УДК 544.72.05
Боев Антон Олегович - студент Белгородского государственного национального исследовательского университета. (НИУ БелГУ, г.Белгород)
Аннотация: Были исследованы физико-химические свойства покрытия на основе нанодисперсного силиката калия на подложке из тротуарной плитки в зависимости от концентрации оксида цинка. Измерение краевого угла смачивания проводилось методом растекающейся капли, поверхностное натяжение измерялось сталагмометрическим методом. Были найдены составы покрытий, обладающие наилучшими свойствами.
Ключевые слова: Физико-химические свойства, покрытие на основе нанодисперсного силиката калия, оксид цинка, сталагмометрический метод, метод растекающейся капли.
Исходя из разнообразия применения лакокрасочных материалов (ЛКМ) на сегодняшний день разрабатывается большое число разнообразных красок различных составов и свойств.
Применение жидкого стела в качестве пленкообразователя для производства лакокрасочных материалов основано на его способности при отверждении химическими реагентами образовывать прочное водостойкое покрытие, обладающее необходимыми техническими свойствами (атмосферостойкостью, химической стойкостью) [1,c.12]. Эффективность использования жидкого стекла обусловлено также его доступностью, дешевизной, большим объемом промышленного производства.
В эксперименте использовался водный раствор нанодисперсного силиката калия, с концентрацией 25масс.%, марки МОНАСИЛ К, производства ООО «ЭКОХИМ СПБ».
В пленкообразователе в качестве связующего использовался латекс марки НОВОПОЛ 110, производства ООО «Группа «ХОМА».
В работе использован оксид цинка марки «ч», ГОСТ 10262-73.
Исследование свойств защитно-декоративного покрытия на основе нанодисперсного силиката калия (НСК), латекса и оксида цинка проводилось на подложке из тротуарной плитки.
Измерение краевого угла смачивания и поверхностного натяжения, а также расчет работы адгезии, когезии и смачивания, а также коэффициент растекания описаны в [2,c.63].
Интересно заметить, что коллоидно-химические свойства неотвержденного защитно-декоративного покрытия ведут себя неоднозначно в зависимости от содержания оксида цинка. В большинстве случаев поверхностное натяжение, работа адгезии, когезии, смачивания, абсолютное значение коэффициента растекания увеличиваются при содержании оксида цинка в количестве 5 масс.% по сравнению с поверхностным натяжением в отсутствии окисида цинка, а при 10 масс. % эти характеристики снова снижаются, иногда достигая данных чистых растворов. Косинус краевого угла смачивания и коэффициент смачивания снижаются при добавке 5 масс.% оксида цинка и затем увеличиваются при 10 масс.%, однако не достигают первоначальных значений. Сводные данные об изменении свойств покрытий в зависимости от содержания оксида цинка для разных составов приведены в таблице 1.
Таблица 1. Влияние оксида цинка на коллоидно-химические свойства неотвержденной композиции защитно-декоративного покрытия.
Содержание оксида цинка, масс.% |
σ, мН/м |
cosθ |
Wа, мН/м |
Wk, мН/м |
Wсм, мН/м |
S |
f, мН/м |
|
латекс 5%, НСК 95% |
||||||||
0 |
45,24 |
0,9284 |
87,24 |
90,48 |
42 |
0,96 |
-3,23 |
|
5 |
55,36 |
0,4116 |
78,14 |
110,72 |
22,78 |
0,70 |
-32,57 |
|
10 |
52,18 |
0,8572 |
96,90 |
104,36 |
44,72 |
0,92 |
-7,45 |
|
латекс 10%, НСК 90% |
||||||||
0 |
43,03 |
0,8987 |
81,70 |
86,06 |
38,67 |
0,95 |
-4,36 |
|
5 |
53,00 |
0,7469 |
92,59 |
106,00 |
39,59 |
0,87 |
-13,41 |
|
10 |
44,62 |
0,8873 |
84,21 |
89,24 |
39,59 |
0,94 |
-5,03 |
|
латекс 20%, НСК 80% |
||||||||
0 |
47,90 |
0,8819 |
90,14 |
95,80 |
42,24 |
0,94 |
-5,65 |
|
5 |
56,07 |
0,7591 |
98,63 |
112,14 |
42,56 |
0,87 |
-13,50 |
|
10 |
44,82 |
0,8873 |
84,58 |
89,64 |
39,76 |
0,94 |
-5,05 |
|
латекс 30%, НСК 70% |
||||||||
0 |
43,23 |
0,9101 |
82,57 |
86,46 |
39,34 |
0,95 |
-3,88 |
|
5 |
63,10 |
0,7145 |
108,18 |
126,20 |
45,08 |
0,85 |
-18,01 |
|
10 |
36,03 |
0,8091 |
117,46 |
129,86 |
52,53 |
0,90 |
-12,39 |
|
латекс 40%, НСК 60% |
||||||||
0 |
37,60 |
0,9352 |
72,76 |
75,20 |
35,16 |
0,96 |
-2,43 |
|
5 |
75,25 |
0,5348 |
115,49 |
150,50 |
40,24 |
0,76 |
-35 |
|
10 |
29,50 |
0,6765 |
60,40 |
72,06 |
24,37 |
0,83 |
-11,65 |
|
латекс 50%, НСК 50% |
||||||||
0 |
38,02 |
0,9367 |
73,63 |
76,04 |
35,61 |
0,96 |
-2,40 |
|
5 |
64,49 |
0,8168 |
117,16 |
128,98 |
52,67 |
0,90 |
-11,81 |
|
10 |
64,86 |
0,8955 |
55,91 |
59 |
26,41 |
0,94 |
-3,08 |
|
латекс 60%, НСК 40% |
||||||||
0 |
39,48 |
0,9138 |
75,55 |
78,96 |
36,07 |
0,95 |
-3,40 |
|
5 |
54,63 |
0,7794 |
97,20 |
109,26 |
42,57 |
0,88 |
-12,05 |
|
10 |
54,22 |
0,718 |
111,42 |
129,72 |
46,56 |
0,85 |
-18,29 |
Таким образом, наилучшим комплексом коллоидно-химических свойств обладают составы (латекс – 48,65 масс.%, НСК – 46,27 масс. %, оксид цинка – 5,07 масс.%) и (латекс – 44,43 масс.%, НСК – 43,37 масс. %, оксид цинка – 10,11 масс.%). Эти покрытия имеют высокий косинус краевого угла смачивания, достаточные показатели работ адгезии и смачивания, коэффициента смачивания, минимальное значение работы когезии, поверхностного натяжения, модуля коэффициента растекания. Это обеспечивает хорошее сцепление покрытия с подложкой и высокую технологичность.
Выяснено, что лучшими показателями обладают покрытия, в состав которых входит 45-50 масс.% нанодисперсного силиката калия, 45-50 масс.% латекса и 5-10 масс.% оксида цинка. Такие покрытия обладают высокими технологическими показателями, характеризуется высокой адгезией пленкообразователя с подложкой, хорошей смачиваемостью и растекаемостью.
Список литературы
1. Цыренова С.Б., Балдынова Ф.П. Методические указания (с программой) и контрольные задания по коллоидной химии (поверхностным явлениям и дисперсным системам) для студентов заочного отделения технологических специальностей и биотехнологии. – Улан-Удэ.: ВСГТУ, 2004.
2. Богданов В. Н., Воронцова О. А., Везенцев А. И. Коллоидно-химические свойства неотвержденной композиции защитно-декоративного покрытия. – Лакокрасочные материалы и их применение. 2013. № 1-2. С. 70-73.
3. Anna R. Roudman, Prof. Francis A. DiGiano, Surface energy of experimental and commercial nanofitration membranes: effects of wetting and natural organic matter fouling // Department of Environmental Sciences and Engineering, University of North Carolina, Chapel Hill, 2000, p.62–65.