Воднодисперсионные акрилатные краски для отделки кож с применением полиэтиленгликолей и их производных в качестве диспергирующих добавок тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.19.01, кандидат технических наук Сиразиева, Лилия Филиксовна

• Сиразиева, Лилия Филиксовна
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Сиразиева, Лилия Филиксовна

КОСП - Критическое объемное содержание пигмента

ГЛБ - Гидрофильно-липофильный баланс ккм - Критическая концентрация мицелообразования кжп - Красный железооксидный пигмент

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ДИСПЕРГИРОВАНИЕ ПИГМЕНТОВ И ДОБАВКИ ДЛЯ ЕГО УСКОРЕНИЯ

1.1. Влияние дисперсности пигмента на технологические характеристики лакокрасочного материала

1.1.1. Оптические и декоративные свойства

1.1.2. Защитные свойства

1.1.3. Физико-механические свойства покрытия

1.2. Механизм процесса диспергирования

1.3. Диспергирующие добавки

1.3.1. Диспергаторы для водных дисперсий пигментов

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Характеристика исходных материалов

2.2. Методы исследования

2.2.1. Методы синтеза диспергирующих добавок

2.2.1.1.Получение карбоксилированного ПЭГ-1500 (КПЭГ1500)

2.2.2.2. Получение кальциевой соли КПЭГ1500 (СПЭГ1500)

2.2.2.Методы оценки коллоидно-химических характеристик используемых ПАВ

2.2.2.1.Оценка поверхностного натяжения на границе раздела водный раствор ПАВ:воздух

2.2.2.2. Расчет адсорбции и необратимой сорбции ПАВ на поверхности пигмента

2.2.3. Оценка пропитывания кожи жидкостями

2.2.4. Методы испытания лакокрасочных систем

2.2.5. Методы испытания отделочных покрытий

2.2.6. Методы испытания отделочных покрытий по коже

2.3. Обработка результатов исследования

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ КОЛЛОИДНО-ХИМИЧЕСКИХ И ДИСПЕРГИРУЮЩИХ СВОЙСТВ ПОЛИЭТИЛЕНГЛИКОЛЕЙ И ИХ ПРОИЗВОДНЫХ

3.1. Исследование активности ПЭГ к границе раздела вода-воздух

3.2. Исследование активности полиэтиленгликолей к поверхности пигментов

3.3. Модифицирование и исследование поверхностной активности модифицированных полиэтиленгликолей

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ДИСПЕРГАТОРОВ

НА СВОЙСТВА ПИГМЕНТИРОВАННЫХ ПОКРЫТИЙ

4.1. Исследование свойств пигментированных покрытий на основе 74 водных дисперсий полимеров различной жесткости

ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА РЕЦЕПТУР И ИССЛЕДОВАНИЕ 97 ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ ПОКРЫВНЫХ СИСТЕМ ПО КОЖЕ

ВЫВОДЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Воднодисперсионные акрилатные краски для отделки кож с применением полиэтиленгликолей и их производных в качестве диспергирующих добавок»

Нанесение пигментированных покрытий на основе поли- и олигомеров относится к наиболее широко используемым методам защитно-декоративной отделки поверхности различных изделий. Кожа относится к эластичным субстратам, поэтому материалы, используемые для ее покрывного крашения, должны формировать покрытия, сочетающие высокую эластичность с достаточной прочностью. Достижение такого сочетания, особенно при получении пигментированных покрытий, относится к достаточно сложным задачам. Необходимым условием достижения оптимальных характеристик покрытий, содержащих пигменты, является максимальная дезагрегация последних, достигаемая за счет диспергирования - весьма энергоемкого механического воздействия на пигментную суспензию в процессе изготовления покрывной композиции. При получении водоразбавляемых покрывных красок, все более широкое использование которых обусловлено их экологическими преимуществами, процесс диспергирования осложняется высоким поверхностным натяжением, и, как следствие, низкой смачивающей способностью воды. Одним из путей сокращения энергетических затрат на процесс диспергирования и повышения качества покрывного крашения кож с использованием пигментированных материалов является применение при получении последних поверхностно-активных добавок, молекулы которых содержат фрагменты, обладающие сродством к поверхности пигментов (анкеры) и к дисперсионной среде краски.

Работа направлена на решение актуальной проблемы создания новых, более эффективных диспергирующих добавок, используемых для получения водоразбавляемых покрывных композиций для поверхностной отделки кожи.

В руководстве научной работой принимала участие к.т.н. Л.Ю.Махоткина.

Цель работы заключалась в создании водоразбавляемых акрилатных композиций для покрывного крашения кож с использованием олигомеров оксида этилена и их производных для снижения энергетических затрат на получение композиций и повышения качества покрытий, формируемых на их основе.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

• исследовать сродство к пигментной поверхности олигомеров этилена различной молекулярной массы и их диспергирующую способность при получении водных пигментных суспензий;

• получить модифицированные олигомеры этилена, содержащие карбоксильные и солевые группы, выполняющие роль анкеров, исследовать адсорбцию полученных продуктов на пигментной поверхности и их способность ускорять процесс дезагрегации пигментов в водной среде

• исследовать влияние исходных и модифицированных диспергаторов на эксплуатационные свойства акрилатных покрытий, изучить зависимость эластичности покрывных пленок от содержания загустителей различной природы;

• разработать рецептуры, выпустить опытные партии покрывных г композиций для поверхностной отделки кожи и испытать покрытия, формируемые на их основе.

Научная новизна работы.

В работе впервые исследовано влияние молекулярной массы олигомеров оксида этилена на их сорбцию на пигментной поверхности, показана возможность использования указанных олигомеров в качестве диспергирующих добавок при получении покрывных композиций, установлено, что максимальная диспергирующая способность олигомеров достигается при молекулярной массе 1500. Показано, что модифицирование олигомера этилена посредством введения концевой карбоксильной группы в состав макромолекулы и получение кальциевой соли карбоксилированного олигомера способствует повышению его сорбционной и диспергирующей способности. Установлено, что результатом введения исследованных диспергаторов в состав рецептур покрывных композиций является повышение критического уровня наполнения, а также увеличение прочности и блеска покрытий на их основе, что позволяет оптимизировать свойства покрытий по коже. Установлено заметное влияние природы и содержания загустителя на эластичность покрытий на основе водных акрилатных дисперсий.

Практическая ценность работы.

В результате проделанной работы, синтезированы новые диспергирующие добавки, введение которых в состав водоразбавляемых покрывных красок способствует значительному сокращению энергозатрат на стадию диспергирования пигментов и увеличению максимальной прочности покрытий на основе пленкообразователей различной жесткости на 15-30% при сохранении относительного удлинения при разрыве в пределе 850-900%; включение разработанных добавок в рецептуру красок позволяет на 30% увеличить содержание пигментной части в покрытии при сохранении его блеска на уровне 50%. Повышение критического объемного наполнения покрывной пленки в результате использования поверхностно-активных добавок позволяет уменьшить стоимость композиции для ее получения за счет включения в ее состав дешевых наполнителей. Разработан метод оценки кинетики поглощения жидкостей пористыми субстратами, позволяющий, в частности, оптимизировать рецептуры составов для пропитки кожи.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Результаты исследования сорбции диспергаторов, в том числе синтезированных в работе, на поверхности пигментов и их влияния на скорость дезагрегации пигментов в водной среде.

2. Результаты исследования влияния диспергаторов и загустителей на эксплуатационные характеристики покрытий на коже, сформированных на основе водных дисперсий поли- и сополимеров акрилатов.

3. Метод оценки кинетики поглощения жидкостей кожей.

4. Рецептуры покрывных красок для отделки кожи, содержащие модифицированные полиэтиленгликоли.

Апробация результатов работы.

Основные результаты работы обсуждались на научных сессиях КГТУ (Казань, 2002-2003г.г.), конференциях: юбилейной научно-методической конференции "III Кирпичниковские чтения" (Казань, 2003); II международной научно-практической конференции "Экология: образование, наука, промышленность и здоровье" (Беларусь, Белгород, 2004); международной конференции "Актуальные проблемы науки, техники и экономики производственных изделий из кожи" (Витебск, 2004).

Публикации

По материалам диссертации имеется 9 публикаций (3 статьи и 6 тезисов).

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, приложений и указателя литературы, который содержит 134 источника. Работа изложена на 116 страницах машинописного текста, содержит 42 рисунка и 21 таблицу.

Заключение диссертации по теме «Материаловедение производств текстильной и легкой промышленности», Сиразиева, Лилия Филиксовна

выводы

1. На основании результатов исследования влияния молекулярной массы на активность полиэтиленгликолей к границе раздела вода-воздух и вода-пигмент и расчета адсорбционных параметров исследованных олигомеров, установлено, что максимальной адсорбцией на поверхности пигментов характеризуется полиэтиленгликоль с молекулярной массой 1500 (ПЭГ-1500).

2. В результате исследования скорости дезагрегации пигментных диоксида титана и оксида железа (III), а также реологических характеристик полученных пигментных паст установлено, что наибольшей диспергирующей и стабилизирующей способностью обладает ПЭГ-1500 при 0,025-Ю,035%-ном содержании в водной среде.

3. Предложен способ модифицирования полиэтиленгликолей посредством получения их аддукта с малеиновым ангидридом и последующей реакции образующейся концевой карбоксильной группы с оксидом кальция. Продукты модифицирования обладают повышенной адсорбционной активностью к поверхности пигментов, что хорошо согласуется с положительным влиянием указанных химических превращений на их диспергирующую способность.

4. Исследованы малярно-технические характеристики пигментированных покрывных композиций, полученных с использованием исследованных олигомеров, и физико-механические свойства покрытий на их основе. Показано, что введение поверхностно- активных добавок способствует улучшению свойств и расширению возможностей оптимизации покрытий по коже: использование в качестве диспергирующих добавок кальциевой соли ПЭГ-1500 приводит к увеличению максимальной прочности жестких пленок на 30% при сохранении относительного удлинения при разрыве в пределах 850-900%; включение данной добавки в рецептуру красок позволяет на 30% увеличить содержание пигментной части в покрытии при сохранении его блеска на уровне 50%.

5. Предложен метод оценки скорости проникновения жидкостей в объем пористых веществ. С их помощью разработан состав непигментированного пропитывающего грунта, который использовали для выравнивания неоднородности впитывающей способности различных участков поверхности кожи перед окрашиванием.

6. На основе проведенных исследований разработаны оптимальные рецептуры покрывных систем для нанесения защитно-декоративных покрытий на поверхность кожи. Установлено, что покрывное крашение кож с использованием разработанной системы непигментированный грунт-краска позволяет получить покрытия, превосходящие по эксплуатационным характеристикам покрытия на основе красок используемых при производстве кож.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Сиразиева, Лилия Филиксовна, 2004 год

1. Индейкин Е.А., Лейбзон J1.H., Толмачев И.А. Пигментирование лакокрасочных материалов. Д.: Химия, 1986. 160с.

2. Ребиндер П.А. Краткая химическая энциклопедия, т.1: Изд-во "Советская энциклопедия", 1961. С.1145.

3. Фукс H.A. Механика аэрозолей: Изд-во АН СССР, 1955.

4. Ермилов П.И. Диспергирование пигментов. М.: Химия, 1971. 300с.

5. Корсунский Л.Ф., Калинская Т.В., Степин С.Н. Неорганические пигменты: Справочное издание. СПб.: Химия, 1992. 336с.

6. Оябу Е. Физическая химия пигментных дисперсий. М.: ГПНТБ, 1971. 16с.

7. Укрывистость JIKM и оценка экономичности пигментов/ О.Коларж, К.Гаек // Лакокрасочные материалы и их применение. 1965. №3. С.52-55.

8. Старцев В.М. Способы получения пигментов // Лакокрасочные материалы и их применение. 1981. №16. С.181-183.

9. Ермилов П.И., Индейкин Е.А. Физическая химия пигментов и пигментированных материалов. Ярославль: ЯПИ, 1979. 80с.1. Чг

10. Горловский И.А., Бочарова А.И., Суворова В.Д. Лабораторный практикум по химии и технологии пигментов. Л.: Химия, 1977. 120с.

11. Джадд Д., Вышеуки Г. Цвет в науке и технике. М.: Мир, 1978. 592с.

12. Манусов Е.Б. Контроль и регулирование технологических процессов лакокрасочных производств. М.: Химия, 1977. 120с.

13. Соловьев Г.Г. Распространение света в лакокрасочных материалах. М.: НИИТЭХИМ, 1979. 40с.

14. Манусов Е.Б. Синтетические лакокрасочные материалы // Техника и технология лакокрасочных покрытий. М.: НИИТЭХИМ. 1976. С.72-76.

15. Пейн Г.Ф. Технология органических покрытий. Т.2. JL: Госхимиздат, 1963. 778с.

16. Keiber S. Besimmung der Abrasentat un Pigmenten nach Staheku gelmetade//Farde + Lock. 1962. №1. S. 1161-1166.

17. Balfour I.G., Hird M.I. X-ray fluarescent technigue for measuring thickness of point films containing ТЮ2 pigments // IOCCA. 1975. V.58. №9. P.331-344.

18. Rerhmann H. Grundlagen der Pigmentdispergierung // Farde + Lock. 1962. V.28. №1. P.23-31.

19. Parfitt G.D. Pigment Handbook // Chim Peintures. 1972. №3. P. 101106.

20. Völz H.G. Interner Mitteilung Farbentabriken Bayer A.G. // Uerdingen, 1962.

21. Каневская E.A. Исследования в области синтеза, модификация и физикохимия лакокрасочных систем. М.: НИИТЭХИМ, 1981. 114с.

22. Easton D. Pigment dispersion// Conad Point a Finich. 1975. №6. P.20-23.

23. Влияние цинковых белил с различной фотохимической активностью на внутренние напряжения эпоксидных покрытий / С.А.Шрейнер, Т.А.Волкова, А.С.Арван // Лакокрасочные материалы и их применение. 1968. №6. С.34-3 7.

24. Бобыренко Ю.Я. Рассеяние света в малоокрашенных суспензиях и укрывистость белых красок // Лакокрасочные материалы и их применение. 1966. №2. С.50-83.

25. Беленький Е.Ф., Рискин И.В. Химия и технология пигментов. Л.: Химия, 1974. 636с.

26. Стабильность пигментных дисперсий / Г.А.Ермакова, М.А.Штерн // Лакокрасочные материалы и их применение. 1961. №1. С.70-84.

27. Бобыренко Ю.Я. Оценка оптимального дисперсного состава белых пигментов // Лакокрасочные материалы и их применение. 1977. №6. С.15-17.

28. Hird М. Pigment Handbook // IOCCA. 1973. №9. Р.671-672.

29. Буланова И.Г. ' Оптические и технологические свойства прозрачных железоокисных пигментов // Лакокрасочные материалы и их применение. 1980. №6. С.8-10.

30. Адсорбция и интенсивность диспергирования / Л.Н.Лейбзон, П.И.Ермилов // Лакокрасочные материалы и их применение. 1981. №1. С.14-16.

31. Остроумова Т.С., Казакова P.C. Наполнители полимерных материалов. М.: МДНТП, 1977. 143с.

32. Яковлев А.Д. Химия и технология лакокрасочных покрытий. Л.: Химия, 1981. 352с.

33. Рейтлингер С.А. Проницаемость полимерных материалов. М.: Химия, 1974. 270с.

34. Crank J.S., Park G.S. Diffusion in Polymers. London: Academic, 1968. 452p.

35. Чалых A.E. Диффузия в полимерных системах. М.: Химия, 1987. 312с.

36. Мэнсон Дж., Сперлинг Л. Полимерные смеси и композиты. М.: Химия, 1979. 440с.

37. Nielsen L.E. Models for the Permeability of Filled Polymer Systems //J. Macromol. Sei. 1967. V.l. № 5. P.929-942.

38. Nielsen L.E. Thermoconductivity of Particulate filled Polymers // J. Appl. Polym. Sei. 1973. V.17. №12. P.3819-3820.

39. Craig J.B., Mars P., Webster J. Diffusion Process. London: Gordon and Breack. 1970, V.l. 609 p.

40. Barrer R., Crank J., Park G. Diffusion in Polymers. New York: Acad. Press, 1968.

41. Moisture Absorption and Desorption of Composite Materials / Chen G., Springer G. // J. Composit. Mater. 1976. V.10. № 1. P.2-20.

42. Theoretical Analysis of Diffusional Movement through Heterogeneous Barriers / W.I.Higuchi, T.Higuchi // J. Am. Pharm. Assoc. Sci. 1960. V.49. № 4. P.598-606.

43. Характеристики межфазного слоя в наполненных полимерных системах / Г.В. Сагалаев, И.Д. Симонов-Емельянов, JI.H. Бабакова // Пласт, массы. 1974. №2. С.51-54.

44. Оценка свойств межфазного слоя в наполненных полимерных системах / Г.В. Сагалаев, И.Д. Симонов-Емельянов // Пласт, массы. №2. С.48-51.

45. Нильсен JI. Механические свойства полимеров и полимерных композиций. М.: Химия, 1978. 312с.

46. Малинский Ю.М. О влиянии твердой поверхности на процессы релаксации и структурообразования в пристенных слояхполимеров //Успехи химии. 1970. T.39. № 8. С.1511-1531.1

47. Яхнин Е.Д., Таубман А.Б. К вопросу о структурообразовании в дисперсных системах// Докл. АН СССР. 1964. Т. 155. №1. С. 179182.

48. Урьев Н.Б. Высококонцентрированные дисперсные системы. М.: Химия, 1980. 320с.

49. Ребиндер П.А. Образование и механические свойства дисперсных структур. К физико-химической механике силикатных дисперсий // ЖВХО им. ДИМенделеева. 1963. T.8. №2. С.162-170.

50. Ратнер С.Б., Ярцев В.П. Влияние наполнения на физико-химические константы полимерных материалов, определяющие их сопротивление разрушению // Докл. АН СССР. 1982. Т.264. №3. С.639-644.

51. Горловский И.А. Влияние диспергирования на свойства пигментов и красок// Лакокрасочные материалы и их применение. 1981. №1. С.19-21.

52. Верхоланцев В.В. Малые добавки (аддитивы). Теория и практика. 4.IV. Диспергирующие добавки. // Лакокрасочные материалы и их применение. 1998. №11. С.10- 12.

53. Индейкин Е.А. Пигментирование лакокрасочных материалов. Л.:Химия, 1986.

54. Шевченко Н.М. Реологические и диспергирующие добавки, используемые в лакокрасочных материалах. М.: НИИТЭХИМ, 1990. 34с.

55. Верхоланцев В.В. Малые добавки (аддитивы). Теория и практика. 4.1 // Лакокрасочные материалы и их применение. 1998. №5. С.30 -31.

56. Ермилов П.И., Индейкин Е.А., Толмачев И.А. Пигменты и пигментированные лакокрасочные материалы. Л.: Химия, 1987. 200с.

57. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии: Поверхностные явления и дисперсные системы: Учеб. для хим.- технол. спец. вузов. М.: Химия, 1982. 400с.

58. Добавки в рецептурах ЛКМ // Лакокрасочные материалы и их применение. 2001. №6. С.25.

59. Верхоланцев В.В. Водные краски на основе синтетических полимеров. Л.: Химия, 1968. 200с.

60. Толмачев И.А., Верхоланцев B.B. Новые воднодисперсионные краски. JL: Химия, 1979. 200с.

61. Dören К., Freitag W., Stoye D. Wasserlacke: Umweltschonende Alternative für Beschichtungen. Technische Akademie Wuppertal. Köln: Verl. TÜV Reinland, 1992. 243S.

62. Капиллярная химия / К.Иноуе, А.Китахара, С.Косеки и др. М.: Мир, 1983. 272с.

63. High-tech dispersions-lower coats, lower floc / L.Mattheus, A.Bouvy // Polym. Paint Colour J. 1999. V.189. №4415. P.38-40.

64. Dörr H., Holzinger F. Firmenschrift Kronos Titandioxid in Dispersionfarben. Leverkusen, 1989.

65. Заявка 2306168 Великобритания. Эфиры ненасыщенных жирных кислот и простых полиэфиров.

66. Патент 6204319 США. Водные окрасочные системы.

67. Патент 5430089 США. Полимерные дсипергаторы.

68. Патент 6221995 США. Модифицированные полиизоцианаты и их получение.

69. Заявка 2807045 Франция. Акрилатные водорастворимые сополимеры и их применение как расжижителей и диспергентов.

70. Добавки для водоразбавляемых лакокрасочных материалов // Лакокрасочные материалы и их применение. 2001. № 2-3. С.30-31.

71. Диспергирующие агенты Rohm & Haas для лакокрасочной промышленности // Лакокрасочные материалы и их применение. 2000. № 8. С.24-26.

72. BYK präsentiert innovative Additive // Welt Farben. 2002. №3. S.26-27.

73. Диспергаторы фирмы Glen Creston // Surface Coat.Inf. 1996. №4. C.168.74.