Химические методы подготовки поверхности

РЕФЕРАТ

Данная учебно-исследовательская работа содержит 28 страниц, 1 рисунок, 8 таблиц.

 

СТИРОЛ, ПОЛИЭФИРНЫЕ СМОЛЫ, ПОЛИСТИРОЛ, ЛИСТ, ДИМЕТИЛАНИЛИН, ПЕРЕКИСЬ БЕНЗОИЛА, ИНИЦИАТОР, УСКОРИТЕЛЬ, ШПАКЛЁВКА, НАПОЛНИТЕЛЬ, ОТВЕРДИТЕЛЬ.

 

Целью данной работы является разработка шпаклевочной композиции на основе ненасыщенной полиэфирной смолы ПН – 1. Работа содержит аналитические и патентные исследования; описание материалов и методик исследований; заключение.

ВВЕДЕНИЕ

Области применения пластических масс в народном хозяйстве весьма разнообразны: товары народного потребления, детали машиностроения, приборостроения, радио – и телеаппаратуры и так далее. Часто пластмассы используются как самостоятельный конструкционный материал.

В последние десятилетия переработка пластмасс в изделия интенсивно развивается не только в химической промышленности, но и в других отраслях народного хозяйства. Создаются новые композиции материалов, совершенствуются методы их переработки.

СОДЕРЖАНИЕ

РЕФЕРАТ. 3

ВВЕДЕНИЕ. 4

1.АНАЛИТИЧЕСКИЕ И ПАТЕНТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ. 6

1.1. Аналитический обзор 6

1.1.1. Шпатлевки 6

1.1.2. Химические методы подготовки поверхности 8

1.1.2.1. Обезжиривание 8

1.2. Патентная проработка 10

2. МАТЕРИАЛЫИ МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ. 13

2.1 Материалы, используемые в работе и их характеристика 13

2.1.1. Стирол 13

2.1.2. Сополимеры стирола 14

2.2. Ненасыщенные полиэфиры. 19

2.2.1. Полималеинаты и полифумараты. 20

2.2.1. Свойства полиэфирной смолы ПН – 1 21

2.3. Методика исследования. 21

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ. 23

3.1. Методы получения образцов и анализ полученных результатов. 23

3.1.1 Изучение кинетики полимеризации. 23

3.1.2 Состав 1 23

3.1.3 Состав 2 25

3.1.4 Состав 3 26

3.1.5 Состав 4 27

4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 29

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ. 30

1.АНАЛИТИЧЕСКИЕ И ПАТЕНТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Аналитический обзор

Шпатлевки

Шпатлевки, шпаклевки (Surfacers, Spachtelmassen, enduits de Surface)-лакокрасочные материалы, применяемые для выравнивания (шпатлевания) окрашиваемой поверхности перед нанесением на нее покровных слоев. Помимо пленкообразующих веществ, шпатлевки содержат наполнители и растворители; в их состав могут также входить пигменты, пластификаторы, отвердители и др. Различают лаковые, масляные и клеевые шпатлевки, получаемые соответственно на основе лаков, олиф, водных растворов природных клеев. В качестве наполнителей в Ш. используется мел, тальк, каолин, барит и др.; в состав шпатлевок для термостойких покрытий вводят микрослюду, микроасбест. Для пигментирования шпатлевок применяют цинковые белила, литопан, а также дешевые природные цветные пигменты - охру, мумию и др.

От др. пигментированных лакокрасочных материалов (грунтовок, красок) Ш. отличаются большим содержанием сухого остатка (до 80%), а также значительно более высоким отношением количества наполнителей и пигментов к пленкообразующему (обычно от 5:1 до 12:1).

Получают шпатлевки также, как краски,- диспергированием (перетиром) наполнителей и пигментов в соответствующем связующем. Шпатлевки наносят на поверхность специальной лопаткой-шпателем (деревянным, металлическим или из пластмассы) или толстым куском резины. При разбавлении небольшим количеством растворителя они могут быть нанесены распылением при помощи краскораспылителя с диаметром сопла 2,5 мм. Или поливом. Обычно шпатлевки наносят по грунтовочному слою, так как из-за меньшего содержания пленкообразующего оно уступают грунтовкам по адгезионным свойствам. Некоторые шпатлевки на основе алкидных или эпоксидных смол, а также Si-органических смол, содержащих добавку алкидной, обладают достаточно хорошей адгезией к металлам и могут быть нанесены непосредственно на окрашиваемую поверхность; такие шпатлевки называются грунтшпатлевками.

Толщина покрытий, образующихся при нанесении шпатлевок (обычно до 300мкм.), значительно больше, чем в случае нанесения грунтовок или красок. Следовательно, пленкообразование шпатлевок сопровождается большей усадкой. Толщина слоев наиболее высоконаполненных шпатлевок (так называемых подмазок), применяемых для заполнения отверстий, выбоин, щелей, может достигать 1 мм. Эти шпатлевки наносят обычно в несколько приемов (с промежуточной сушкой), так как при неравномерном высыхании
толстого слоя покрытия, возможно его растрескивание. Шпатлевки должны образовывать ровный слой, не содержащий посторонних включений, царапин и др. видимых дефектов. Высохший слой шпатлевки должен быть пригоден для шлифования абразивной шкуркой. Лаковые шпатлевки применяют главным образом в машиностроении; клеевые и масляные – преимущественно в строительстве. /1/

 

Таблица 1.1

Характеристика лаковых шпатлевок.

Шпатлевка	Режимы сушки (отверждения)	Окрашиваемые поверхности
Температура, ºС	Продолжительность, ч
Алкидная (наносят распылением)	18-23		Загрунтованные металлические и деревянные
Алкидная (наносят распылением)	135-145	0.5	Незагрунтованные и загрунтованные металлические
Алкидно-стирольная (то же)	18-23		Загрунтованные металлические и деревянные (исправление металлических дефектов)
Полиэфирная (наносят распылением или поливом)	18-23		Загрунтованные деревянные щиты для мебели, детали музыкальных инструментов
Полиэфирная (то же)		20.-2.5 1.5	Незагрунтованная фанера, древесно-стружечные плиты
Нитроцеллюлозная	18-23	2,0-2,5	Загрунтованные деревянные
Перхлорвиниловая	18-23	2,0-2,5	Загрунтованные металлические и деревянные, оштукатуренные фасады зданий

Продолжение таблицы 1.5

Si-органическая	200-210		Стеклопластик
Si-органическая	18-23 90-100	1-2	Незагрунтованные металлические, подвергающиеся кратковременному нагреву до 700°
Эпоксидная	80-85		Стеклопластик
Эпоксидная	18-23 65-70		Загрунтованные и незагрунтованные металлические

Химические методы подготовки поверхности

Подготовка поверхности химическими методами заключается в ее обработке водными растворами кислот, щелочей, солей и комплексных соединений, а также органическими растворителями.

Применение химических методов подготовки позволяет обеспечить высокую адгезию покрытий к полимерным материалам вследствие удаления с их поверхности загрязнений обезжириванием и в результате повышения степени шероховатости поверхности (травление), а также модифицирования.

Химические методы обработки водными растворами наиболее часто используют для подготовки поверхности перед химической металлизацией. Перед нанесением лакокрасочных материалов поверхность обезжиривают с помощью органических растворителей; применение в этом случае водных растворов нежелательно, так как требует дополнительных операций нейтрализации, промывки и сушки./3/

Обезжиривание

Обезжиривание – процесс обработки поверхностей с целью удаления жировых и других загрязнений (отвердитель эпоксидных смол, восков, применяемых при прессовании реактопластов; пластификаторов для вальцевания материалов, кремнийорганических жидкостей, используемых в качестве разделительных смазок при литье под давлением), сильно ухудшающих адгезию покрытий к поверхности и их декоративные свойства. Загрязнения распределяются на поверхности неравномерно; иногда их трудно заметить визуально.

Обезжиривание производят с помощью органических растворителей или водных растворов щелочей в присутствии эмульгаторов.

Обезжиривание органическими растворителями. Для обезжиривания применяют растворители, хорошо растворяющие загрязнения, но инертные по отношению к пластмассе, то есть не вызывающие ее набухания или растворения. Желательно чтобы растворители быстро улетучивались, были не токсичными и пожаробезопасными. К сожалению большинство растворителей горючи и взрывоопасны, за исключением хлорированных и фторированных углеводородов, которые однако обладают повышенной токсичностью.

При соблюдении предельно-допустимых концентраций даже токсичные растворители, такие, например, как трихлорэтилен, могут быть использованы для обезжиривания некоторых полимерных материалов (полиолефинов, поликарбонатов, полистирола, поливинилхлорида).

Для удаления разделительных смазок, состоящих из смеси спирта с глицерином, касторового масла или стеарата цинка, применяют смесь растворителей (% об.):

Таблица 1.2

Смесь растворителей

Этанол		Бутанол
Этилацетат		Целлозольв

 

Кремнийорганические разделительные смазки удаляют промывкой изделий в 2% - ном растворе карбоната калия в спирте с добавкой небольшого количества смачивающего вещества. С целью обезжиривания изделия протирают чистыми салфетками, смоченными растворителями, погружают в ванну с негорючими растворителями (например, трихлорэтиленом) или подвергают обработке методом струйного распыления из форсунок. Мелкие детали обрабатывают в барабанах. Продолжительность обезжиривания в ваннах и барабанах может быть уменьшена при использовании ультразвука./3/

Щелочное обезжиривание применяют для подготовки пластмасс, изготовленных на основе полимеров, стойких к щелочам. Щелочное обезжиривание нельзя применять для обработки фенопластов и стеклопластиков. Щелочи способствуют превращению растительных и животных жиров и воска в водорастворимые мыла и эмульгируют минеральные масла. Для ускорения эмульгирования и отделения от поверхности твердых загрязнений в щелочные составы добавляют неионогенные эмульгаторы, обычно оксиэтилированные алкилфенолы (ОП-7, ОП-10)^*. Они удобны тем, что не образуют пены и хорошо смываются с поверхности пластмассы.

Для обезжиривания с помощью щелочей рекомендуется использовать соли щелочных металлов – тринатрийфосфат, карбонат натрия (соду), обеспечивающие постоянство pH раствора. Эффективность обезжиривания увеличивается с повышением температуры раствора до 60-80ºС, так как при дальнейшем повышении температуры эффективность изменяется незначительно.

Режимы обезжиривания пластмасс щелочными растворами различных составов приведены в таблице 1.7.

Таблица 1.3

Составы (г/л) и режимы обезжиривания пластмасс щелочными растворами

Составы, N	Фосфат натрия	Карбонат натрия	Гидроокись натрия	Эмульгатор	Режим обезжиривания
ОП-7	ОП-10	Некаль	Контакт Петрова	Анионо-активное вещество	мыло	Температу-ра,ºС	Продолжительность, мин.
	-	-	-	-		-	-	-	-	18-22	1-10
		-	-	-	-		-	-	-	30-40
	-		-	-		-	-	-	-	60-70
			-	-		-	-	-	-
		-		-		-		-	-	70-80	2-3
		-	-	2,5	-	-	-	-	-	18-22	2-3
	-		-	-	2**	-	-	2**	-	80-90	20-30
	-		-	-	-	-	-	-	-	70-80	30-60
	-	-	-	-	-	-	-	-			85-20

*Вместо гидроокиси натрия можно применять 25%-ный раствор гидроокиси аммония.

**В состав N7 можно вводить только один из указанных эмульгаторов.

Примечание. Щелочные растворы состава N6 применяют для обезжиривания поливинилхлорида; N7 – полиамидов; N8 – полиолефинов; N9 – полиэфиров.

В тех случаях, когда применение щелочных растворов недостаточно, для обезжиривания можно использовать водные растворы эмульгаторов, например ОП-7 или ОП-10 (состав N1). Обезжиривание водными растворами проводиться окунанием или распылением (в ваннах, струйных камерах и барабанах).

По окончании щелочного обезжиривания поверхность тщательно промывают горячей водой./3/

Патентная проработка

Ведется большое число исследований в области создания новых композиций на основе сополимеров стирола.

Например, в работе /1/ разработаны композиции с гетерогенной послойно – неоднородной структурой на основе эпоксидной смолы ЭД – 20, полистирола и двух растворителей для защитных покрытий от коррозии. Исследована степень расслоения покрытия в зависимости от летучести растворителя, толщины слоя, температуры и других кинетических факторов.

В /2/ патенте представлены новые разработки в области технологии блочных стирольных сополимеров (СПЛ) структуры стирол – бутадиен / изопрен – стирол для теплостойких чувствительных к давлению клеев. Это достигается гидрированием расположенных в середине блоков полидиена. Описаны условия гидрирования СПЛ. Сделан сравнительный анализ свойств чувствительных к давлению клеев на основе гидрированных СПЛ и СПЛ традиционной структуры.

В американском патенте /3/ описаны чувствительные к давлению клеи – расплавы с минимальным окрашиванием содержащие (%): 5 – 30 сополимеров с концевыми стирольными блоками и срединными этиленбутиленовыми или этиленпропиленовыми блоками (содержание диблоксополимеров >35%, степень сшивки <50%, индекс расплава >20 г/10 мин, содержание стирольных звеньев 10 – 30 %), 5 – 50 сополимеров с концевыми стирольными блоками при степени сшивки 65 – 100 %, 10 – 40 жидких пластифицирующих масел и 20 – 60 полимерных добавок для увеличения клейкости. Прочность при отслаивании под углом 180º клеевого слоя из клея - расплава<360 г/см минимальном образовании окрашенных пятен.

В патенте /4/ описано применение антиаксидантов в клее на основе сополимера стирола. Для предотвращения окрашивания защищаемой липкими лентами ПВ в клеевой слой на основе блок - сополимера стирола (стирол - бутадиен - изопрен) вводят антиоксиданты (стерически затрудненные одно – и многоядерные фенолы, содержащие в о – и/или п – положениях к ОН – группе бензилтиоэфирные группы и/или фенилэфиракрилатные группы [4,6 – бис(октилтиометил) – о – крезол, 2 – трет – бутил – 6 – (3 – трет – бутил – 2 – ОН – 5 - метилбензил) – 4 – метоксифенилакрилат и т. п.] или стерически затрудненные лактоны).

В патенте /5/ описан клей на основе блок – СПЛ стирола. Указанные полоски для склеивания с возможностью расклеивания без разрушения и загрязнения субстрата содержат клей на основе блок – сополимера стирола и 30-60 % эластомеров, модифицированных кислотой и / или ангидридами (предпочтительно малеиновыми) клеевая масса может содержать и другие добавки, например, повышающие клейкость, а также пластификаторы и наполнители.

В последующих трех патентах /6/ /7/ /8/ рассмотрена рецептура герметизирующего состава.

Герметизирующий состав /9/ используют для герметизации и уплотнения строительных конструкций, а также для приклеивания всех видов плиток, линолеума, дерева, металлов, резин. Сущность изобретения: состав содержит масс. ч.: бутадиенстирольный термоэластопласт, наполненный полистиролом, с содержанием последнего 3-80 мас. %, 30-70; сополимер бутадиена и стирола с содержанием связанного стирола 60-65 мас. %, блочного стирола 30-34 мас. % 30-70; адгезив 10-40; наполнитель 40-70; тиксотропная добавка 3.0-5.0; антиоксидант 0.5-1.5; растворитель 240-300.

Герметизирующая композиция /10/ используется для герметизации и уплотнения строительных конструкций и приклеивания строительной плитки, линолеума, дерева, металлов, резин. Сущность: композиция включает, мас. ч.: бутадиен-стирольный термоэластопласт, наполненный полистиролом с содержанием наполняющего полистирола 3-80 мас. % или бутадиен-стирольный термоэластопласт разветвленного строения с содержанием связанного стирола 27-31 мас. % - 1000; адгезив 10.0-30.0; наполнитель – 40-70; тиксотропная добавка 3.0-8.0; антиоксидант – 0.5-1.5; сополимер изопрена (бутадиена) со стиролом линейного строения или звездообразного строения 10-30; органический растворитель 260-310.

Герметик /11/ используют для герметизации и уплотнения строительных конструкций, приклеивания всех видов плитки, линолеума, дерева, металлов, резины. Сущность: герметик включает, мас. ч. бутадиенстирольный термоэластопласт, наполненный полистиролом с содержанием наполняющего полистирола 3-80 мас. % 100, адгезив 10.0-40.0; наполнитель 40.0-70.0; тиксотропные добавки 3.0-5.0; антиоксидант 0.5-1.5; органический растворитель 260.0-340.0.

В работе /12/ предложены клеи-расплавы многоцелевого назначения образуют в зависимости от основного блоксополимера (БСПЛ) жесткие или эластичные клеевые соединения, содержащие (%) 15-35 БСПЛ структуры ПССПЛ бутадиена и стирола ПС (вязкость 25%-го раствора в толуоле >1000 сП, содержание блоков СПЛ < 35%), 2-30 полимеров, блокирующих концевые группы БСПЛ, 30-70 добавки для повышения клейкости, 0-30 масел и 0-3 антиоксиданта.

 

2. МАТЕРИАЛЫИ МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ