Wskaż Lidera Polskiej Chemii













Logo Chemical Online

Zastosowanie Neuburskiej Glinki Krzemianowej w epoksydowych farbach

12.06.2007 00:28:59

Wypełniacze funkcjonalne, wraz z wybranymi systemami żywic oraz pigmentów antykorozyjnych, odgrywają olbrzymią rolę we wspomaganiu ochrony powierzchni metali. Olbrzymia liczba wypełniaczy oraz różne sposoby przygotowania powierzchni metali są podstawą do badań nad poszukiwaniem nowych, lepszych rozwiązań. W przeszłości dominowały konwencjonalne receptury, z wysoką zawartością rozpuszczalników, zaś obecnie rozwój idzie w kierunku systemów wodnych i systemów bezrozpuszczalnikowych.

Również niniejsze opracowanie ma na celu porównanie własności kilku różnych wypełniaczy w typowym systemie „high solid”. Przeanalizowano tutaj parametry typowej receptury na dwuczęściową epoksydową farbę antykorozyjną z wypełnieniem z Neuburskiej Glinki Krzemianowej i skonfrontowano ją z podobnymi systemami z zastosowaniem dwóch uznanych wypełniaczy do farb antykorozyjnych: barytu i talku. Ponadto intencją naszą było sprawdzenie wpływu modyfikacji organicznej powierzchni wypełniacza na jego parametry. Dlatego porównano niemodyfikowany typ Neuburskiej Glinki Krzemianowej Sillitin Z86 z typami modyfikowanymi: Aktisil EM, Aktisil AM, oraz Aktisil PF777.
Talk jest krzemianem magnezu charakteryzującym się budową płytkową, baryt, naturalna forma siarczanu baru posiada ziarna o kształcie zbliżonym do kulistego o niewielkiej powierzchni właściwej. Sillitin, Neuburska Glinka Krzemianowa jest naturalną mieszaniną kulistych ziaren kwarcu i płytek kaolinitu. Dzięki takiej budowie Sillitin posiada o wiele wyższą powierzchnię właściwą niż pozostałe wypełniacze. Mimo to liczba olejowa sillitinu jest podobna jak liczba olejowa talku.
Modyfikacja sillitinu uzyskiwana jest poprzez zastosowanie różnych silanów. Poprzez hydrolizę grup alkoksylowych uzyskuje się wiązanie chemiczne z nieorganiczną powierzchnią wypełniacza. W wyniku takiego działania uzyskuje się środek o zwiększonej zwilżalności. Wyjątkiem jest aktisil PF 777, który jest środkiem silnie hydrofobowym.

Przeprowadzono szereg badań przy różnej zawartości wypełniaczy. Założeniem było utrzymanie stałej koncentracji pigmentu (PVC). Początkowa receptura zawierała mieszaninę talku i barytu w stosunku 79:21, następnie przeprowadzono badania receptur w których odpowiednio talk a następnie baryt zastępowany był Neuburską glinką krzemianową (NGK). Dalej stosowano mieszaninę NGK z niewielkimi ilościami talku lub barytu. W końcu analogiczne receptury z identyczną objętością pigmentu zastąpiono innym pigmentem antykorozyjnym. W efekcie przeprowadzono szereg testów otrzymanych powłok i porównano wyniki parametrów.

Właściwości produkcyjne
Już na etapie przygotowania mieszanek ujawniły się różnice w efektach barwienia. Duża ilość hydrofobowego talku w kombinacji z barytem była bardzo trudna do wprowadzenia do układu, co zajmowało dużo czasu. Ostateczna wielkość ziarna pozostawała na poziomie 20 µm. Dla kontrastu zastosowanie NGK pozwoliło na przyspieszenie procesu, z obniżeniem wielkości ziarna. Również zastosowanie mieszaniny z dodatkiem talku nie pokazało negatywnych efektów. Mieszanina z zawartością barytu nawet poprawiła łatwość wprowadzania wypełniacza do systemu.
Z punktu widzenia poprawy powierzchni powłoki zmiany zostały zaobserwowane tylko przy użyciu Aktisilu PF777. Hydrofobizacja wypełniacza powoduje obniżenie zdolności do homogenizacji z polarnym systemem żywicy i przez to jego zwilżalności i dyspergowalności.

Zdolność do przechowywania
W przypadku komponentu A receptur z talkiem/barytem pojawia się sporo twardego osadu. Ten efekt jest bardziej widoczny nawet w przypadku krótszego czasu przechowywania. Produkty zawierające Sillitin Z 86, a także Aktisil EM mają obniżoną ilość osadu i wykazują wydłużoną odporność na jego powstawanie. Użycie Aktisilu AM oraz PF 777 pozwala całkowicie uniknąć sedymentacji.

Lepkość
Po dodaniu utwardzacza przeprowadzono badanie lepkości. W przypadku produktów z Aktisilem EM, a także Sillitinem Z 86 stwierdzono niższe wartości lepkości, oraz właściwości bardziej zbliżone do newtonowskich płynów. Produkty z zawartością talku wykazały zwiększone wartości lepkości przy niższych wartościach sił ścinających. Znacząco wysokie wartości lepkości przy niskich siłach ścinających odnotowano w przypadku produktów z Aktisilem AM i PF 777, jednakże w przypadku zastosowania wyższych wartości sił ścinających wartości lepkości znacząco się obniżały, poniżej wartości dla mieszaniny talku i barytu.

Własności mechaniczne
Zastosowanie mineralnych wypełniaczy bez modyfikacji w różnych konfiguracjach nie powoduje wielkich różnic pomiędzy twardością powłoki poszczególnych produktów. Takich różnic nie stwierdzono również przy zastosowaniu mieszaniny NGK z talkiem, czy barytem. Twardość powłoki znacząco poprawia się w przypadku zastosowania wypełniacza modyfikowanego typu Aktisil AM, czy EM. Odwrotnie rzecz ma się z przyczepnością do podłoża. Ta jest najwyższa w przypadku zastosowania talku i barytu, a także minimalnie niższa w przypadku zastosowania Sillitinu Z 86. Neuburska Glinka Krzemianowa poprawia dwukrotnie odporność na ścieranie powłoki farby. Nawet najprostszy, niemodyfikowany wypełniacz Sillitin Z 86 sprawia, że ilość ścieranej farby przy 100 obrotach zmniejsza się z 250 do 120-140 mg. Jedynym wyjątkiem jest tu Aktisil PF777, zmniejsza odporność na ścieranie w stosunku do wyrobów z innymi NGK. Jest to zapewne spowodowane jego hydrofobową naturą powodującą mniejszą przyczepność ziaren i łatwością ich separacji. Jest to szczególnie widoczne w kombinacji Aktisl PF 777 /talk.
Podobnie w przypadku produktów NGK znacząco poprawia się odporność na działanie kwasów. Pierwsze wady na powierzchni farby z talkiem i barytem zaczynają być widoczne po 250 godzinach działania kwasów. Podobny efekt na powłoce z zawartością sillitinu Z 86 obserwowany był dopiero po 400 godzinach analogicznego testu. Na załączonych zdjęciach pokazano rezultaty testu po 1000 godzinach działania 10% kwasem siarkowym. Najlepszy efekt uzyskano w przypadku użycia Aktisilu PF 777. Widoczne na zdjęciu (na górze) nierówności powierzchni nie są efektem działania kwasu, ale powstały po nakładaniu warstwy pistoletem. Nie ma tu żadnych oznak osłabienia warstwy, podczas gdy farba z talkiem i barytem częściowo odchodzi od podłoża.
Mimo zastosowania różnych wypełniaczy nie stwierdzono znaczących różnic podczas testów w kąpielach wodnych czy wodzie słonej. Wszystkie próbki wykazały podobne, dobre rezultaty tych testów. Niewielkie różnice można było wykryć nie w zniszczeniu powłoki, a w efektach korozji elektrochemicznej (delaminacja, rdza). Ciekawe, że efekty były podobne niezależnie od zastosowanego wypełniacza. Tu wiodącą rolę grał pigment antykorozyjny. W przypadku użycia fosforanu cynku delaminacja była dość widoczna, nieznaczne były oznaki rdzy. Po zastąpieniu fosforanu cynku delaminacja znacząco się zmniejszyła. W tym samym czasie wystąpiły duże wykwity rdzy.
Aby znaleźć powody znacznej delaminacji produktu z zawartością barytu i talku wykonano powiększenie mikroskopem elektronowym przekroju poprzecznego warstwy farby z zawartością barytu i talku, oraz Neuburskiej Glinki Krzemianowej.

W przypadku farby z talkiem i barytem stwierdzono słabsze otoczenie ziaren wypełniaczy przez żywicę. Zdjęcie (drugie od góry) pokazuje wiele pojedynczych cząstek talku bez kontaktu z żywicą. Brak też charakterystycznego równoległego ułożenia płytek minerału, w celu utworzenia bariery antykorozyjnej. W przypadku zdjęcia powłoki z zawartością sillitinu produkt wykazuje dużo większy stopień homogeniczności. Można wykazać, że poprzez intensywne mieszanie podczas przygotowywania komponentu A nastąpiło znaczne rozbicie płytek kaolinitu a także ziarna kwarcu są rozdrobnione do pojedynczych drobin o wielkości 200 nm.

W świetle przytoczonych badań jasno widać, że Neuburska Glinka Krzemianowa powinna znaleźć zastosowanie w wybranych wyrobach antykorozyjnych. Szczególnie jest ona wskazana w środowisku morskim oraz agresywnym środowisku przemysłowym dla uzyskania wysokiego stopnia ochrony.
drukuj ten artykuł drukuj ten artykuł  |   poleć artykuł znajomemu poleć artykuł znajomemu
Najświeższe informacje w kanale RSS Najświeższe informacje w kanale RSS (jak używać)