Изучение возможности использования восстановленного фосфогипса для получения лакокрасочных материалов
Изучение возможности использования восстановленного фосфогипса для получения лакокрасочных материалов
Аннотация
В работе изучена возможность получения лакокрасочных материалов с применением в качестве наполнителя фосфогипса и синтезированного на его основе ультрафиолетового пигмента. Фосфогипс занимает ведущее место по объему накопления среди промышленных отходов, содержащих сульфат кальция, что создает условия нарастания научного и практического интереса к возможным путям решения проблемы его утилизации. В этой связи актуальным является поиск дешевых эффективных наполнителей лакокрасочных материалов, получаемых на основе переработки отходов производства. В ходе выполненного исследования установлено, что термообработанный в присутствии восстановителя фосфогипс, проявляющий свойства ультрафиолетового пигмента, может быть использован для получения лакокрасочных материалов на водной и неводной основе.
1. Введение
Пигменты или наполнители представляют собой специальные мелкодисперсные вещества, добавляемые к лакокрасочным материалам с целью улучшения их ключевых свойств и снижения стоимости
.Поиск эффективных наполнителей является актуальной задачей химической технологии. В работе
было проведено изучение восприимчивости к солнечному свету 10 красок различного состава, обычно используемых городскими художниками. Их нанесли на бетон и кирпич и подвергли старению искусственным солнечным светом в лабораторных условиях. Изучали изменение цвета с течением времени, а также минералогические и физические свойства. Показано, что стойкость красок на этих подложках зависит, главным образом, от состава краски (основы, пигмента и наполнителя), а также от типа основания, так как он влияет на адгезию краски. Наибольшая модификация окраски выявлена у флуоресцентных красок, которые теряют цвет из-за разрушения органической фазы, а при увеличении дефектов при высыхании со временем отслаиваются от подложки.В качестве наполнителей красок для снижения их стоимости используют отработанные отходы стали и магнетита
, , тальк , оксидные соединения , , . Наполнители полимерных материалов помогают контролировать заданные параметры. Например, каолинит обладает выраженными реологическими свойствами, которые помогают поддерживать надлежащую дисперсность и придают объем продукту ; маслопоглощающая способность глины помогает контролировать загрузку наполнителя; гранулометрический состав – плотность упаковки, стойкость к истиранию и растекание в красках ; вязкость способствует тиксотропности и стойкости краски к оседанию .В последние десятилетия усилилась тенденция обострения проблем геоэкологического характера, обусловленных, в первую очередь, экстенсивной формой природопользования, ухудшением экологической обстановки, вызванной рядом причин
, , в том числе – нерациональным ведением многих отраслей природопользования . Фосфогипс занимает ведущее место по объему накопления среди промышленных отходов, содержащих сульфат кальция, что создает условия нарастания научного и практического интереса к возможным путям решения проблемы его утилизации.В этой связи актуальным является поиск дешевых эффективных наполнителей лакокрасочных материалов, получаемых на основе переработки отходов производства.
Целью работы являлось изучение возможности получения лакокрасочных материалов с применением в качестве наполнителя ультрафиолетового пигмента, полученного на фосфогипса.
2. Методы и принципы исследования
Синтез ультрафиолетового (УФ) пигмента из фосфогипса осуществляли по методике, описанной в
, . Фосфогипс и восстановитель отвешивали с точностью до 0,005 г на технических электронных весах, гомогенизировали в смесителе мощностью 0,45 кВт со скоростью 1500 об/мин, после чего помещали в алундовых тиглях в рабочее пространство муфельной печи, где производили их термообработку по следующим режимам: нагрев образцов со скоростью 13 К/мин до температуры прокалки, которая составляла 800 оС, 900 оС, 1000 оС. Далее следовала выдержка в течение 60 мин. По окончании термообработки – охлаждение образцов вместе с печью до комнатной температуры.Для получения лакокрасочных материалов в готовую матрицу вводили определенное количество УФ пигмента, наносили на поверхность гипсокартона. После полного высыхания визуально оценивали качество лакокрасочного покрытия и его люминесцентную способность.
Для оценки качества покрытия его выдерживали до полного высыхания (не менее 2 ч), далее оценивали его визуально при дневном или электрическом освещении.
Перед введением пигментов провеяли их гранулометрический состав с помощью ситового анализа, крупные фракции растирали в агатовой ступке в течение 20 мин до пудрообразного состояния.
3. Основные результаты
Минерал фосфогипс представляет собой мелкодисперсный порошок белого цвета. В обычном состоянии при облучении его ультрафиолетовым светом люминесценция не отмечена. В присутствии влаги фосфогипс может подвергаться слеживанию. В этой связи для получения наполнителя исходный материал подвергали термообработке при температуре 800 оС. В результате получается порошок обожженного материала, рассыпчатый, белого цвета, не гигроскопичный. В таком состоянии термообработанный фосфогипс может быть использован в качестве инертного наполнителя лакокрасочных материалов.
Проведение процесса термообработки в присутствии углеродсодержащего вещества приводит к формированию композиционного материала сульфат кальция/сульфид кальция. При облучении ультрафиолетовым светом восстановленный фосфогипс испускает свечение желто-оранжевого цвета. Полученные с применением разработанного способа УФ пигменты были использованы для получения лакокрасочных материалов на водной (дисперсная латексная краска белая) и неводной (эмаль белая ПФ-115) основе. Введение полученного пигмента в полимерную матрицу незначительно снижает люминесцентную способность пигмента.
В табл. 1 и 2 приведены рецептуры разработанных лакокрасочных материалов (полимерной (или водной)) основы во всех экспериментах использовали фиксированное количество – 10 мл.
Таблица 1 - Составы лакокрасочных материалов на водной основе
Обозначение | Кол-во ультрафиолетового пигмента, г | Кол-во фосфогипса, г | Интенсивность свечения при УФ-освещении, отн. ед |
ДЛК-1 | 0,5 | - | 0,4 |
ДЛК-2 | 1,0 | - | 0,7 |
ДЛК-3 | 1,5 | - | 0,8 |
ДЛК-4 | 2,0 | - | 1,0 |
ДЛК-5 | - | 1,0 | 0 |
Таблица 2 - Составы лакокрасочных материалов на неводной основе
Обозначение | Кол-во ультрафиолетового пигмента, г | Кол-во фосфогипса, г | Интенсивность свечения при УФ-освещении, отн. ед |
ЭБ-1 | 0,5 | - | 0,4 |
ЭБ-2 | 1,0 | - | 0,5 |
ЭБ-3 | 1,5 | - | 0,7 |
ЭБ-4 | 2,0 | - | 0,9 |
ЭБ-5 | - | 1,0 | 0 |
Рисунок 1 - Внешний вид покрытий при дневном освещении
Рисунок 2 - Внешний вид покрытий при ультрафиолетовом освещении
4. Обсуждение
Согласно проведенным исследованиям, получаются покрытия с хорошей укрывной способностью. С увеличением количества введенного наполнителя укрывная способность лакокрасочных материалов становится лучше. Согласно наблюдениям, адгезия лакокрасочного покрытия к поверхности гипсокартона в модельном эксперименте была высокая. Разработанный пигмент и полимерная основа обладают заметной когезией, распределение пигмента в матрице равномерное. Покрытие во всех изученных образцах было сплошным, без потёков, морщин, наплывов, постороннего мусора. С увеличением количества наполнителя в лакокрасочном материале вязкость системы, как и сухой остаток, увеличивались. В случаях максимального количества введенного наполнителя и УФ-пигмента было отмечено затруднение растекания лакокрасочного материала.
При облучении излучением с длиной волны ультрафиолетового диапазона, полученные покрытия излучают желто-оранжевое свечение. С увеличением количества ультрафиолетового пигмента в составе лакокрасочного материала люминесцентная способность становится более выраженной. Образец с введенным фосфогипсом в качестве наполнителя (ДЛК-5, ЭБ-5) люминесцентной способностью не обладает.
Повышение количества наполнителя в составе лакокрасочного материала сопровождается снижением текучести краски, что может в дальнейшем негативно сказываться на качестве покрытий. В изученном диапазоне введенного количества ультрафиолетового пигмента (от 5 до 20 % (масс.)) оказалось достаточным для получения композиций с хорошей укрывной способностью и выраженным желто-оранжевым свечением при облучении ультрафиолетовым светом. Данный результат воспроизводится с любым изученным лакокрасочным материалом.
Полученные результаты открывают широкие возможности по разработке технологии утилизации отходов химической промышленности в доступные продукты с высокой добавочной стоимостью. Помимо очевидного экономического эффекта, параллельно решаются ряд экологических и социальных вопросов, связанных с высвобождением земель под хозяйственные нужды, снижения техногенного воздействия на окружающую среду, оздоровления природных ландшафтов.
5. Заключение
На основании изучения возможности использования восстановленного фосфогипса в качестве наполнителя лакокрасочных материалов можно заключить следующее.
1. Восстановленный фосфогипс, проявляющий свойства ультрафиолетового пигмента, может быть использован для получения лакокрасочных материалов на водной и неводной основе.
2. С увеличением количества ультрафиолетового пигмента в составе лакокрасочного материала люминесцентная способность становится более выраженной.