Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Состояние вопроса 12
1.1. Современные строительные красочные составы и пигменты 13
1.2 Свойства, производство и области применения железооксидных пигментов 20
1.3 Утилизация промышленных отходов, содержащих тяжелые металлы 29
1.4 Повышение эффективности смешанных железооксидных пигментов 43
1.5 Цель и задачи исследования 46
ГЛАВА II. Исходные материалы и методики исследования 49
2.1 Исследование физико-химических свойств отходов гальванических производств 49
2.2 Методика получения смешанного железооксидного пигмента 51
2.3 Методики определения основных свойств смешанного железооксидного пигмента 53
2.4 Методики получения и исследования свойств красочных составов, пигментированных смешанным железооксидным пигментом 56
2.5 Методика получения строительных материалов на основе вторичного полипропилена 60
2.6 Методики определения физико-механических, термомеханических и термических свойств наполненного вторичного полипропилена 61
2.7 Математический анализ и методика обработки экспериментальных данных 63
Выводы к главе II 65
ГЛАВА III. Исследование возможности использования гальванических шламов в качестве железооксидного пигмента строительных красочных составов 66
3.1 Исследование химической стойкости покрытий, пигментированных гальваническими шламами 67
3.2 Исследование возможности получения смешанных железооксидных пигментов на основе гальванических шламов 73
3.3 Исследование влияния состава шихты на декоративные свойства смешанных железооксидных пигментов 75
3.4 Исследование химических процессов, протекающих при получении смешанных железооксидных пигментов 78
3.5 Исследование влияния химического состава гальванических шламов на свойства смешанных железооксидных пигментов 83
3.6 Дисперсность модельных образцов смешанного железооксидного пигмента 84
Выводы к главе III 88
ГЛАВА IV. Исследование эксплуатационных свойств лакокрасочных материалов на основе смешанных железооксидных пигментов 90
4.1 Исследование свойств лакокрасочных покрытий, содержащих смешанный железооксидный пигмент 90
4.2 Исследование свойств промышленных лакокрасочных материалов, пигментированных смешанным железооксидным пигментом 100
Выводы к главе IV 104
ГЛАВА V. Исследование полимерных материалов на основе вторичного полипропилена, наполненных отходами гальванических производств 105
5.1 Исследование физико-механических и термических свойств полимерных материалов, наполненных смешанным железооксидным пигментом 106
5.2 Исследование релаксационных свойств вторичного полипропилена, наполненного смешанным железооксидным пигментом 114
5.3 Исследование физико-механических и термических свойств вторичного полипропилена, наполненного отходами гальванических производств 125
Выводы к главе V 130
Глава VI. Внедрение и технико-экономические показатели производства и применения смешанного железооксидного пигмента 131
6.1 Внедрение смешанного железооксидного пигмента на основе гальванических шламов 132
6.2 Технико-экономические показатели производства и применения смешанного железооксидного пигмента 139
Выводы к главе VI 141
Общие выводы 143
Список использованных источников 145
Приложения 158
- Свойства, производство и области применения железооксидных пигментов
- Методики определения основных свойств смешанного железооксидного пигмента
- Исследование химической стойкости покрытий, пигментированных гальваническими шламами
- Исследование свойств лакокрасочных покрытий, содержащих смешанный железооксидный пигмент
Введение к работе
з
Актуальность работы.
В настоящее время большое значение приобретает проблема долговременной защиты фасадов и интерьеров зданий и сооружений от агрессивного воздействия окружающей среды. Одним из направлением повышения эффективности красочных составов, используемых для защиты и отделки строительных конструкций, является применение железооксидных пигментов (ЖП). Спрос на ЖП в России растет на 20-25% ежегодно, а потребность рынка обеспечивается, в основном, за счет импорта пигментов из Китая, Германии, Чехии и других стран. Поэтому большое внимание в РФ уделяется производству ЖП на основе техногенных отходов. Перспективным сырьем для производства ЖП являются отходы гальванических производств (ОГП), имеющие химический состав, близкий к красному железооксидному пигменту (КЖП) и представляющие собой многотоннажный продукт, не утилизируемый в настоящее время в России. Широкое применение гальванических шламов для производства пигментов сдерживается из-за их высокой неоднородности и отсутствия в научно-технической литературе данных о влиянии химического состава ОГП на эксплуатационные свойства лакокрасочных материалов (ЛКМ). Поэтому разработка технологии производства ЖП и эффективных красочных составов на основе ОГП является весьма актуальной задачей. Она может быть решена путем механотермической обработки ОГП с сульфатом железа или желтым железооксидным пигментом (ЖЖП) и использования полученного продукта в качестве пигмента красочных составов и полимерных строительных материалов.
Работа выполнялась в соответствии с перечнем научно-исследовательских работ, входящих в Федеральную программу «Отходы», Постановления правительства РФ от 26.05.97 г. № 643 «Об утверждении Положения о Государственном комитете Российской Федерации по охране окружающей среды» и планом научно-исследовательских работ ГОУ ВПО МГСУ.
Цели и задачи работы.
Целью данной диссертационной работы является разработка технологии производства смешанного железооксидного пигмента (СЖП) и эффективных красочных составов на основе отходов гальванических производств.
4 Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие
основные задачи:
обосновать возможность использования ОГП для производства железооксидных пигментов и эффективных красочных составов на их основе;
исследовать химический состав, физико-химические и пигментные свойства ОГП и железооксидных пигментов на их основе;
исследовать влияние состава исходной шихты на малярные и декоративные свойства железооксидного пигмента;
определить оптимальное соотношение ОГП и ЖЖП или сульфата железа для получения смешанного железооксидного пигмента, обладающего высокими пигментными и декоративными свойствами;
изучить химические процессы, протекающие при термообработке шихты оптимального состава на основе отходов гальванических производств;
выявить влияние химического состава ОГП (избытка соединений хрома, меди, цинка, алюминия и никеля) на пигментные свойства и дисперсность СЖП;
исследовать основные физико-механические свойства и химическую стойкость промышленных красочных составов, пигментированных СЖП;
разработать технологию производства СЖП на основе ОГП и технологический регламент на выпуск модифицированной глифталевой грунтовки ГФ-021М;
изучить влияние содержания СЖП на основные физико-механические и термомеханические свойства, термоокислительную стабильность вторичного полипропилена (В11І1), установить его оптимальное содержание в полиолефиновых композициях;
исследовать релаксационные свойства ВПП, содержащего СЖП, с помощью ЭВМ-программы выполнить расчет параметров релаксации напряжения, наполненного вторичного полипропилена;
провести опытно-промышленную апробацию результатов экспериментальных исследований, определить технико-экономические показатели
5 производства и применения СЖП, глифталевой грунтовки и полимерных труб,
пигментированных разработанным железооксидным пигментом.
Научная новизна:
обосновано повышение эффективности красочных составов при использовании в качестве пигмента СЖП за счет снижения твердости и улучшения условий диспергирования пигмента, повышения химической стойкости ЛКМ;
выявлены зависимости укрывистости и маслоемкости ЖП от содержания ОГП в исходной шихте; установлено, что оптимальным соотношением сульфата железа или ЖЖП и ОГП для получения эффективных СЖП является 1-^-4;
методами ДТА и рентгеноструктурного анализа установлено, что разработанные смешанные железооксидные пигменты являются однородными механическими смесями гематита (a-Fe2C>3) с оксидами СаО, Сг2Оз, NiO, А12Оз и небольшим включением твердого раствора состава 2CaOFe203;
с помощью седиментационного анализа показано, что СЖП и пигменты с повышенным содержанием оксидов меди, цинка, хрома, никеля и алюминия представляют собой монодисперсные системы;
установлено, что в основе повышения химической стойкости лакокрасочных покрытий, пигментированных СЖП, лежит барьерный эффект пассивирования металлической подложки гидроксильными ионами, образующимися при проникновении воды по капиллярам полимерной пленки и ее взаимодействия с оксидами и ферритами кальция, входящих в состав ЖП;
установлена стойкость красочных составов, пигментированных СЖП, к действию различных агрессивных сред. Показано, что по химической стойкости в солевых и щелочных средах различной концентрации лакокрасочные покрытия, пигментированные СЖП, не уступают стойкости покрытий со стандартным КЖП;
получены зависимости прочности и термостойкости вторичного полипропилена от содержания смешанного железооксидного пигмента;
установлены закономерности релаксационных процессов вторичного полипропилена, наполненного смешанным железооксидным пигментом.
6 Практическая значимость работы:
определены основные малярно-технические свойства СЖП. Показано, что при оптимальном составе исходной шихты укрывистость пигмента равна 14-18 г/м , а маслоемкость - 73-74 г/ЮОг масла;
показано, что по декоративным свойствам СЖП не уступает стандартному КЖП и позволяет получить широкую гамму оттенков красного и коричневого цвета в разбеле с диоксидом титана;
показано, что 2-10 кратный избыток оксидов меди, хрома, никеля и алюминия в ЖП практически не влияет на укрывистость пигментов (9,4-17 г/м ), снижает маслоемкость с 73-74 до 52,5-66,6 г/100г и повышает их полидисперсность;
определены основные физико-механические свойства и химическая стойкость красочных составов на основе алкидного лака ПФ-231, эпоксидной (Э-40), карбамидо- (К-411-02 СБ) и меламиноформальдегидных (К-421-02) смол, пигментированных СЖП;
показано, что оптимальным содержанием СЖП в строительных материалах на основе ВПП являются 4 масс.% и 15 масс.% при использовании его в качестве наполнителя;
разработана технология получения СЖП на основе ОГП и ЖЖП или сульфата железа, технический регламент на выпуск модифицированной глифталевой грунтовки ГФ-021М.
Внедрение результатов исследований. Разработаны технологические регламенты получения СЖП на основе ОГП и модифицированной глифталевой грунтовки ГФ-021М, пигментированной смешанным ЖП. Па предприятии ООО «Оксид» проведена опытно-промышленная апробация технологии производства СЖП: выпущено 658 кг пигмента. В цехе №1 ООО "Торговый Дом "СКИМ" выпущена опытно-промышленная партия модифицированной грунтовки ГФ-021М в количестве 2420 кг, которая была использована для грунтования металлических, железобетонных и бетонных поверхностей строительных конструкций при малоэтажной жилой застройке в г. Вологда общей площадью 4570 м . Выпущена опытно-промышленная партия полимерных труб диаметром ПО мм и толщиной стенки 2,7 мм на основе ВПП, пигментированного СЖП, на предприятии ООО
7 «БиС-Пак» объемом 810 п.м. Суммарный экономический эффект от внедрения
результатов работы превысил 113 тыс. руб.
Апробация работы.
Основные положения и результаты диссертационной работы были доложены на: Международной научно-технической конференции «Проблемы экологии на пути к устойчивому развитию регионов», г. Вологда, 2005 г.; Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов «Молодые исследователи - региону», г. Вологда, 2006 и 2010 гг.; Международной межвузовской научно-практической конференции молодых ученых, докторантов и аспирантов «Строительство -формирование среды жизнедеятельности», г. Москва, 2006 и 2010 гг.; Научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава Института строительства и архитектуры МГСУ, г. Москва, 2010 г.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, библиографического списка, включающего 151 наименование, изложенных на 13 страницах и 6 приложений. Работа изложена на 165 страницах машинописного текста, содержит 45 рисунков и 25 таблиц.
Свойства, производство и области применения железооксидных пигментов
Строительная индустрия относится к наиболее крупным потребителям полимерных материалов (12% от общего потребления). Это обусловлено не только уникальными физико-химическими и физико-механическими свойствами полимерных материалов, но также ценными архитектурно-строительными характеристиками изделий и конструкций на их основе [7, 45, 79, 108, 118, 121]. Они характеризуются наиболее близкими соотношениями температуры среды обитания человека и диапазонов их работоспособности. Это значительно экономит энергозатраты на синтез полимеров и их переработку в изделия.
Области применения полимерных материалов в строительстве чрезвычайно разнообразны. Их используют для производства материалов для отделки стен и пола, санитарно-технического оборудования и труб, теплоизоляционных, кровельных и гидроизоляционных материалов, клеев и мастик, полимербетонов и полимеррастворов [9, 17, 22, 70, 73, 74, 79, 103, 104, 114, 115, 125]. Полимерные материалы широко применяют для восстановления и защиты разрушенных вследствие коррозии и механических нагрузок бетонных и железобетонных конструкций и сооружений, а также для обеспечения их длительной работоспособности при эксплуатации в коррозионно-активных природных и техногенных средах при растягивающих, изгибающих или вибрационных деформациях.
Наиболее эффективно с технической и экономической точки зрения является использование полимеров для производства [124]: - материалов для покрытия пола; - отделочных и конструкционно-отделочных материалов; - профильно-погонажных изделий; - полимерных труб и фасонных изделий к ним, сантехнического оборудования; - гидроизоляционных, кровельных и антикоррозионных материалов. При этом основным направлением повышения долговечности строительных конструкций, эксплуатирующихся в средне- и сильноагрессивных средах и не подвергающихся механическому воздействию является использование защитных лакокрасочных покрытий [34, 49, 51, 56, 61, 82, 101, 106, 111]. В строительстве весь ассортимент защитно-декоративных лакокрасочных материалов применяется для защиты металлоконструкций от коррозии, для внутренней и наружной отделки зданий и сооружений промышленного и гражданского назначения. Одной из задач строителей-технологов является расширение ассортимента и создание новых марок антикоррозионных неорганических пигментов, уменьшение стоимости красочных составов и пигментов за счет использования более дешевого сырья. Поучительны слова К. Осовецкого (автора книги «Малярное дело», изданной в 1886 г. и являющейся первым практическим руководством по технологии нанесения покрытий): «Всякая окраска должна производиться настолько обдуманно, чтобы все зависимое от нашей воли было исполнено в пользу наибольшей прочности красочного слоя» [93]. При этом 51% производимых в стране ЛКМ используется в строительстве: доля интерьерных красок составляет 65%, а остальные 35% применяются для наружных работ [98]. В соответствии с ГОСТ Р 52491-2005 «Материалы лакокрасочные применяемые в строительстве. Общие технические условия» ЛКМ, классифицируют по следующим видам: краски, эмали, лаки, грунтовки и шпатлевки. В зависимости от условий эксплуатации они подразделяются на: - материалы для наружных работ - материалы, стойкие к атмосферным воздействиям в различных климатических условиях и эксплуатируемые на открытых площадках; - материалы для внутренних работ - материалы ограниченно атмосферостойкие, эксплуатируемые под навесом и внутри неотапливаемых и отапливаемых помещений в различных климатических условиях. ЛКМ представляют собой высококонцентрированные суспензии пигментов и наполнителей в растворах пленкообразующих веществ (олигомеров и полимеров). Пленкообразующие вещества после высыхания лака или эмали создают на окрашиваемой поверхности прочное лакокрасочное покрытие и обеспечивают его адгезию к подложке. Большинство пленкообразующих веществ - это реакционноспособные олигомеры разветвленного или линейного строения [21, 28, 34, 51, 53, 56, 60, 61, 70, 82]. Эксплуатационные свойства покрытий на основе красок и эмалей, предназначенных для наружных и внутренних работ, должны соответствовать требованиям, приведенным в табл. 1.1. По особенностям технологии производства и применения, по экологическим характеристикам ЛКМ можно условно разделить на следующие группы [51, 53, 82, 91, 100, 135]: - водо дисперсионные; - водоразбавляемые; - органоразбавляемые с низким или высоким (более 60%) содержанием сухого вещества; - порошковые ЛКМ. Причем наиболее распространенными пленкообразующими ЛКМ во всем мире являются алкидные, виниловые, акриловые, эпоксидные и полиуретановые связующие.
Методики определения основных свойств смешанного железооксидного пигмента
По различным оценкам ежегодно образуется от 2,7 до 3,4 млрд. т. отходов, в том числе 2,6 млрд. т. – промышленных отходов. Общий объем неутилизируемых отходов в РФ оценивается в 80 млрд. т. [10]. Причем, наибольшее количество накопленных промышленных отходов в России составляют отходы 4-го класса опасности (97,4%). На долю промышленных отходов 1, 2 и 3-го классов опасности в сумме приходиться менее 3% [81]. Средний уровень использования отходов в России составляет около 26%, в том числе промышленные отходы перерабатываются на 35% [10]. Остальная часть промышленных отходов и отходов потребления складируются на полигонах и свалках, подавляющее большинство из которых не соответствует современным санитарным и экологическим требованиям (СП 2.1.7.1038-01 «Гигиенические требования к устройству полигонов для твердых бытовых отходов»), или просто закапываются в землю [68]. В целом по стране общая площадь занятых отходами земель превышает 2 тыс. км2.
Одним из наиболее опасных источников загрязнения окружающей среды являются гальванические производства ввиду образования высокотоксичных твердых и жидких химических отходов I-III классов опасности [11, 24, 31]. Гальванические шламы, образующиеся при очистке сточных вод гальванических производств, представляют собой суспензию гидроксидов тяжелых (меди, никеля, цинка, кадмия, хрома, железа, кобальта, марганца и других) металлов. Так, например, при электрокоагуляционной очистке образуются гальваношламы, содержащие (в пересчете на сухое вещество) 30-70% солей железа, 5-10% хрома, 2-5% никеля, 2-3% меди, 1-3% кальция и 1-2% магния, натрия и калия. Они могут содержать кадмий, кобальт, свинец, органические соединения [64].
Постоянно растущий масштаб загрязнения окружающей природной среды солями тяжелых металлов, в том числе отходами гальванических производств, представляет серьезнейшую экологическую проблему для промышленно развитых государств и, особенно, для крупных промышленных городов. К настоящему времени возможности безопасного захоронения гальванических отходов в промышленных городах России, в том числе и в Москве, практически исчерпаны, а жесткие меры органов Государственного санитарно-эпидемиологического надзора к предприятиям, имеющие гальванические отходы, приводят к закрытию гальванических цехов или к наложению крупных штрафов за вывоз отходов на свалку [11]. Для сотен производств экологические трудности дополняются прямым экономическим ущербом. Поэтому рациональное и экологически приемлемое решение по утилизации гальванических отходов будет иметь двойной эффект: экологический и экономический.
Особый интерес представляют технические решения, исключающие захоронение гальванических отходов и позволяющие получать на их основе малотоксичную товарную продукцию, имеющую сбыт на рынке материалов. Для снижения экологической опасности гальванических производств необходимо разработать новую схему производства, обеспечивающую очистку сточных вод, регенерацию концентрированных растворов, сбор и подготовку гальванических шламов к утилизации [11, 24].
Решение проблемы утилизации промышленных отходов входит в перечь критических технологий Российской Федерации. При этом ставится задача резкого уменьшения вредного воздействия промышленных отходов на окружающую среду путем применения более современных и эффективных методов их утилизации или переработки. Особую актуальность приобретает развитие направления по охране природы и человека от действия токсичных веществ, поступающих в атмосферу, почву и водоемы [68]. Наибольшую угрозу для окружающей среды представляют отходы 1-3-го класса опасности. На рис. 1.4 показана укрупненная структура промышленных отходов 1, 2 и 3-го классов опасности.
Основным методом обезвреживания промышленных сточных вод гальванических производств как в РФ, так и за рубежом является реагентная обработка, в результате которой растворимые в воде токсичные соединения переводятся в труднорастворимые осадки (шламы), которые затем направляются в отвалы или на захоронения [99].
Исследования по использованию гальваношламов проводятся как у нас в стране, так и за рубежом, но предполагаемые способы зачастую сложны и нерентабельны [26, 72, 99, 119, 123, 140]. Большое внимание уделяется извлечению цветных металлов из шламов. Однако регенерация металлов из гальваношламов экономически выгодна лишь в том случае, когда в шламе содержится один металл в количестве более 10%.
За рубежом накоплен значительный опыт по использованию гальванических шламов, основанный на введение их в различные цементные и силикатно-цементные композиции. В нашей стране основными направлениями переработки гальванических шламов является изготовление строительных материалов и дорожных покрытий, связывание инертными веществами или остекловывание высокими температурами с целью предупреждения выщелачивания токсичных металлов в окружающую среду [26, 30, 123]. Для уменьшения экологической опасности гальванических производств, выпавших в осадок, используют методы химической фиксации, основанные на ферритизации и силикатизации твердой фазы отходов, отверждении неорганических и органических вяжущих веществ, содержащих отходы и спекании материалов. Однако эти методы утилизации ОГП решают лишь экологические аспекты проблемы, но не позволяют использовать их в качестве вторичного промышленного сырья.
Принципиальная возможность использования отходов гальванического производства в производстве глиняного кирпича показана в работе [139]. Установлено, что добавка шлама снижает пластичность глин и может служить отощающим материалом. Усадка в образцах снижается при увеличении содержания шлама, а механическая прочность образцов возрастает. В обожженных образцах наблюдается увеличение доли стеклофазы, что является предпосылкой высокого качества и увеличения морозостойкости кирпича [148].
Исследование химической стойкости покрытий, пигментированных гальваническими шламами
Для исследования эксплуатационных свойств и химической стойкости ЛКМ на основе реакционноспособных олигомеров использовали смешанный железооксидный пигмент, полученный на основе ОГП и сульфата железа -FeS04-7H20 (индекс пигмента - I) или ЖЖП (индекс пигмента - II), взятых в соотношении 41. Для сравнения применяли стандартный КЖП марки К-2 (ТУ 6-05766356.034-96, индекс пигмента - III).
Предварительными исследованиями установлено, что модификация ацетонформальдегидной смолы марки АЦФ-2 мочевиноформальдегидной смолой марки МЧ-240 (15 масс.%) позволяет получать лакокрасочные материалы (лаки и эмали), обладающие высокими эксплуатационными свойствами, хорошей адгезией к стеклянным и металлическим подложкам. Для лучшего совмещения компонентов связующего в качестве растворителя использовали смесь н-бутанола и сб-сольвента. Отверждение исследуемых пигментированных композиций проводили на металлических подложках при следующих условиях: - на основе алкидного лака ПФ-231 - при комнатной температуре в течение 3-х часов; - на основе бутоксилированной карбамидоформальдегидной смолы марки К-411-02 СБ (ТУ У 24.1-13395997-006-2005) - при 140С в течение одного часа; - на основе бутоксилированной меламиноформальдегидной смолы марки К-421-02 (ТУ У 24.1-13395997-007-2005) - при 130 С в течение одного часа; - на основе модифицированной ацетонформальдегидной смолы марки АЦФ-2 - при комнатной температуре в течение 30 минут; - на основе эпоксидной смолы Э-40 в присутствии отвердителя гексаметилендиамина - при 40 С в течение одного часа. В результате проведенных исследований установлено, что лакокрасочные покрытия, пигментированные смешанным железооксидным пигментом, независимо от химической природы использованного органического связующего и основы для получения СЖП (сульфат железа или ЖЖП), имеют физико-механические показатели, мало отличающиеся от свойств аналогичных покрытий, содержащих стандартный КЖП марки К-2 (табл. 4.1). Исключение составляет относительная твердость покрытий: для всех исследованных покрытий, содержащих стандартный КЖП, твердость по М-3 покрытий на основе алкидного лака ПФ-231, бутоксилированной меламиноформальдегидной смолы марки К-421-02 или эпоксидной смолы марки Э-40, содержащих 7 масс.% КЖП составляет 0,53, 0,63 и 0,82 усл. ед. Относительная твердость покрытия, пигментированные СЖП, равна 0,49-0,50, 0,56-0,58 и 0,78-0,79 усл. ед. соответственно (табл. 4.1).
Известно, что относительная твердость лакокрасочных покрытий зависит от твердости пигментов, которая определяется условиями сухого и мокрого измельчения, а также от условий диспергирования в пленкообразующем веществе [27]. Диспергирование железооксидных пигментов на современном высокопроизводительном оборудовании (бисерных машинах), приводит к повышенному износу оборудования. Кроме того, благодаря высокой твердости, железооксидные пигменты могут придавать покрытиям абразивность. Поэтому для снижения твердости пигментов, их модифицируют. Следовательно, пониженная твердость СЖП является положительным фактором, так как их использование облегчает диспергирование и по этой характеристике они превосходят покрытия на основе известных промышленных эмалей ПФ-964, ЭП-925, МЛ-629.
СЖП содержит в своем составе несвязанный CaO, поэтому покрытия на его основе обладают более высокой растворимостью в кислотах, чем стандартный КЖП. Соответственно, химическая стойкость покрытий, пигментированных стандартным красным железооксидным пигментом, в кислых средах выше, чем стойкость аналогичных покрытий, содержащих СЖП. Так, например, изменения внешнего вида покрытий на основе смол марок К-411-02 СБ, модифицированной АЦФ-2 и Э-40 в 3% и 30%-ном растворах серной кислоты происходит на 5-6, 3-4, 12 сутки и 1, 2 и 18 сутки соответственно. В тоже время аналогичные покрытия, пигментированные КЖП, не изменяют внешний вид в течение 7, 5, 16 и 3, 3, 20 суток соответственно (табл. 4.1).
В растворах солей (3% и 30%-ный раствор NaCl) химическая стойкость покрытий на основе исследованных связующих не зависит от природы использованного пигмента (СЖП или КЖП). В тоже время, в дистиллированной воде стойкость покрытий на основе смол К-411-02 СБ, К-421-02, модифицированной АЦФ-2 и лака ПФ-231, пигментированные КЖП, выше, чем у покрытий содержащих СЖП (табл. 4.1). В щелочных средах химическая стойкость покрытий со смешанными железооксидными пигментами (индекс пигмента I и II) незначительно превосходит стойкость аналогичных покрытий со стандартным железооксидным пигментом (табл. 4.1). Следует отметить, что соле- и щелочестойкость всех исследованных покрытий, кроме алкидных, достаточно высока.
Исследование свойств лакокрасочных покрытий, содержащих смешанный железооксидный пигмент
Эффективным инструментом минимизации образования отходов производства и потребления является их использование в качестве вторичного сырья для выпуска строительных материалов. Это позволяет не только снизить антропогенную нагрузку на окружающую природную среду, но и экономить первичное сырье и энергоресурсы. Из общего объема промышленных, бытовых и строительных отходов следует выделить высокомолекулярные соединения и материалы на их основе. Полимерные отходы потребления представлены главным образом крупнотоннажными термопластами, среди которых до 50% приходиться на полиолефины, 15-20% – на полистирольные пластики, 15-20% – на ПВХ-материалы, а остальные – полиамид, полиуретаны и полиэтилентерефталат [77].
Для производства строительных материалов и изделий различного назначения широкое применение получили вторичные полиолефины и, в частности, вторичный полипропилен [17, 19, 50, 95]. Физико-механические свойства вторичных полиолефинов зависят от условий эксплуатации полимерных изделий: чем меньше изделие было подвержено внешним воздействиям, тем больше его свойства приближены к свойствам первичного полимера [95]. Долговечность материалов на основе вторичных полиолефинов при их эксплуатации в жестких климатически условиях составляет 60-75% долговечности изделий из первичного полимера. Поэтому более эффективный путь утилизации отходов потребления является создание высоконаполненных строительных материалов на основе вторичных термопластичных полимеров. Широкое применение для производства полимерных композиционных материалов на основе полиолефинов получили минеральные наполнители – тальк, микротальк марки ММ-20, мел, карбонаты калия, натрия и магния, диоксид титана, графит и другие соединения [39, 67, 75, 127]. Это обусловлено наличием широкой сырьевой базы для их производства и низкой энергоемкостью производства, возможностью варьирования в широком интервале свойств полимерных материалов. В качестве наполнителей полипропилена используют также 2-7 масс.% органобетонита отечественного производства [76], представляющего собой продукт взаимодействия монтмориллонита с октадециламмоний хлоридом, в сочетании с 0,1-0,5 масс.% многослойных нанотрубок. Нанотрубки с удельной поверхностью 120-150 м2/г и диаметром 20-30 нм получают каталитическим пиролизом метана в непрерывно действующем реакторе. Для улучшения совместимости полипропилена с наполнителями используют жидкий кремнийорганический продукт марки 133-176, а для повышения морозостойкости композиций – сэвилен [92]. Физико-химические основы получения и деструкции наполненных полиолефинов рассмотрены в работах [14, 57]. Поэтому представлялось целесообразным использовать в качестве минеральных наполнителей для строительных материалов на основе вторичного полипропилена термообработанные и нейтрализованные отходы гальванических производств. Ранее в работе [90] было показано, что использование гальванических шламов позволяет значительно снизить материалоемкость полимерных строительных материалов. Одним из перспективных направлений утилизации отходов гальванических производств является разработка и использование неорганических пигментов на их основе для производства полимерных композиционных материалов. Поэтому представлялось целесообразным исследовать влияние смешанного железооксидного пигмента на основные термомеханические, физико-механические и термические свойства вторичных полиолефинов. В результате проведенных исследований установлено, что термомеханические свойства вторичного полипропилена, содержащего в качестве пигмента 2-8 масс.% СЖП, выше на 5 С, чем у ненаполненного вторичного полимера. Это указывает на то, что материалы, пигментированные СЖП, можно эксплуатировать в тех же температурных режимах, что и полимерные материалы из первичных полиолефинов. Термомеханические и ДСК-кривые вторичного полипропилена, содержащего в качестве пигмента СЖП, приведены на рис. 5.1, 5.2. Из рис. 5.1 следует, что содержание СЖП (до 8 масс.%) практически не влияет на температуру плавления вторичного полимера (Тт. = 167-168С) [87, 88]. Этот вывод согласуется с результатами работ [3, 17, 18]. В тоже время теплота плавления вторичного полипропилена закономерно снижается с ростом содержания пигмента с 78,3 до 54,3 кДж/кг при 8 масс.% СЖП. Температура плавления и ПТР вторичного полипропилена, содержащего 6 масс.% СЖП, при испытании по ГОСТ 11645-73, приведены ниже [87].
