Введение к работе
Актуальность работы
В настоящее время инновационная технология УФ-отверждения полимерных композиций считается одной из самых перспективных. Свойства любой полимерной композиции определяются ее химическим составом: природой пленкообразующего, видом пигментов и наполнителей, характером применяемых специальных добавок. Большая часть УФ-отверждаемых полимерных композиций основана на химии акрилатов, которые сшиваются за счет радикальной полимеризации.
Технология УФ-отверждения обладает рядом достоинств, таких как:
-
высокая скорость отверждения, а следовательно, и высокая производительность;
-
возможность штабелировать и упаковывать детали сразу после УФ-ламп;
-
отсутствие потребности в отдельных помещениях или специальных сушильных тоннелях для сушки и хранения окрашенных деталей;
-
компактность оборудования.
Использование пигментов позволяет получать любой оттенок по каталогу RAL, однако присутствие пигментов в композициях УФ-отверждения является причиной, по которой процесс отверждения может замедляться или вообще не идти. Это связано с тем, что большинство широко применяемых неорганических и органических пигментов поглощает УФ-лучи в той же спектральной области, что и фотоинициаторы. При этом, в отличие от фотоинициаторов, прямых данных о светопоглощении пигментов нет, за исключением рутильной формы диоксида титана, спектр светопропускания которого известен. Это представляет собой одну из главных трудностей получения пигментированных покрытий УФ-отверждения.
Пигменты не могут рассматриваться как инертные добавки в УФ-отверждаемых непрозрачных или цветных покрытиях. На процесс отверждения влияют: рассеяние света и проникновение энергии, показатель преломления и длина волны светопоглощения пигмента, каталитическая активность свободных радикалов.
Пигменты могут поглощать энергию УФ-излучения, что будет влиять на поглощение УФ-излучения фотоинициаторами, что отразится на концентрации свободных радикалов, результатом чего будет снижение скорости отверждения. Это и является недостатком лакокрасочных покрытий УФ-отверждения -отсутствие широкой цветовой гаммы.
Цели и задачи исследования
Целью работы являлась разработка технологии получения индустриальных эмалей УФ-отверждения в соответствии с каталогом RAL. В перечень задач исследования входило:
-
Исследование влияния природы пигментов, их формы, размеров на реакционную способность композиций УФ-отверждения.
-
Изучение спектров пропускания пигментов в УФ-области в зависимости от их природы, формы, размеров.
-
Комплексное исследование существующих фотоинициаторов с целью использования их для отверждения пигментированных композиций.
-
Разработка технологических основ производства эмалей УФ-отверждения заданных цветов и оттенков.
-
Разработка экспресс-методики для изучения возможности использования пигментов в композициях УФ-отверждения.
Научная новизна
1. Предложен и научно обоснован подход к получению
пигментированных эмалей УФ-отверждения на основе изменения соотношения
пигмент-фотоинициатор, где оптимальная область абсорбции УФ-квантов
фотоинициатором соответствует области максимального пропускания пигмента.
-
Выявлено влияние формы и размера частиц пигментов на скорость отверждения эмалей под воздействием УФ-излучения. С уменьшением размера частиц пигментов скорость отверждения уменьшается. При одинаковом содержании пигмента в рецептуре УФ-композиции скорость отверждения для сферических пигментов выше, чем для хлопьевидных.
-
На примере широкого круга пигментов показано, что использование минеральных пигментов (крона, железоокисные и т.д.) в рецептуре эмалей УФ-отверждения предпочтительней перед органическими пигментами (фталоцианиновые, желтый светопрочный и т.д.).
-
Показано, что введение 1-2% масс, нанокристаллов диоксида титана в рецептуру лака УФ-отверждения после отверждения позволяет получать оптически прозрачные УФ-фильтры.
Практическое значение работы
-
Разработана рецептура эмали УФ-отверждения «Акрокор УФ» ТУ 2316-019-50003914-2006 и налажено производство в ООО «НПФ «ИНМА».
-
Разработана методика для экспресс-анализа пигментов на возможность использования их в рецептуре УФ-отверждаемых эмалей.
-
Разработана рецептура и выпущена опытная партия лака УФ-отверждения «Акрокор-УФ», предназначенного для поглощения УФ-излучения
(УФ-фильтр).
Положения, выносимые на защиту
-
Возможно отверждение пигментированных систем УФ-излучением при соблюдении условия, что область максимальной абсорбции фотоинициаторов соответствует области максимального пропускания пигментов.
-
На скорость реакции отверждения пигментированной УФ-отверждаемой эмали влияют форма и размер частиц пигментов.
-
Скорость реакции отверждения пигментированной УФ-отверждаемой эмали зависит от природы пигмента. Использование минеральных пигментов в композициях УФ-отверждения предпочтительнее органических.
-
Композиция УФ-отверждения, содержащая 1-2% масс, нанокристаллов диоксида титана, позволяет получать после отверждения УФ-фильтры.
Личный вклад автора
Личный вклад автора заключается в конкретизации поставленной задачи, разработке методов ее решения, теоретическом и практическом обосновании выбранных направлений.
Апробация работы
Основные результаты исследований докладывались и обсуждались на Всероссийском научно-практическом семинаре «Совершенствование технологии и повышение эффективности лакокрасочных покрытий. Новые лакокрасочные материалы». Санкт-Петербург, ОАО «АВАНГАРД»/НТФ «ТЕХНОКОН». 14-17 февраля 2012, научно-технической конференции «Новые материалы и технологии производства и применения лакокрасочных материалов». Санкт-Петербург, ЦНТИ «Прогресс». 4-8 июня 2012, научно-практическом семинаре «Современные технологии и материалы, применяемые для подготовки поверхностей и в создании защитных лакокрасочных покрытий». Санкт-Петербург, ОАО «АВАНГАРД». 4-7 июня 2013, III межотраслевой конференции «Антикоррозионная защита-2012» - Москва, ГК ИЗМАЙЛОВО. 28 марта 2012 г., XIV Международной научно-технической конференции «Наукоёмкие химические технологии - 2012» - Тула, ТГПУ им. Л.Н. Толстого. 21-25 мая 2012 г., V Всероссийской конференции (с международным участием) «Химия поверхности и нанотехнология» - Хилово, Псковская область. 24-30 сентября 2012 г., конференции СПбГУКиТ «Неделя науки и творчества-2012». Секция «Химическая технология. Экология. Фотография» - Санкт-Петербург, СПбГУКиТ. 9-21 апреля 2012г., I Международной научно-практической конференции - Новосибирск, 2012г.,
конференции «Наукоемкие технологии - сфере кинопроизводства» 18 апреля 2013 г, четвертой межотраслевой конференции «Антикоррозионная защита-2013» - Москва, ГК ИЗМАЙЛОВО. 27 марта 2013 г.
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе три статьи, опубликованные в изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка цитируемой литературы (107 наименований) и приложений. Диссертация содержит 98 страниц текста, 32 рисунка и 11 таблиц.
