпъш эпоксидным составом 2 4 Грибостоск, нефунгициден

3 Образец из древесины, покрытый биоцидным составом 0 1 Фунгициде)!

4 Образец из металла 3 5 Негрибостоек, нефунгициден

5 Образец из металла, покрытый эпоксиллым составом 2 4 Грибо стоек, нефунгициден

6 Образец из металла, покрытый биоццдным составом 0 1 Фунгициде»

7 Образец из цементно-песчаного раствора 3 5 Негрибостоек, нефунгициден

8 Образец из цементно-песчаного раствора, покрытый эпоксидным составом 2 4 Грибостоек, нефунгициден

9 Образец из цсмеипю-песчаного раствора, покрьпъш биоиддным составом 0 1 Фунгициде»

Далее изучалось изменение физико-механических свойств на поверхности подложек (образцов из древесины, цементно-песчаного раствора и металла) как с покрытиями, так и без покрытий в условиях воздействия ми-целиальных грибов. В качестве контролируемого показателя была принята твердость на поверхности подложек. Образцы в течение 6 месяцев выдерживались в стандартной среде мицелиальных грибов, затем защитное покрытие с них снималось, и исследовались физико-механические свойства. Выявлено, что защитная пленка на основе лакокрасочных материалов с биоцидной добавкой способствует сохранению первоначальных свойств материалов, на которые они наносятся (рис. 2). При длительных сроках выдерживания (до б мес.) коэффициент изменения твердости образцов, покрытых биоцидным составом, практически близок к 1, т. е. образцы, защищенные фунгицидным составом, сохранили свои свойства.

Таким образом, результаты эксперимента свидетельствуют о существенном изменении физико-механических свойств материалов на поверхности после воздействия плесневых грибов, а защита конструкций фунгицидными составами способствует повышению их биологического сопротивления.

О 3 6

Длительность выдерживания, мес. Рис. 2. Изменение твердости образцов после воздействия биологической среды: а) из древесш ы; б) из металла; в) из цеметггао-песчшюго раствора; 1 - образец без покрытия; 2 - образец, покрытый эпоксидным составом; 3 - образец, покрытый эпоксидным составом с фунгицидной добавкой

3

Длительность выдерживания, мес.

3

Длительность выдерживания, мес.

Разработан метод оценки декоративных свойств покрытий, позволяющий качественно моделировать изменение цвета материалов различного состава. Реализация программы основана на применении компьютерного моделирования. По методике вначале производится сканирование образца, не подверженного воздействию агрессивных сред, создание файла в одном из графических форматов, например jpeg (jpg) или tiff (tif). Потом в той же последовательности осуществляется анализ образцов, выдержанных в агрессивных средах. Полученные файлы могут быть размещены в любой директории операционной системы. Анализ цветности осуществляется по программе, результаты выполнения которой записываются в отдельные текстовые файлы и выводятся в графическом виде для визуального контроля. За основу количественной оценки изменения цвета по поверхности образца берут средние арифметические значения составляющих кода RGB, который формируется при чтении изображения, а также значения выборочной дисперсии, приведенную погрешность (в %) изменения

составляющих кода RGB по поверхности образца от средних значений составляющих кода RGB. По результатам (средним значениям составляющих кодов RGB, выборочной дисперсии, приведенным погрешностям), полученным после обработки, судят об изменении цвета образцов, подвергнутых действию агрессивных сред или других эксплуатационных факторов, по сравнению с контрольными образцами. Результаты анализа цветности записываются в отдельные текстовые файлы и выводятся в графическом виде для визуального контроля.

Схема алгоритма программы приведена па рис. 3.

Рис. 3. Схема алгоритма программы для анализа цвета поверхности образцов лакокрасочных материалов

На рис. 4 приведен пример применения программы. Рассмотрен процесс изменения цвета поверхности образца из эпоксидной смолы наполненного портландцементом и пигментом 55605 зеленым после вьщерживания его в течение 12 часов в горячей воде.

а) б)

Цветовая поверхность исходного образца

Код RGB: Г42.5875: 84.5734: 59.74581

е)

Средние значения кода RGB

100,- - --------------- -------------------

I Г г I : ;

гоо 400 воо еоо woo г

.....pixels-----

Бязоиые величины:К6и = 51.0ве, G =>01.333, В = 61

pixels

Код RGB: [6.42783; 29.8053; 8,81276]

^ Рис. 4. Обработка результатов эксперимента с применением разработанной программы: а, б - цвет контрольного состава, не подверженного агрессивному воздействию, и образца после воздействия агрессивной среды; в, г - усредненный цвет образцов, контрольного и после воздействия агрессивной среды; д, е - средние значения кодов RGB образцов, контрольного и после воздействия агрессивной среды; ж, з - приведенные погрешности кодов RGB образцов, когпролыюго и после воздействия агрессивного среды; и, к - исправленная выборочная дисперсия кодов RGB образцов, контрольного и после воздействия агрессивной среды

В результате обработки отсканированных образцов (контрольного и подверженного воздействию нагретой воды, рис. 4 а и б) получены средние значения кодов RGB, которые составляют: для контрольного образца, не подверженного воздействию среды: красный - 6,428; зеленый - 29,895; синий - 8,813; после 12 часов выдерживания образца в горячей воде: красный - 42,588; зеленый - 84,573; синий - 59,746. Таким образом, числовые значения кодов RGB подтверждают изменение цвета поверхности образцов после старения материалов под воздействием эксплуатационного фактора.

В четвертой главе рассмотрены вопросы моделирования свойств эпоксидных композитов с пластифицирующими добавками. Исследовано влияние на свойства лакокрасочных материалов пластификаторов, отличающихся взаимодействием с эпоксидной смолой: диоктилфталата (ДОФ), роль которого сводится к изменению межмолекулярного и внутримолекулярного взаимодействия пространственной структуры; карбамидной смолы, содержащей функциональные группы, способные взаимодействовать с реакционными группами смолы с образованием трехмерного продукта; фурфуролацетонового мономера (ФАМ), способного взаимодействовать с отвердителем смолы. В качестве исследуемых свойств рассмотрены прочностные показатели при сжатии изгибе (R„), растяжении (Rp), а также модуль упругости (Есж). Исследования проведены с применением математических методов планирования эксперимента. В качестве матрицы планирования использован план Коно. Матрица планирования и результаты эксперимента для модифицированных композитов приведены в табл. 3 и 4.

Таблица 3

Матрица планирования и рабочие составы пластифицированных композитов

№ состава Кодированные значения факторов Натуральные значения факторов (содержание компонентов, мае. ч.)

X, Х2 отверди-теля диоктилфталата карбамидной смолы фурфуролацетонового мономера

1 -1 -1 8 0 0 0

2 0 -1 10 0 0 0

3 + 1 -I 12 0 0 0

4 -1 0 8 6 6 12

5 0 0 10 6 6 12

6 +1 0 12 6 6 12

7 -1 +1 8 12 12 24

8 0 +1 10 12 12 24

9 +1 +1 12 12 12 24

Таблица 4

Результаты исследований ___i

№ со-сга ва Показатели дня составов с диокгилфталатом, МПа Показатели для составов с карбамидной смолой, МПа Показатели для составов с фурфуролацетоновым мономером, МПа

Исж Rm Rp Еас-105 Rca, Rti Rp E^-IO' R« R* Rp Есж-Ю1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

1 100,1 50,9 48,9 1,90 100,1 50,9 48,9 1,90 103,3 114,7 56,8 1,87

Окончание табл. 4

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

2 108,9 81,0 65,2 1,95 108,9 81,0 65,2 1,95 104,2 114,1 73,1 2,06

3 105,0 73,2 48,8 1,63 105,0 73,2 48,8 1,63 107,7 116,9 62,8 2,02

4 105,6 48,5 70,5 2,04 107,6 26,7 42,7 1,31 65,2 33,2 53,0 109

5 117,6 61,8 82,3 2,07 114,9 44,0 38,3 1,31 113,7 61,2 84,0 2,16

6 117,2 44,1 68,1 2,02 119,1 56,5 73,4 1,28 120,3 54,8 43,3 1,89

7 82,8 21,0 54,2 1,43 72,8 5,8 23,2 1,06 45,2 4,6 20,6 0,11

8 102,2 65,5 55,0 1,86 92,0 22,3 33,1 1,02 38,3 22,4 52,3 0,28

9 105,1 62,5 67,2 1,96 93,0 58,0 32,8 1,28 73,2 23,5 48,9 1,13

После обработки результатов эксперимента установлены зависимости изменения физико-механических свойств лакокрасочных материалов на эпоксидных связующих от вида и количественного содержания пластификаторов:

при модификации диоктштфталатом (ДОФ): Ксж= 1 М^+б^ЗХ^З.ЗЗХг-З.бЗХ^.ббХЛ-^ВбХг2, К„=64,40+9,90Х,-9,35Х2-19,40Х12+4,80Х1Х,+7,55Х22, 11р= 78,91 + 1,72Х|+2,22Х2-7,92Х,2+3,22X^-17,12Х22, Есж-103 = 2,13+0,04X1—0,04X2—0,1 ЗХ12+0,20Х]Х2—0,25Х22;

при модификации карбамидной смолой (ПКП-52): Исж = 113,88+8,62Х]—10,123Х2—5,51 ЗХ,2+5,18Х,Х2-15,61 ЗХ22, Ки =45,011+17,383Х1-19,833Х2-3,917Х12+7,475Х1Х2+б,13Х22, 11р = 54,067+8,367Х]—12,ЗХ2+1,1Х12+2,425Х]Х2—12,8Х22, Есж-103 = 1,31—0,0 1 3X1—0,3 53Х2—0,017Х12+0,122Х]Х2+0,173 Х22; при модификации фурфуролацетоновым мономером (ФАМ):

Ксж= 98,239+18,44X1—29,645Х2—1,083Х12+8,643Х1Х2—20,7Х22,

55,033+7,117X1-49,2Х2-7,95Х,2+4,175Х,Х2+16,ЗХ,2, Е-р= 71,307+2,887Х,-11,017Х2-16,82Х,2+9,25Х,Х2-18,41Х22, Есж-103 = 1,92+0,37X1—0,738Х2—0,123Х]2+0,212Х1Х2—0,548Х22.

По уравнениям построены графики зависимости, из которых следует, что повышенные показатели прочности при сжатии и растяжении достигаются при содержании на 100 мае. ч. смолы: диоктилфталата 4-8 мае. ч. и поли-этиленполиамина 9-11 мае. ч.; карбамидной смолы 0-6 мае. ч. и ПЭПА 8-10 мае. ч.; фурфуролацетонового мономера 0-12 мае. ч. и ПЭПА 8-10 мае. ч. При введении пластификаторов во всех случаях происходит снижение модуля упругости композитов.

Изучено влияние природы подложки (на основе древесины, металла, цементного композита), природы и количественного содержания пластификатора в эпоксидном полимере на адгезионную прочность покрытий. Адгезия исследовалась по методу силы отрыва штифтов от подложки. Исследуемые составы и результаты испытаний приведены в табл. 5.

Таблица 5

Результаты эксперимента_

№ состава по матрице планирования Адгезионная прочность эпоксидных композитов, МПа

к древесине к металлу к цементному раствору

Составы, пластифицированные диоктилфталатом

1 5,54 5,00 4,12

2 5,41 6,53 5,08

3 4,04 7,27 5,14

4 3,35 12,67 8,12

5 6,34 12,55 8,15

6 4,33 12,18 12,86

7 5,18 10,53 7,72

8 6,13 11,42 10,36

9 5,14 11,98 10,85

Составы, пластифицированные карбамидпоп смолой

1 5,54 5,00 4,12

2 5,41 6,53 5,08

3 4,04 7,27 5,14

4 4,50 4,34 5,45

5 4,29 6,88 6,25

6 3,61 12,38 10,03

7 4,09 2,84 4,09

8 4,31 6,35 6,31

9 4,09 7,85 8,19

Составы, пластифицированные фурфуролацетоноаым мономером

1 6,10 12,51 10,03

2 5,09 12,22 6,67

3 2,98 10,82 6,83

4 6,45 10,18 6,78

5 3,77 11,56 11,74

6 7,13 11,86 9,94

7 5,79 5,94 9,76

8 4,94 12,23 8,67

9 7,10 10,98 7,37

Согласно полученным результатам, при введении диоктилфталата до 6 мае. ч. на 100 мае. ч. смолы адгезия эпоксидных покрытой к деревянным поверхностям несколько уменьшается, а при введении в составы карбамидной и фурановой смол рас-сматривасмый показатель увеличивается. Высокой адгезией к металлическим поверхностям обладают составы, пластифицированные диоктилфталатом и фурфуролацето-новым мономером. Максимальные значения данного показателя (12,5 МПа и выше) характерны для составов, содержащих компоненты в следующих количественных содержаниях (мае. ч.): ДОФ - 6, ПЭ11А - в пределах 8-12; ФАМ -12. НЭПА - в пределах 9-11 на 100 мае. ч. ЭД-20. Адгезия эпоксидных композиций к поверхностям из цеменгио-песчаного раствора при введении диоктилфталата и карбамидной смолы в больших количествах уменьшается. При модификации составов фурфуролацетоно-вым мономером максимальная адгезионная прочность (10-11 МПа) характерна для составов,содержащих 6-16 мае. ч. ФАМ и 9-11 мае. ч. ПЭПА на 100 мае. ч. смолы.

Получены количественные зависимости изменения стойкости эпоксидных композитов в эксплуатационных средах. По математическим моделям построены графические зависимости изменения свойств композитов на основе эпоксидной смолы ЭД-20 от содержания пластификатора и отвердителя при выдерживании в нагретой воде в течение 12 часов (рис. 5).

а) б) в)

©

О «

и

х б

Я й о.

о

и

шт

I/У *

■ •/•-/-- с,.яг. •

,/ У 1

lJ/J: /'/У : / /

"Л

«о

0 о ч

ч о О

//

7/Х ■,/1

(о

0

0 ч

и

1 6 I

V

ч о О

1о

12

ЙО

\ V 'X

У

! (О

Содержание ПЭПЛ

Ю 12

Содержание ПЭПЛ

—-1.8-- -

»у

'' ' ^ Т" / /

л? (

ч ( Ч 14

Соаепжание ПЭПЛ

10'

Содеожание ПЭПЛ

12'

[0

Содеожание ПЭПЛ

Рис. 5. Зависимости изменения массосодержания (а, г, ж), коэффициентов стойкости по прочности при изгибе (б, д, з), прочности при сжатии (в, е, и) от содержания полиэтиленполиамина и пластификаторов после 12 часов выдерживания композитов в воде при температуре 90 °С

Из графиков следует, что при введении повышенного количества диок-тилфталата увеличивается водопоглощение образцов и снижается прочность при изгибе и сжатии после воздействия среды. Полученные результаты также свидетельствуют о том, что при содержании отвердителя в количестве 8-10 мае. ч. на 100 мае. ч. эпоксидной смолы при введении в данные составы карбамидной смолы прочность практически не снижается после воздействия на образцы го-

рячей воды. Установлено, что у образцов, модифицированных ФАМ, на начальных этапах выдерживания в агрессивной среде увеличивается прочность при изгибе, но потом она снижается, и увеличивается модуль упругости материалов.

Выявлены изменения соотношения цветовых тонов спектра эпоксидных пигментированных композитов с различными пластификаторами после воздействия воды, нагретой до I =90 "С (рис. 6).

а)

е о ч

*

а

и Ч о О

б)

„1.27-

-1,2:

I

.•"-lJI-1,27-.,,;^

-liJ.lWI.lSM.n-UH-;,^-

■-li—.

-Mri.i.

U\

10 12 Содержание ПЭПЛ

Содержание ПЭПА

Ю 12

Содержание ПЭПА

о) in

С X

с

« 6

х

га *

а Г

oj I ч >л о

и о

■2.5—2,5-2,5_Ls_,,_2,

,| .5-1,5-1,5—1,5-1.5—1.5-1,5,

Г

В)

10 12 Содержание ПЭПА

CN Ш

С

X

с

g 6

х

га

ч

б о

-1.85 —1,85~1,85—1.85——

1 55 l.-i— 5 1,55,1,55-1.55-'!5-1J!"

-1,4-1,4-

1,25-1,25«1 2S.1.25-lJ5{l.2«-1'25 1 I-1'1-" , ,—1.1-1.1.'.'* '

cs 1л

С

X

с

" 6 к 0 х га

3 10 12

Содержание ПЭПА

ч

<3 0

.------ ■ -

1 ___

1 __1.1—

----

!,2-—1,11 ^1,2"* i I | ____»l.i—i.i. 11—I-1

1 l^1^* j _

1 '•''' '

Л

24

< е

-- г п , ' 0.01-0.01-0,00,01.

ч о

о

(¡.WI.WJ,:—г,.?————эт.— -J/.'-0.,-<.:Ь__ ____Г,/,_(J й-

< е

s § 12 I

а §

о

и

.....

уч

^«IsSTr-j-

'Sjj.

24

10 12 Содержание ПЭПА

_о.о,.о.о.-°-°"

OMf

о

0,005^

0,0054.

£ П-Г ода

га 1 ¿о 01*-' | • и 01—

ft 1 o.oi-

О. 0 U2—0,112-0.02-0,02-0,02.

ч о

и

"-».»^ог,

_D,Ul_0.03—0,D>—0.03—о

-0,05-0,05-0. 05-0,05^,

1'2

10

8 10 12 8 1'0

Содержание ПЭПА Содержание ПЭПА Содержание ПЭПА

Рис. 6. Ошосигельные значения изменения кодов RGB после 12 часов воздействия горячей юлы на составы, пластифицированные диоктилфталагом (а), карбамидной смолой (б), фурфуролацетоновым мономером (в)

Установлено, что более высокой стойкостью к изменению цветности обладают составы, пластифицированные диоктилфталагом; составы, модифицированные ФАМ и карбамидной смолой, показали более низкие результаты.

В пятой главе исследованы физико-технические свойства J1KM с различными наполнителями. Установлены количественные зависимости изменения физи-

ко-механических свойств лакокрасочных материалов на эпоксидных связующих от вида и количественного содержания наполнителя (рис. 7).

а1 ¿3 200" 2 * 100"

о

б)

а 2 80

Л 40" 0

О ЗО ео 120 150

Содержание портландцемента, мае. ч.

о зо во 1 го

Содержание кварцевого порошка, мае. ч.

6 12 24

Содержание графита, мае. ч.

Д)

20 40 во

Содержание мела, мае. ч.

120' 90' 6СГ| 30 0

40 30" 20" 10"

в 4 С 2 3

е)

0 3 6 9

Содержание асбеста, мае. ч.

о?

93"] 30П КЗ 3 С

62" с _ 220 52 о

31" * 10" ■и 1

ш

0

ш

Содержание аэросила, мае. ч.

Рис. 7. Зависимость изменения прочности и модуля упругости эпоксидных композиций от содержания портландцемента (а), кварцевого порошка (б), графита (в), мела (г), асбсста (д) и азросила (с): Ш - прочность при сжатии (Кок); прочность при изгибе (К.,); Ц- модуль упругости (Есж).

Повышенные показатели прочности наблюдаются при оптимальном содержании наполнителей, которое составляет для портландцемента - 120 мае. ч.; кварцевой муки - 30-60 мае. ч.; мела - 80 мае. ч.; хризотиласбеста- 6 мае. ч.; аэросила - 1,5 мае. ч. на 100 мае. ч. эпоксидной смолы ЭД-20. Введение графита приводит к уменьшению прочности относительно («наполненных композитов.

Получены количественные зависимости изменения массосодержания и коэффициента водостойкости окрашенных наполненных эпоксидных композитов при выдерживании в нагретой воде в течение 12 часов от вида и количества наполнителя. Полученные результаты свидетельствуют о том, что при введении наполнителей в большинстве рассмотренных случаев не происходит снижения прочности композитов по сравнению с ненаполненными составами после воздействия агрессивной среды. Установлено, что при введении портландцемента, кварцевой муки, хризотиласбеста и аэросила массосодержание образцов практически не изменилось.

Получены зависимости изменения цветности наполненных эпоксидных композитов, содержащих пигменты, при выдерживании в нафстой воде. На рис. 8 показаны результаты в случае применения пигмента зеленого Б5605 (производство Китая).

о 30 ВО 120

Содержание наполнителя, мас.ч.

0 30 60 120

Содержание наполнителя, мас.ч.

О 6 12 24

Содержание наполнителя, мас.ч.

0 3 6

Содержание наполнителя, мас.ч.

20 40 8

Содержание наполнителя, Мао

0 1,5 3

Содержание наполнителя, мас.ч.

Рис. В, Относительное изменение цветовых тонов (1 - красного, 2 - зеленого, 3 - синего) лакокрасочных материалов после выдерживания в воде при температуре 90 °С в течение 12 часов в зависимости от содержания наполнителей: а) портландцемента; б) кварцевой муки; в) графита; г) мела; д) хризотиласбеста; е) аэросила

Проведенные исследования показали, что применение наполнителей оказывает существенное влияние на стойкость материалов в условиях воздействия агрессивных сред. Выявлено, что у эпоксидных композитов не происходит изменения соотношения цветовых тонов спектра при наполнении их аэросилом, хризотиласбестом и мелом независимо от количества наполнителя, а у составов, наполненных графитом и цементом, происходит достаточно значительное изменение цветности относительно первоначальных испытаний.

Оптимальные физико-технические показатели композитов достигаются при применении наполнителей различной природы. Предыдущими исследованиями установлены высокие показатели при применении пигмента Рергсп У-710 желтый ж/о и в качестве наполнителя - мела. В связи с этим получение регрессионных математических моделей отношения полимер-наполнитель, прочности и жесткости эпоксидных композитов в зависимости от гранулометрического состава наполнителя представляет значительный интерес. Оптимизационные исследования выполнялись с помощью математических методов планирования эксперимента по симплекс-решетчатому плану Шефе. За постоянные факторы, определяющие равные условия проведения опытов, были выбраны: содержание вяжущего и отвердителя и вязкость полимерминеральной композиции. Гранулометрический состав комплексного наполнителя варьировался на трех уровнях: пигмент фракции менее 0,071 мм (Х|); мел фракции 0,071-0,16 мм (Х2); мел фракции 0,16-0,315 мм (Х3). Матрица планирования и результаты эксперимента приведены в табл. 6.

Таблица 6

Матрица планирования и результаты эксперимента_

№ п/п Кодированные значения факторов Состав компонентов в масс. ч. Показатели

X, х2 X, наполнитель смола отвердитель П/Н МПа МПа Есж'Ю , МПа

1 1 0 0 8,2 100 10 12,2 83,75 25,75 1,44

2 0 1 0 16 99 9,9 6,2 91,09 24,85 1,84

3 0 0 1 16 98 9,8 6,1 93,25 22,96 2,44

4 0,333 0,667 0 13,4 96 9,6 7,2 87,89 22,44 1,60

5 0,333 0 0,667 13,4 96 9,6 7,2 97,71 23,30 2,49

6 0 0,333 0,667 16 98 9,8 6,1 97,41 28,72 2,36

7 0,667 0,333 0 10,8 95,6 9,56 8,9 91,72 27,54 2,03

8 0,667 0 0,333 10,8 95,5 95,5 8,8 97,54 22,52 2,69

9 0 0,667 0,333 16 98,2 98,2 6,1 92,09 22,78 4,08

10 0,333 0,333 0,333 13,4 97 9,7 7,2 93,51 25,46 2,20

Статистическая обработка результатов эксперимента позволила получить зависимости отношения полимер-наполнитель (П/Н), прочности при изгибе (Яи), прочности при сжатии (11«), модуля упругости (Есж) эпоксидных композитов от гранулометрического состава наполнителей:

П/Н =12,20X1 + 6,20X2 + 6Д0Х}- 5,18Х,Х2 - 5,18X1X3 - 0,23Х2Х3 - 2,03(Х,+ Х2) - 2,93(Х,+Х3) - 0,23(Х,+Х3) + 5,63Х,Х2Хз,

Яи= 27,75Х| + 24,85Х3 + 22,96Х3 - 5,90Х,Х2 - И,00Х,Х3 + 8,ЗОХ2Х3 + 27,90(Х,+ Х2) - 16,04(Х,+Хз) - 44,35(Х2+Х3) + 33,17Х,Х2Х3,

Ясж= 83/75Х, + 91,09Х2 + 93,25Х3 + 10,73Х,Х2 + 41,09Х,Х3 + 11,61Х2Х3 + 42,37 (Х,+Х,) + 20,20(Х,+ Х3) - 31,05(Х2+ Х3) - 78,04Х,Х2Х3,

Есж-103 = 1,50X1 + 1,80Х2 + 2,50Х3 + 0,68X1X2 + 2,70Х,Х3 + 4,95Х2Х3 + 3,38(Х,+ Х2) + 3,60(Х,+Х3) + 13,05(Х2+ Х3) - 17,78Х,Х2Х3.

Графические зависимости изменения свойств композитов от гранулометрического состава дисперсной фазы приведены на рис. 9.

состава наполнителей

Из результатов исследований следует, что наиболее высокие показатели прочности достигаются при содержании дисперсной фазы следующей крупности: пигмент фракции менее 0,071 мм - 20 %, мел фракций 0,071-0,16 мм - 20 %, мел фракций 0,16-0,315 мм - 60 %. Применение наполнителей указанных составов позволяет повысить прочность при сжатии полимерных окрашенных композиций на 15 %, а прочность при изгибе на 30 %.

Шестая глава посвящена исследованию химической и биологической стойкости композитов на основе эпоксидной смолы и пигментов различной природы. В табл. 7 и 8 приведены составы, которые были выдержаны в агрессивных средах в течение 1 года, и результаты испытаний.

Таблица 7

Исследуемые составы _

№ состава Количественное содержание компонентов на 100 мае. ч. смолы ЭД-20, мае. ч. Вид применяемого пигмента

1 ПЭГ1А - 8; растворитель-646 - 5 Железиоокисный желый

2 ПЭПД - 10; растворитель-646 - 5 Глауконитовый зеленый

3 ПЭПА - 12; растворитель-646 - 10 Алюминиевая пудра

4 ПЭПА - 12; растворитель-646 - 5 Лазурь железная

5 ПЭПЛ- 12; растворитель-646 - 10 Белила цинковые

6 ПЭПА - 8; растворитель-646 - 10; дибутилфталат - 5 Охра светлая

7 ПЭПА -10; растворитель-646 -10; дибутилфталат - 5 Сурик железный

8 ПЭПА - 12; расгворигель-646 -10; дибутилфталат- 5 Кобальт фиолетовый темны!1

9 ПЭПА - 12; дибутилфталат - 10 Свинцовый крон

Таблица 8

Стойкость ЛКМ после действия агрессивных сред_

№ состава Исследуемые среды

Вода 10% раствор Н2504 10% раствор Н2Ш3 10 % раствор ХаОН 10% раствор КОН 10% лимонной кислоты 1и% раствор янтарной кислоты Машинное масло я к го X и из Керосин

Изменение массосодержания, %

1 2,72 1,81 2,27 1,42 1,26 1,89 2,52 3,00 0,21 1,01

2 2,31 4,12 1,85 1,26 0,78 1,16 0,88 0,36 0,08 1,23

3 4,39 6,04 5,36 1,41 1,55 2,24 2,88 1,07 0,35 0,97

4 4,01 9,24 3,60 1,38 0,76 1,49 2,01 0,70 0,28 0,94

5 3,62 10,95 6,00 1,65 1,30 3,47 2,93 1,71 0,98 0,58

6 3,05 1,95 2,05 1,98 1,56 2,26 1,99 0,17 0,68 0,19

7 3,98 2,01 2,10 2,65 1,64 1,35 1,77 0,80 0,06 0,11

8 3,12 3,51 2,22 2,22 0,96 1,46 1,60 0,87 0,31 0,03

9 2,29 4,48 2,20 1,31 1,07 1,10 1,04 0,34 0,21 0,33

Коэффициент химической стойкости

1 0,85 0,72 0,84 0,79 0,95 0,85 0,95 0,95 1,11 1,04

2 0,90 0,85 0,96 0,85 1,02 0,95 0,98 0,97 1,09 0,99

3 0,82 0,65 0,89 0,71 1,05 0,88 0,97 0,99 1,18 1,00

4 0,75 0,65 1,02 0,74 1,03 0,99 0,96 0,96 1,09 1,06

5 0,83 0,82 0,92 0,81 0,94 0,87 0,93 0,96 0,90 0,95

6 0,86 0,63 0,79 0,82 0,99 0,96 0,94 0,97 1,07 0,97

7 0,82 0,65 0,92 0,77 0,99 0,88 0,95 0,95 1,03 1,03

8 0,81 0,93 0,78 0,88 0,98 0,85 0,89 0,96 1,02 0,89

9 0,92 0,96 0,73 0,85 0,90 0,80 0,78 0,95 1,08 0,80

Из результатов проведенных исследований видно, что наиболее эффективными сточки зрения наличия соответствующих физико-механических свойств и химического сопротивления являются составы с пигментами сурик железный и глауконитовый зеленый. Данные составы выделены для практического применения (табл. 11).

Нами были проведены экспериментальные исследования по проверке устойчивости эпоксидных композитов, содержащих в своем составе растворите-

ли, пластификаторы и пигменты, в условиях воздействия мицелиальных грибов. Результаты исследований представлены в табл. 9.

Таблица 9

Биостойкость эпоксидных композитов в зависимости от составляющих компонентов_

№ сос гава Составы композитов, мае. ч. Степень обрастания, баллы Характеристика грпбостойкости по ГОСТ 9.049-91

Метод 1 | Метод 3

Обрастаемоеть образцов от вида отвердителя

1 ЭД-20 - 100; ПЭПЛ - 10 3 5 Негрибостоек

2 ЭД-20 - 100; ЛСФ-25 2 5 Грибостоек, нефу! !П И WKI1

Обрастаемоеть образцов от вида растворителя

3 ЭД-20 - 100; ПЭПЛ - 10; ацетон - 10 2 5 Гр1 ЮОСГОСК, 11Сфу11ГИЦ шен

4 ЭД-20 - 100; ПЭПЛ - 10; сольвент - 10 3 5 Негрибостоек

5 ЭД-20 - 100; ПЭПЛ - 10; смесь растворителей: ацетон, этилцеллюзольв, бутилацетат, бутиловый спирт, толуол в соотношении 0,7:0,8:1:1,5:5 - 10 2 5 Грибостоек, нефунгициден

Обрастаемоеть образцов от вида пластификатора

6 ЭД-20 - 100; ПЭПЛ - 10; ДБФ - 6 3 5 Негрибостоек

7 ЭД-20 - 100; ПЭПЛ - 10; ДОФ - 6 3 5 Негрибостоек

8 ЭД-20 - 100; ПЭПЛ - 10; ПКП-52 - 6 3 5 Негрибостоек

9 ЭД-20 - 100; ПЭПЛ - 10; ФЛМ- 12 3 4 Негрибостоек

Обвастаемость составов, отверждепных ПЭПЛ, от вида пигмента

10 ЭД-20 - 100; ПЭПЛ - 10; 960 синий 3 5 Негрибостоек

11 ЭД-20 - 100; ПЭПЛ - 10; Fepren Y-710 желтый ж/о 2 4 Грибостоек, нефунгициден

12 ЭД-20 - 100; ПЭПЛ - 10; красный ж/о 4 5 Негрибостоек

13 ЭД-20-100; ПЭПЛ-10; коричневый ж/о 4 5 Негрибостоек

14 ЭД-20 - 100; ПЭПЛ - 10; Fepren ТР-ЗОЗ красный ж/о 3 4 Негрибостоек

15 ЭД-20 -100; ПЭПЛ- 10; S5605 зеленый 3 5 Негрибостоек

16 ЭД-20 - 100; ПЭПЛ - 10; Fepren НМ-470 коричневый ж/о 3 5 Негрибостоек

17 ЭД-20 -100; ПЭПЛ -10; S722 чер11Ый ж/о 4 5 Негрибостоек

18 ЭД-20 - 100; ПЭПЛ - 10; Titanium dioxide R-200 белый 3 4 Негрибостоек

Обпастасмосп, составов, отвержденныхамипосланцсфенольным отвердителем, от вида пигмента

19 ЭД-20 - 100; ЛСФ-25; 960 синий 4 5 Негрибостоек

20 ЭД-20 - 100; АСФ - 25; Fepren Y-710 желтый ж/о 2 5 Грибостоек, нефунгициден

21 ЭД-20 - 100; АСФ - 25; красный ж/о 4 5 Негрибостоек

77 ЭД-20 - 100; АСФ - 25; S5605 зеленый 4 5 Негрибостоек

Из результатов исследований следует, что вид отвердителя, растворителя, пластификатора и пигмента оказывает существенное влияние на грибостой-кость материалов. Введение в качестве отвердителя к эпоксидным смолам ами-носланцефенолыюго препарата повышает биостойкость композитов. Составы, в которые в качестве растворителя введены ацетон или смесь растворителей, обладают грибостойкостыо.

Повышение биостойкости композитов достигается при введении в составы фунгицидных соединений. Нами при проведении исследований в качестве фунгицид-ных добавок использовались препараты «Тефлекс» и «Биоцик-Т». В результате достигнуто значительное повышение биологической стойкости эпоксидных композитов. Установлено проявление грибостойкости у составов при введении более 3 мае. ч. добавки «Тефлекс» и 2 мае. ч. «Биоцик-Т» на 100 мае. ч. эпоксидной смолы. В табл. 10 приведены данные о биостойкости модифицированных эпоксидных композитов с добавкой «Биоцик-Т».

Таблица 10

Биостойкость ЛКМ с ( зунгицидной добавкой «Биоцик-Т»

№ состава Содержание компонентов на 100 мае. ч. смолы ЭД-20 Количество добавки, мае. ч. Степень обрастания, баллы Характеристика грибостойкости по ГОСТ 9.049-91

Метод 1 Метод 3

1 ПЭПА-10; ДОФ- 10 0 3 5 Негрибостоек

2 0,5 3 4 Негрибостоск

3 1 2 4 Грибостоек

4 2 2 4 Грибостоек

5 5 2 4 Грибостоек

6 ПЭПА- 10; ацетон - 10 0 2 5 Грибостоек

7 0,5 2 5 Грибостоек

8 1 2 5 Грибостоек

9 2 1 5 Грибостоек

10 5 0 4 Грибостоек

11 ПЭПА-10; сольвент - 10 0 3 5 Негрибостоек

12 0,5 3 5 Негрибостоек

13 1 2 5 Грибостоек

14 2 2 5 Грибостоек

15 5 2 5 Грибостоек

Из результатов исследований следует, что добавка «Биоцик-Т» даже в малых количествах (1 %) придает составам грибостойкие свойства, что свидетельствует о возможности использования ее для получения лакокрасочных материалов, стойких к биоповреждению.

Результаты исследования физико-механических свойств эпоксидных композитов с фунгицидными добавками приведены на рис. 10.

а)

160 120 80 40 0

б)

160 120 80 40 0

1 2

3 4 5 6 № составов

7 8

2 3 4 5 6 7 N9 составов

Рис. 10. Зависимость прочности па сжатие (а) и при изгибе (б) эпоксидных композиций от содержания биоцидной добавки: 1-й состав - без добавки; 2-й состав - при введении добавки «Тефлекс» 2,5 мае. ч.; 3-й состав - то же, 5 мае. ч; 4-й состав - то же, 7,5 мае. ч; 5-й состав -при введении добавки «Биоцик-Т» 0,5 мае. ч.; 6-й состав - то же, 1 мае. ч.; 7-й состав - то же, 2 мае. ч.; 8-й состав - то же, 5 мае. ч. на 100 мае. ч. смолы ЭД-20

Из графических зависимостей (рис. 10) видно положительное влияние био-цидных добавок на различные физико-технические свойства эпоксидных композитов. Наблюдается повышение их прочности на сжатие при содержании добавки «Тефлекс» в количестве 2,5-5 мае. ч. на 5-8 %, при изгибе - на 10-17 %. При введении добавки «Биоцик-Т» в количестве 1-2 мае. ч. прочность на сжатие увеличивается в 1,09 раза, прочность при изгибе при этом несколько уменьшается.

Установлено, что наиболее эффективными с точки зрения наличия соответствующих физико-механических свойств и биологического сопротивления являются составы, приведенные в табл. 11.

Таблица 11

Рекомендуемые для практического использования составы

для зданий с агрессивными химическими и биологическими средами

Компоненты Содержание массовых частей в составах

для зданий с агрессивными биологическими средами для зданий с агрессивными химическими средами

1 2 3 4 5 6 7

Эпоксидная смола марки ЭД-20 100 100 100 100 98 100 100

Полпэтнленполиамин 10 10 10 - 9,8 10 10

Аминосланцефенольный отвердитель - - - 25 - - -

Диоктплфталат 10 - - - - - -

Дибугилфталат - 5

Ацетон - 10 - - - -

Сольвент - - 10 - - - -

Растворитель марки 646 5 10

«Тефлекс» - - - - 2 - -

«Бноцик-Т» 1 - 1 - - - -

Пигмент Рергеп У-710 желтый ж/о Глауко-нитовый зеленый Сурик железный

Проведены производственное внедрение результатов исследований и оценка технико-экономической эффективности разработанных составов, использующихся в условиях воздействия агрессивных химических и биологических сред.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Установлены зависимости стойкости лакокрасочных покрытий в агрессивной среде от свойств их элементов: подложки, грунтовки и самого покрытия. Установлены закономерности изменения твердости на поверхности различных материалов в зависимости от вида защитного покрытия и длительности выдерживания в агрессивной среде. Показано, что защитная пленка на основе

лакокрасочных материалов с применением эпоксидных связующих способствует сохранению первоначальных свойств материалов, на которые они наносятся, в химических и биологических агрессивных средах.

2. Показаны особенности работы биостойких защитных покрытий по строительным конструкциям из различных материалов. С учетом этого при разработке составов защитных материалов по степени работоспособности в химических и биологических агрессивных средах предложено учитывать чисто химические и биологические процессы. Проведено исследование структурооб-разования, физико-механической и химико-биологической стойкости эпоксидных композитов в зависимости от природы и количественного содержания от-вердителя, пластификатора, растворителя, пигмента, наполнителя и фунгицид-ной добавки.

3. Исследованы процессы структурообразования эпоксидных композитов с улучшенными декоративными свойствами. Установлено, что степень полимеризации композитных материалов определяется видом применяемого пигмента. Степень отверждения увеличивается при применении следующих пигментов глауконитовый зеленый, кобальт фиолетовый темный, лазурь железная, охра, алюминиевая пудра, железоокисный желтый, 960 синий синтетический, красный ж/о, коричневый ж/о, зеленый ж/о, и уменьшается с пигментами Titanium dioxide R-200 белый и свинцовый крон.

4. Исследовано влияние на свойства лакокрасочных материалов пластификаторов, различающихся характером взаимодействия с эпоксидной смолой. Методом математического планирования эксперимента оптимизированы составы ЛКМ с пластифицирующими добавками и отвердителем - полиэтиленполиамином. Повышенные показатели прочности при сжатии и растяжении достигается при содержании диоктилфталата и полиэтиленполиамина соответственно 4-8 и 9-11 мае. ч. на 100 мае. ч. смолы. При введении до 6 мае. ч. карбамидной смолы и 12 мае. ч. от-вердителя достигается максимальная прочность при растяжении. Введение до 12 мае. ч. фурфуролацетонового мономера и 8—10 мае. ч. ПЭПА на 100 мае. ч. смолы обусловливает повышение прочности при сжатии, а максимальная прочность при растяжении достигается при включении 12 мае. ч. отвердителя. При введении пластификатора во всех случаях снижается модуль упругости композитов. Получены количественные зависимости водостойкости составов на основе эпоксидной смолы ЭД-20 от содержания пластификатора и отвердителя при выдерживании в нагретой воде в течение 12 часов.

5. Установлены закономерности изменения физико-механических свойств лакокрасочных материалов на эпоксидных связующих от вида и количественного содержания наполнителя. Повышенные показатели прочности наблюдаются при оптимальном содержании наполнителей, которое составляет для портландцемента- 120 мае. ч.; кварцевой муки - 30-60 мае. ч.; мела - 80 мае. ч.; хризоти-ласбеста - 6 мае. ч.; аэросила- 1,5 мае. ч. на 100 мае. ч. эпоксидной смолы ЭД-20. Введение графита приводит к снижению прочностных показателей относительно ненаполненных композитов. Получены количественные зависимости изменения массосодержания и коэффициента водостойкости окрашенных наполненных эпоксидных композитов при выдерживании в воде с повышенной температурой в

течение 12 часов от вида и количества наполнителя. Полученные результаты свидетельствуют о том, что при введении наполнителей (за исключением графита) в большинстве рассмотренных случаев прочность композитов после воздействия агрессивной среды практически не снижается.

6. Разработан метод оценки декоративных свойств лакокрасочных покрытий, позволяющий качественно моделировать изменение цвета материалов различного состава. Установлены закономерности изменения цветности пластифицированных и наполненных окрашенных эпоксидных композитов при выдерживании в нагретой воде. Более высокой стойкостью обладают составы, пластифицированные диоктилфталатом, составы, модифицированные ФАМ и карбамидной смолой показали более низкие результаты. Установлено, что у эпоксидных композитов изменения соотношения цветовых тонов спектра при наполнении их аэросилом, асбестом и мелом не наблюдается, а у составов, наполненных графитом и цементом, происходит существенное изменение цвета относительно первоначального.

7. С учетом благоприятного влияния на комплекс свойств пигмента Рергеп У-710 желтого ж/о и наполнителя - мела проведены оптимизационные исследования. Получены регрессионные математические модели отношения полимер-наполнитель, прочности и жесткости эпоксидных композитов с учетом гранулометрического состава дисперсной фазы: пигмента и наполнителя светлого тона. Наиболее высокие показатели прочности достигаются при содержании пигмента и наполнителя следующих фракций: пигмент фракции менее 0,071 мм -20 %, мел фракций 0,071-0,16 мм - 20 %, мел фракций 0,16-0,315 мм -60 %. Применение наполнителей указанных составов позволяет повысить прочность при сжатии полимерных окрашенных композитов на 15%, а прочность при изгибе - на 30 % по сравнению с ненаполненными составами.

8. Проведены комплексные исследования химической стойкости при выдерживании в агрессивных средах в течение 12 месяцев окрашенных композиций на основе эпоксидной смолы ЭД-20. Установлено, что рассмотренные декоративные композиты являются малопроницаемыми и химически стойкими в бензине, керосине, машинном масле, 10% растворе гидрооксида калия. По показателю прочности универсальной химической стойкостью во всех рассматриваемых средах обладают композиты с пигментом глауконитовый зеленый. Установлено, что лучшие результаты по показателю изменения цветовых тонов спектра в растворах неорганических кислот показали составы с пигментами железоокисный желтый, свинцовый крон и сурик железный. После выдерживания образцов в органических кислотах большей стойкостью к изменению цвета обладают композиты, окрашенные суриком железным, и глауконитовым зеленым. После воздействия 10% растворов гидрооксида калия и натрия у композитов с глауконитовым зеленым и алюминиевой пудрой не произошло изменения соотношения цветовых тонов спектра.

9. Проведены исследования биостойкости эпоксидных пигментированных композитов в зависимости от составляющих компонентов (отвердителя, растворителя, пластификатора, пигмента). С целью повышения стойкости антикоррозионных эпоксидных покрытий к воздействию биологических сред предложено введение фунгицидных добавок. Установлено, что при использовании

препаратов «Тефлеке» и «Биоцик-Т» в количестве 3 и 2 мае. ч. на 100 мае. ч. эпоксидной смолы лакокрасочные материалы приобретают грибостойкие свойства. Применение биостойких защитных покрытий позволяет повысить долговечность конструкций и изделий, эксплуатирующихся в условиях воздействия биологически активных сред, и улучшить экологическую ситуацию в зданиях и сооружениях.

10. Практическая апробация основных результатов диссертационного исследования в ООО «Комбинат Теплоизоляционных Изделий» и ООО «СтойСПК» подтвердила целесообразность использования разработанных в диссертации предложений по технологии изготовления декоративных антикоррозионных защитных покрытий и оценке стойкости их декоративных свойств. Разработана программа оценки цвета, апробированная в ОАО «Проектный институт „Мордовгражданпроект"» в г. Саранске для оценки срока службы лакокрасочных защитных покрытий.

Основные положения диссертации отражены в следующих публикациях:

Научные статьи, опубликованные в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Исследование физико-механических свойств эпоксидных композитов с фунгицидной добавкой «Тефлеке» / M. М. Касимкина, Д. А. Светлов, С. В. Казначеев [и др.] // Транспортное стр-во. - 2009. - № 2. - С. 29-30.

2. Исследование воздействия биологически активных сред на защитные покрытия по строительным конструкциям / В. Т. Ерофеев, В. Ф. Смирнов, M. М. Касимкина [и др.] // Приволж. научн. журн. - 2010. - №1. - С. 31-33.

3. Эпоксидные лакокрасочные материалы с биоцидной добавкой «Тефлеке» / Д. А. Светлов, M. М. Касимкина, С. В. Казначеев [и др.] // Лакокрасочные материалы и их применение. - 2008. - № 1-2. - С. 77-79.

Научные статьи, доклады

4. Исследование изменения декоративных свойств покрытий на эпоксидных связующих под воздействием агрессивных сред / В. Т. Ерофеев, В. В. Афонин, Н. В. Черушова [и др.] // Материалы Восьмых академических чтений Отделения строительных наук РААСН. - Самара : Изд-во Самар. гос. архитектурно-строит. ун-та, 2004. - С. 166-169.

5. Применение компьютерной техники для исследования изменения декоративных свойств полиуретановых покрытий под воздействием агрессивных сред / В. Т. Ерофеев, Е. А. Митина, Н. В. Черушова [и др.] // Материалы Восьмых академических чтений Отделения строительных наук РААСН. - Самара : Изд-во Самар. гос. архитектурно-строит. ун-та, 2004. - С. 170-173.

6. Теплостойкость эпоксидных полимеров в условиях воздействия повышенных температур / M. М. Касимкина, С. А. Степанов, Н. В. Черушова [и др.] // Градостроительство, реконструкция и инженерное обеспечение устойчивого развития городов Поволжья : материалы Всерос. науч.-практ. конф. - Тольятти : Изд-во ТГУ, 2004. - С. 257-262.

7. Влияние агрессивных факторов на декоративные свойства лакокрасочных эпоксидных материалов / С. Л. Степанов, М. М. Касимкина, Н. В. Че-рушова [и др.] // Актуальные вопросы строительства : материалы Междунар. науч.-техн. конф.- Саранск : Изд-во Мордов. ун-та, 2004. - С. 349-352.

8. Прогнозирование декоративных свойств лакокрасочных материалов при воздействии агрессивных сред / Н. В. Черушова, В. Т. Ерофеев, В. В. Афонин [и др.] // Наука и инновации в Республике Мордовия : материалы IV респ. науч,-практ. конф. - Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2005. - С. 565-571.

9. Касимкина М. М. Исследование физико-механических характеристик лакокрасочных покрытий / М. М. Касимкина // Материалы X научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов Мордовского государственного университета имени Н. П. Огарева. - Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2005. - С.204-205.

10. Касимкина М. М. Изменение физико-механических характеристик эпоксидных композитов под действием агрессивных сред / М. М. Касимкина,

A. А. Кушнир // Материалы XI научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов Мордовского государственного университета имени Н. П. Огарева. - Саранск : Изд-во Мордов. ун-та, 2006. - С. 36-38.

11. Исследование изменения вязкости эпоксидных композитов с био-цидной добавкой «Тефлекс» / М. М. Касимкина, С. В. Казначеев, И. А. Авдеев, М. В. Костюнин // Актуальные вопросы строительства : материалы Междунар. науч.-техн. конф.: в 2 ч. - Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2007. - Ч. 2. - С. 51-54.

12. Касимкина М. М. Исследование физико-технических свойств эпоксидных композитов с добавкой «Тефлекс» / М. М. Касимкина, С. В. Казначеев,

B. Т. Ерофеев // Актуальные вопросы строительства : материалы Междунар. на-уч.-техн. конф.: в 2 ч. - Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2007. - Ч. 2. - С. 99-102.

13. Исследование изменения стойкости эпоксидных композитов с био-цидной добавкой «Тефлекс» / М. М. Касимкина, С. В. Казначеев, Е. Г. Баргов, В. Т. Ерофеев // Актуальные вопросы строительства : материалы Междунар. на-уч.-техн. конф.: в 2 ч. - Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2007. - Ч. 2. - С. 396-399.

14. Касимкина М. М. Исследование влияния пластификаторов на свойства лакокрасочных материалов на эпоксидных связующих / М. М. Касимкина, И. А. Авдеев, М. В. Костюнин // Проблемы и перспективы развития жилищно-коммунального комплекса города : материалы Шестой междунар. науч.-практ. конф.: в 2 т. - М.: Изд-во МИКХиС, 2008. - Т. 2 - С. 92-95.

15. Свойства эпоксидных композитов, пластифицированных диоктилфта-латом / М. М. Касимкина, А. В. Лазарев, В. Т. Ерофеев, В. А. Худяков // Новые энерго- и ресурсосберегающие наукоемкие технологии в производстве строительных материалов : сб. ст. Междун. науч.-техн. конф. - Пенза : Приволжский Дом знаний, 2009. - С, 56-60.

16. Эпоксидные композиты, модифицированные карбамидной смолой / М. М. Касимкина, А. В. Лазарев, В. Т. Ерофеев, В. А. Худяков // Новые энерго-и ресурсосберегающие наукоемкие технологии в производстве строительных материалов : сб. ст. Междун. науч.-техн. конф. - Пенза : Приволжский Дом знаний, 2009.-С. 18-21.

17. Эпоксидные композиты, модифицированные фурфуролацетоновым мономером / М. М. Касимкина, А. В. Лазарев, В. Т. Ерофеев, В. А. Худяков // Новые энерго- и ресурсосберегающие наукоемкие технологии в производстве строительных материалов : сб. ст. Междунар. науч.-техн. конференции. - Пенза : Приволжский Дом знаний, 2009. - С. 24—28.

18. Эпоксидные композиты, модифицированные диоктилфталатом / М. М. Касимкина, А. В. Лазарев, В. Т. Ерофеев, В. А. Худяков // Актуальные вопросы строительства : материалы Междунар. науч.-техн. конф.: в 2 ч. - Саранск : Изд-во Мордов. ун-та, 2009. - Ч. 1. - С. 28-32.

19. Касимкина М. М. Пластифицированные карбамидной смолой эпоксидные композиты для защиты транспортных сооружений / М. М. Касимкина,

A. В. Лазарев // Эффективные материалы, технологии, машины и оборудование для строительства и эксплуатации современных транспортных сооружений : сб. докл. Междунар. науч.-практ. конф. - Белгород : Изд-во БГТУ им. В. Г. Шухова, 2009.-С. 139-143.

20. Оптимизация составов эпоксидных композитов с пластифицирующими добавками / М. М. Касимкина, А. В. Лазарев, В. Т. Ерофеев [и др.] // Науч.-техн. журн. - Пенза : Изд-во ПГУАС, 2009. - С. 41-47.

21. Оптимизация эпоксидных композитов, модифицированных карбамидной смолой [Электрон, ресурс] / М. М.Касимкина, А. В. Лазарев, В. А. Худяков,

B. Т. Ерофеев // Стр-во, архитектура, дизайн. - 2009. - № 2(6). - Режим доступа : http://marhdi.mrsu.ru. Идентификац. номер 04200900075\0076.

22. Оптимизация эпоксидных композитов, модифицированных фурфуролацетоновым мономером [Электрон, ресурс] / М. М.Касимкина, А. В. Лазарев, В. А. Худяков, В. Т. Ерофеев // Сгр-во, архитектура, дизайн. - 2009. - № 2(6). -Режим доступа : http://marhdi.mrsu.ru. Идентификац. номер 04200900075\0077.

23. Оптимизация эпоксидных композитов, модифицированных диоктилфталатом [Электрон, ресурс] / М. М.Касимкина, А. В. Лазарев, В. А. Худяков, В. Т. Ерофеев // Стр-во, архитектура, дизайн. - 2009. - № 2(6). - Режим доступа : http://marhdi.mrsu.ru. Идентификац. номер 04200900075\0075.

24. Касимкина М.М. Повышение стойкости антикоррозионных эпоксидных покрытий к воздействию биологических сред / М. М. Касимкина // Проблемы строительного комплекса России : материалы XIV Междунар. науч.-техн. конф. при XIV спецализ. выставке «Строительство. Коммунальное хозяйство. Энергосбережение - 2010». - Уфа : Изд-во Уфим. нефтяного техн. ун-та, 2010.-С. 155-156.

25. Касимкина М.М. Влияние агрессивных факторов на физико-механические свойства лакокрасочных материалов на эпоксидных связующих / М. М. Касимкина // Научный потенциал молодежи - будущему Мордовии : материалы итоговой регион, науч.-практ. конф.: в 2ч. - Саранск : Изд-во Мордов. ун-та, 2010. - Ч. 2. - С. 214-216.

Подписано в печать 23.12.11. Объем 1,75 п. л. Тираж 100 экз. Заказ № 20. Типография Издательства Мордовского ушгасрситста 430005, г. Саранск, ул. Советская, 24

61 12-5/1437

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ МОРДОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ Н.П.ОГАРЕВА

На правах рукописи

ЗОТКИНА МАРИНА МИХАЙЛОВНА

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ АНТИКОРРОЗИОННЫХ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ЭПОКСИДНЫХ СВЯЗУЮЩИХ

Специальность 05.23.05 - Строительные материалы и изделия

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Ерофеев Владимир Трофимович

Саранск 2011

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 4

ГЛАВА 1. Антикоррозионные защитные покрытия для строительных конструкций. Композиционые материалы на основе эпоксидных связующих 8

1.1. Антикоррозионные покрытия для защиты строительных конструкций и материалы для их получения 8

1.2. Эпоксидные композиты, применяемые для защитных 27 покрытий

1.3. Стойкость эпоксидных композитов в условиях воздействия агрессивных сред 36

1.4. Выводы по главе 42 ГЛАВА 2. Цель и задачи исследований. Применяемые материалы

и методы исследований 44

2.1. Цель и задачи исследований 44

2.2. Применяемые материалы 44

2.3. Методы исследований 51

2.4. Выводы по главе 57 ГЛАВА 3. Экспериментально-теоретическое обоснование создания лакокрасочных материалов декоративного назначения с улучшенной структурой и повышенными физико-техническими показателями 58

3.1. Установление влияния условий эксплуатации на ЛКМ и поверхности, на которые они наносятся, на примере

воздействия биологически активных сред 58

3.2. Обеспечение улучшенной контактной зоны между дисперсной фазой и дисперсионной средой в декоративных композитах - как фактор повышения их долговечности при эксплуатации в агрессивных средах 62

3.3. Разработка методики исследования изменения цветности ЛКМ под воздействием эксплуатационных факторов 71

3.4. Выводы по главе 77 ГЛАВА 4. Физико-технические свойства лакокрасочных материалов с пластифицирующими добавками 79

4.1. Моделирование свойств эпоксидных композитов с пластифицирующими добавками 79

4.2. Исследование адгезии пластифицированнных эпоксидных композитов к различным поверхностям 86

4.3. Исследование водостойкости пластифицированных ЛКМ при повышенных температурах 90

4.4. Изучение особенностей влияния агрессивных сред на декоративные свойства пластифицированных ЛКМ 94

4. 4. Выводы по главе 98

ГЛАВА 5. Физико-технические свойства декоративных композитов с различными наполнителями 101

5.1. Исследование физико-механических свойств лакокрасочных композиций при введении наполнителей 101

5.2. Изучение влияния агрессивных сред на декоративные свойства наполненных ЛКМ 111

5.3. Оптимизация гранулометрического состава наполнителей в лакокрасочных материалах для толстослойных покрытий 113

5.4. Выводы по главе 117 ГЛАВА 6. Исследование изменения физико-технических свойств декоративных композиционных материалов в эксплуатационных средах 119

6.1. Подбор составов ЛКМ для зданий с химически агрессивными средами 119

6.2. Подбор составов ЛКМ для зданий с биологически активными средами 126

6.3. Производственное внедрение результатов исследований и технико-экономическая эффективность применения покрытий на основе декоративных эпоксидных композитов 134

6.3.1. Исследование лакокрасочных материалов для антикоррозионной защиты строительных материалов 134

6.3.2. Внедрение программы по оценке декоративных свойств ЖМ 136

6.3.3. Технико-экономическая эффективность применения

покрытий на основе эпоксидных композитов 137

6.4. Выводы по главе 141 Основные выводы 143 Список использованной литературы 147 Приложения 163

ВВЕДЕНИЕ

Повышение долговечности строительных конструкций и технологического оборудования на промышленных и других предприятиях с агрессивными средами приобретает особую актуальность в современных условиях развития экономических отношений. Повышение долговечности строительных конструкций достигается за счет использования специальных мероприятий, позволяющих снизить или почти полностью исключить агрессивные воздействия на них. Одним из таких способов, позволяющих продлить срок службы конструктивных элементов, является применение различных защитных покрытий на основе полимерных связующих. А там, где традиционные строительные материалы с покрытиями не удовлетворяют требованиям долговечности, наиболее целесообразным является использование полимербетон-ных конструкций. К таким областям строительства в большей мере относятся транспортные, химические, горно-металлургические и другие предприятия.

Высокой стойкостью в растворах кислот, щелочей и солей обладают полимерные композиционные материалы на основе эпоксидных связующих. На сегодняшний день в практике противокоррозионных работ применяются различные виды эмалей, красок, мастик, полимеррастворов и полимербетонов на эпоксидной основе, являющихся по своему составу многокомпонентными системами. Однако, несмотря на значительное количество работ по этой проблеме, к настоящему времени не достаточно полно изучено влияние основных составляющих компонентов на структуру, физико-механические и эксплуатационные свойства эпоксидных материалов декоративного назначения. В научно-технической литературе не приводятся количественные зависимости изменения физико-механических свойств композитов под воздействием химически агрессивных сред и повышенных температур. Поведение цветных эпоксидных материалов в биологических средах практически не изучено. Опыт технологии изготовления и применения антикоррозионных эпоксидных материалов показывает также, что резервы в оптимизации их конструктивных решений далеко не исчерпаны.

Данная работа посвящена разработке эффективных составов антикорро-

зионных защитных материалов декоративного назначения на эпоксидном связующем, изучению физико-механических свойств на различных уровнях структуры материала с привлечением ряда теоретических разработок для описания свойств полимерных композитов, учитывающих изменение структуры и свойств полимерной матрицы под влиянием вида пигмента, пластификаторов и наполнителей различной природы, условий эксплуатации.

Цель диссертационной работы в рассматриваемой области исследования заключается в экспериментальном обосновании приемов и методов получения эффективных антикоррозионных защитных декоративных материалов на основе эпоксидных связующих. Для этого потребовалось решение следующих основных задач:

1. Установить основные закономерности структурообразования композитов на основе эпоксидных смол с улучшенными декоративными свойствами;

2. Разработать оптимальные составы декоративных композиционных материалов на основе эпоксидных связующих с повышенными показателями прочности, химического и биологического сопротивления;

3. Установить закономерности изменения биостойкости лакокрасочных покрытий от свойств его компонентов (грунтовки, покрытия) и подложки;

4. Разработать программу для определения и прогнозирования изменения декоративных свойств лакокрасочных материалов, находящихся под действием эксплуатационных факторов;

5. Установить количественные зависимости изменения прочности, жесткости, долговечности и декоративных свойств композитов от содержания составляющих компонентов и оптимизация их составов;

6. Исследовать свойства и оптимизировать составы композитов с пластификаторами, пигментами и наполнителями различной природы;

7. Составить рекомендации по технологии применения декоративных эпоксидных композитов и осуществить их опытно-промышленное внедрение при защите строительных изделий.

Научная новизна работы: • установлены закономерности и получены количественные зависимости изменения физико-механических свойств антикоррозионных защитных материалов на эпоксидных связующих от основных структурообразующих факторов;

• установлены закономерности и получены количественные зависимости изменения свойств антикоррозионных защитных материалов под воздействием химических агрессивных сред, повышенных температур и микроскопических организмов;

• разработаны регрессионные математические модели прочности и жесткости композитов декоративного назначения от вида и количественного содержания пластификатора, пигмента и гранулометрического состава минеральной фазы;

• экспериментально обоснованна эффективность применения фунгицидных добавок для композитов, способствующих исключению размножения микроскопических организмов на строительных конструкциях, снижению их физико-механических свойств и улучшению экологической ситуации в зданиях и сооружениях пищевой, сельскохозяйственной промышленности.

Практическая значимость работы состоит в разработке оптимальных составов антикоррозионных защитных декоративных материалов, пригодных для применения в качестве защитных покрытий в условиях воздействия химических и биологически агрессивных сред, разработана программа для определения и прогнозирования изменения декоративных свойств лакокрасочных материалов, находящихся под действием эксплуатационных факторов.

Внедрение результатов работы. Разработанные составы полимерных композитов прошли промышленную апробацию на ООО «Комбинат Теплоизоляционных Изделий», ООО «СтройСПК», а методика оценки изменения декоративных свойств материалов под воздействием эксплуатационных сред принята для внедрения на ОАО «Проектный институт «Мордовгражданпроект»» в г. Саранске.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на следующих внутривузовских, всероссийских, международных конференциях и академических чтениях:

• Восьмые академические чтения отделения строительных наук РА-АСН (г. Самара, 2004 г.);

• Всероссийской научно-практической конференции «Градостроительство, реконструкция и инженерное обеспечение устойчивого развития городов

Поволжья» (г. Тольятти, 2004 г.);

• Международной научно-технической конференции «Актуальные вопросы строительства» (г. Саранск, 2004 г., 2007 г., 2009 г.);

• IV Республиканской научно-практической конференции «Наука и инновации в Республике Мордовия» (г. Саранск, 2005 г.);

• X научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов Мордовского государственного университета имени Н.П. Огарева (г. Саранск, 2005 г.);

• XI научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов Мордовского государственного университета имени Н.П. Огарева (г. Саранск, 2006 г.);

• VI Международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития жилищно-коммунального комплекса города» (г. Москва, 2008 г.);

• Международной научно-технической конференции «Новые энерго- и ресурсосберегающие наукоемкие технологии в производстве строительных материалов» (г. Пенза, 2009 г.);

• Международной научно-практической конференции «Эффективные материалы, технологии, машины и оборудование для строительства и эксплуатации современных транспортных сооружений» (г. Белгород, 2009 г.);

• XIV Международной научно-технической конференции «Строительство. Коммунальное хозяйство. Энергосбережение - 2010» (г. Уфа, 2010 г.);

• Региональной научно-практической конференции «Научный потенциал молодежи - будущему Мордовии» (г. Саранск, 2010 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 25 работ (в том числе три статьи в центральных рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ), получен патент на изобретение и зарегистрирована программа для ЭВМ.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, общих выводов, списка литературы, приложений и содержит 176 листов машинописного текста, 34 рисунка и 26 таблиц.

Диссертационная работа выполнена на кафедре строительных материалов и технологий Мордовского государственного университета имени Н.П.Огарева.

ГЛАВА 1. Антикоррозионные защитные покрытия для строительных конструкций. Композиционные материалы на основе эпоксидных

связующих

1.1. Антикоррозионные покрытия для защиты строительных конструкций и материалы для их получения

На всех стадиях развития человек влиял на окружающую его природу приспосабливал ее под себя, видоизменял. И если на ранних этапах воздействие носило незначительный и очаговый характер, то с развитием науки и техники оно возросло. Наиболее масштабным и опасным с чем общество должно постоянно бороться является химическое загрязнение природной среды (происходит естественное и искусственное изменение химических веществ и их проникновение в природную среду, в том числе тех сред, которые отсутствовали ранее). Промышленность зачастую создает более агрессивные среды, нежели имеющиеся в естественной природе.

Наблюдаемая в последние десятилетия довольно устойчивая тенденция повышения степени агрессивного воздействия на строительные конструкции привела к тому, что на сегодняшний день от 30 до 45 % всех конструктивных элементов зданий и сооружений работают в неблагоприятных условиях воздействия агрессивных сред различной природы, а потери от коррозии в стране составляют в денежном выражении десятки миллиардов рублей ежегодно [92].

Самым динамичным на сегодняшний день среди строительных материалов различного вида является рынок потребления материалов и изделий на основе цементных бетонов. Бетоны и цементный камень, как его матричная часть, в эксплуатационных условиях подвержены коррозионному воздействию различных сред: минерализованной воды в морских сооружениях (молы, причалы, эстакады со свайным основанием и железобетонным верхним строением, портовые конструкции и др.); минеральных кислот при эксплуатации резервуаров, башен и других сооружений химической промышленности; органических кислот и биосферы, особенно при работе сооружений в торфяных фунтах, на предприятиях пищевой промышленности; щелочных сред, пресной во-

ды и особенно водных растворов электролитов. В индустриальных районах коррозионное влияние на бетонные конструкции оказывают газы, например сернистые, сероводород, хлористый водород, аэрозоли солей, например морской воды и др. [92].

Например, на заводах по производству проволоки и листового металла, а также на цинковых заводах коррозию бетона могут вызывать травильные растворы, в состав которых входят серная и соляная или серная и азотная кислоты. В гальванических цехах или отделениях, которые имеются почти на всех электротехнических и механических заводах, часто встречаются случаи коррозии конструкций, вызванной как атмосферными воздействиями, так и различных растворов. Ванны, в которых протекает процесс гальванизации, обычно наполняются нейтральными или слабощелочными растворами цианистых солей. Исключением является хромирование, при котором применяются растворы, подкисленные серной или азотной кислотой. Высокие требования к чистоте гальванических растворов требуют применения высококачественных химически стойких облицовочных материалов. При производстве гидроокиси натрия путем электролиза поваренной соли выделяются хлор и водород (помимо получения щелочи). Этот процесс влияет как на агрессивность атмосферы помещений, так и на сточные воды. При подборе материалов для антикоррозионной защиты особое внимание следует уделять сточным водам, которые при замене растворов ванн периодически отводятся в горячем состоянии.

На заводах по производству серной кислоты агрессивными продуктами, присутствующими в воздухе и воде, являются соединения серы, серная кислота, сульфаты, сероводород и сульфиды. При производстве соляной кислоты, которую получают путем воздействия серной кислоты на поваренную соль, как в воздухе, так и в сточных водах таких предприятий присутствуют оба эти вещества. Поскольку концентрации этих веществ обычно весьма велики, в целях предотвращения коррозии следует использовать также особо стойкие материалы. В аккумуляторных цехах агрессив-

ным продуктом является серная кислота высокой концентрации. При зарядке аккумуляторов выделяются газы, содержащие также пары серной кислоты. Поэтому требуется защита пола и стен.

Заводы по производству азотной кислоты, азотных и фосфорных удобрений также заслужили репутацию объектов, загрязняющих окружающую среду. При производстве азотной кислоты часть оксида азота, выброшенная в воздух, вызывает коррозию близлежащих зданий. Соли азотной кислоты и аммиака (нитрат, сульфат и хлорид аммония), а также мочевина являются агрессивными по отношению к бетону и стали. Заводы фосфорных удобрений часто технологически связаны с цехами по производству серной кислоты, так как при переработке в удобрения апатита на него воздействуют серной кислотой. При этих процессах выделяется фтористый водород, поэтому на этих заводах создается сильноагрессивная среда. Фтороводород агрессивен как к металлам, так и к строительным материалам, со�