Товароведение пластических масс и химических товаров. Часть II. Методические указания к проведению лабораторных работ

Подписано в печать 8.12.2003 г. Формат 60×84 1/16. Объем в усл.п.л. 3,02, уч.-изд.л.2,5.Тираж 60 экз. Заказ 178. Издательство ВСГТУ. г. Улан-Удэ, ул. Ключевская, 40, в.

Министерство образования Российской Федерации Восточно-Сибирский государственный технологический университет Кафедра «Технология кожи, меха и товароведение непродовольственных товаров»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к проведению лабораторных работ по дисциплине «Товароведение пластмасс и химических товаров» частьII

Составил: к.т.н., доцент Элиасов Б.Л.

Улан-Удэ 2004

Аннотация. Лабораторные работы предназначены для специальности «Товароведение непродовольственных товаров» по дисциплине «Товароведение пластических масс и химических товаров». В предложенном лабораторном практикуме проводятся экспериментальное определение экспертных оценок качества пластических масс и химических товаров. Рассмотрены отдельные представители пластических масс, лакокрасочных материалов, синтетических поверхностно-активных веществ, клеев, герметиков. Изложены методики экспертизы и их потребительских свойств. Приведены справочные данные по свойствам пигментов, наполнителей, красителей и их идентификация. Ключевые слова: пигменты, лакокрасочные материалы, укрывистость, маслоемкость, лаки, краски, эмали, олифа, синтетические моющие средства, клея, герметики, ассортимент, экспертиза, потребительские свойства.

2

Содержание: 1. 2. 3. 4. 5.

Лабораторная работа № 5. Лакокрасочные материалы. Качественный анализ пигментов по химическим и термическим свойствам. Лабораторная работа № 6. Определение технологических показателей пигментов и лакокрасочных материалов. Лабораторная работа № 7. Экспертиза потребительских свойств олиф, лаков, эмалей и покрытий на их основе. Лабораторная работа № 8. Экспертиза потребительских свойств моющих средств. Лабораторная работа № 9. Экспертиза потребительских свойств клеев и герметиков. Рекомендуемая литература. Приложение № 1

3

4 13 19 27 38 44 46

Лабораторная работа № 5 Лакокрасочные материалы. Качественный анализ пигментов по химическим и термическим свойствам

К лакокрасочным товарам относятся пигменты, олифы, лаки, краски масляные, эмалевые, водоэмульсионные, шпатлевки, грунтовки, разбавители, растворители, сиккативы, политуры, пластификаторы, отвердители. И другие. Цель работы: определить природу пигментов и наполнителей, используя характерные химические реакции на химические элементы, входящие в состав пигментов, ознакомиться с пигментами согласно приложения 1 страница 46 Материалы для работы: образцы пигментов, 10%ый раствор серной, азотной, уксусной кислот, 10%-ый раствор гидроксида натрия, пробирки. Контрольные вопросы перед началом работы: 1. Что относится к лакокрасочным товарам? 2. Что такое пигменты? 3. Что такое красители? 4. Основные типы пигментов? 5. Чем отличаются пигменты от красителей? 6. Какие основные свойства пигментов? 7. Как приготовить вытяжку пигмента? 8. Что такое грунтовки и шпатлевки? 9. Для чего предназначены грунтовки и шпатлевки и их отличия? 10. Почему нужно работать с вытяжками пигментов? 11. Классификация пигментов по цвету? 12. Роль пигментов в покрытиях, грунтовках, шпатлевках?

4

Задания к работе: 1. Ознакомиться с ассортиментом и их отношением к химическим средам и нагреванию (см. приложение 1 стр. 46). 2. Результаты исследований представить в виде таблицы. 3. Сделать выводы о химической устойчивости и термостойкости исследуемых пигментов. Определение свойств пигментов

Основными свойствами пигментов являются цвет, степень дисперсности, химическая стойкость к действию кислот, щелочей, воды, масел, олиф, сероводорода и других реагентов, укрывистость (определяется в красочных составах), отношение к нагреванию и прокаливанию, нетоксичность. В настоящее время лакокрасочная промышленность располагает сотнями пигментов и красителей различных цветов, которые можно классифицировать по цвету: Таблица 1 Белые Желтые и оранжевые Красные Синие Зеленые Черные Пигментные красители

Цинковые, титановые, свинцовые белила, литопон, мел Свинцовые, цинковые, стронциевые, железоокисные кроны, соединения кадмия, охра, свинцовый сурик и др. Железный сурик, соединения кадмия Соединения кобальта, железная лазурь, ультрамарин Окись хрома, соединения меди и др. Сажа, окислы железа Фталоцианиновые, азопигменты и др.

5

Продолжение табл. 1 Осажденные красители Металлические пигменты

Кубовые пигменты, нитропигменты и др. Алюминиевые, бронзовые, медные

Пигменты являются важной составляющей лакокрасочных материалов. Пигменты — это высокодисперсные минеральные или органические вещества, обладающие определенным цветом и не растворимые в воде, органических растворителях и пленкообразующих веществах. В лакокрасочной композиции пигменты образуют дисперсную фазу, вследствие этого лакокрасочная композиция становится коллоидной системой. Будучи окрашенными и имея более высокий показатель преломления, чем пленкообразующие вещества в лакокрасочной композиции, пигменты обеспечивают непрозрачность, укрывистость и окраску покрытия. В этом состоит их существенное отличие от органических красителей, которые молекулярно растворяются в воде, маслах и органических растворителях и образуют растворы. С помощью органических красителей можно получать окрашенные, но прозрачные пленки. В лакокрасочной промышленности наибольшее значение имеют минеральные и некоторые органические пигменты, а также наполнители, которые часто применяют совместно с пигментами, в том случае, когда они либо дорогие, либо дают более интенсивную окраску. Минеральные пигменты представляют собой окрашенные окислы и соли поливалентных металлов (железо, свинец, цинк, медь, хром и др.). Минеральные пигменты делят на естественные (натуральные) н искусственные. Искусственные отличаются большей химической чистотой и насыщенностью цвета. 6

Органическими пигментами называют окрашенные соединения органического происхождения, не растворимые в воде и связующих веществах. К основным свойствам, определяющим качество и назначение пигментов относится: цвет, красящая способность, укрывистость, смачиваемость, маслоемкость, светостойкость, химическая устойчивость, плотность (удельный вес). Важным свойством пигментов является нетоксичность. Из белых пигментов наиболее распространены цинковые белила (ZnO), литопонные (BaSO4+ZnS) и титановые белила (ТiO2 с добавлением BaSO4) Использование широко распространенных ранее свинцовых белил существенно сокращено вследствие высокой токсичности оксида свинца. Черные и серые пигменты представлены в основном сажами (ламповой и газовой). Темно-серая окраска может быть получена при использовании графита, серебристосерая — с помощью порошкообразных алюминия и цинка. Желтые пигменты – это природное соединение охра (глина, окрашенная оксидами железа), свинцовый и цинковый кроны (хроматы свинца и цинка). Красные пигменты – железный сурик, марс, мумия, свинцовый сурик (оранжево-красный пигмент), искусственная киноварь. К коричневым пигментам относятся умбра и некоторые разновидности железоокисных красных пигментов (мумия, марс, сурик). Синие пигменты – это ультрамарин, малярная лазурь (милори) и органический пигмент фталоцианин меди. Зеленые пигменты – свинцовая и цинковая зелень, хромовая зелень (оксид хрома), медянка (уксуснокислая медь). 7

Металлические пигменты — тонкоизмельченные порошки и пудры алюминия, меди, цинка и цветных сплавов. Поскольку пигменты и входящие в их состав соединения (исключая водорастворимые примеси) практически нерастворимы в воде, поэтому для качественного анализа элементов, входящих в пигмент, необходимо перевести эти элементы в растворимое состояние. Для этого специально готовят вытяжки. Вытяжка получается в результате взаимодействия пигмента с кислотами (кислотная вытяжка) или со щелочами (щелочная вытяжка). Солянокислая, сернокислая, азотнокислая или уксуснокислая вытяжка — это осветленный раствор, полученный после нагревания пробы пигмента с, раствором соответствующей кислоты на водяной бане. В качестве растворов кислот используют разбавленную 1:1 соляную или 10 %-ную серную, 10 %-ную азотную или 10 %-ную уксусную кислоты. Содовая вытяжка представляет собой осветленный раствор, полученный после обработки пробы пигмента насыщенным раствором соды. Для приготовления соответствующей вытяжки небольшое количество пигмента (на кончике шпателя или ложечки) помещают в пробирку, в которую затем наливают раствор соответствующей кислоты или соды в количестве 12 мл. Пробирку со смесью помещают в горячую водяную баню и нагревают и течение 10-15 минут. После этого пробирку со смесью охлаждают и сливают верхнюю часть осветленного раствора, оставлял осадок. Только эта осветленная часть вытяжки, и используется затем для дальнейших анализов. Целью грунтования является улучшение сцепления основного покрытия с подложкой, а также придания ему дополнительных противокоррозионных свойств. Для грунтования применяются лакокрасочные материалы, называемые

8

грунтами. Это обычно пигментированные составы (50 – 80 % пигмента от пленкообразователя). Грунтовки отличаются от эмалей повышенным содержанием пигментов и тем, что пигменты в них применяют преимущественно противокоррозионные свойства. Шпатлевки представляют собой густые пастообразные массы удобные для нанесения шпателем. Содержание минеральной части в пленкообразователе составляет 200 – 300 %. Предназначены шпатлевки для заполнения неровностей и дефектов окрашиваемой поверхности. Шпатлевка не улучшает защитные свойства покрытия, но сильно ухудшает его механические свойства. Порядок и методика выполнения работы АНАЛИЗ БЕЛЫХ ПИГМЕНТОВ. К белым пигментам относятся: мел, сернокислый барий, белила цинковые, литопоновые, титановые. 5.1 МЕЛ. Мел используется в порошкообразном состоянии — либо размолотый, либо химически осажденный. Проба 1. Мел вводят в пламя газовой горелки, которое окрашивается в яркий кирпичный цвет. Небольшую порцию пигмента помещают в специальную ложечку и прокаливают на газовой горелке. В образующийся остаток приливают немного дистиллированной воды и пробой на лакмусовую бумагу устанавливают тип реакции: щелочная или кислая. Мел имеет в воде щелочную реакцию. Проба 2. Берут две пробирки, в каждую насыпают немного мела и приливают в одну пробирку раствор соляной кислоты, а в другую - раствор щелочи. Мел растворяется в кислоте с выделением углекислого газа и устойчив к щелочи. Если мел содержит примесь извести, 9

то наличие ее в меле обнаруживается, если на сухой порошок мела капнуть спиртовым раствором фенолфталеина. При этом появляется красное окрашивание. Проба 3. Микрокристаллическая реакция. Получают сернокислотную вытяжку мела: СаСО3 + H2S04 + {ЗН20} = CaSO4 ∗ 2Н2О + СО2 + Н2О. На предметное стекло наносят 1 каплю сернокислой вытяжки пигмента, просушивают ее до появления белой каймы, затем под микроскопом рассматривают образование кристаллов гипса в виде четырехугольников, ромбов (при быстрой кристаллизации) и игольчатых кристаллов (при медленной кристаллизации). 5.2. ЦИНКОВЫЕ БЕЛИЛА Проба 1. Небольшую порцию цинковых белил в специальной ложечке нагревают в пламени докрасна, при этом белила желтеют, а при охлаждении, в отличие от свинцовых белил, цинковые белила восстанавливают свой белый цвет. Проба 2. Порцию белил в пробирке обрабатывают серной или соляной кислотой, если цинковые белила содержат мел, то пробы растворяются в кислоте с шипением; если мел отсутствует и цинковые белила без примесей, то они растворяются спокойно, без шипения. Проба 3. Порцию белил в пробирке обрабатывают 10%-ным раствором NaOH. Цинковые белила должны полностью раствориться. 5.3. ТИТАНОВЫЕ БЕЛИЛА Проба 1. Порцию титановых белил в пробирке обрабатывают 10%-ным раствором уксусной кислоты и нагревают на водяной бане в течение 10 мин. При этом белила не растворяются. Проба 2. В эту же пробирку с уксуснокислой вытяжкой (не отделяя нерастворимую часть) добавляют 10

10%-ный раствор перекиси водорода. При этом появляется оранжевое окрашивание раствора, свидетельствующее об образовании кислоты H4TiO5. Проба 3. Порцию титановых белил нагревают докрасна на горелке в специальной ложечке, при этом титановые белила желтеют. АНАЛИЗ ЖЕЛТЫХ ПИГМЕНТОВ.

5.4 .ОХРА.

Проба 1. Порцию охры в специальной ложечке нагревают в пламени докрасна, при этом цвет охры изменяется до красно-кирпичного. Это вызвано переходом гидрата окиси железа в окись железа. Проба 2. Готовят на водяной бане солянокислую вытяжку. Осветленную часть вытяжки разливают в две пробирки. В первую пробирку с вытяжкой добавляют несколько капель роданида аммония NH4SCN или роданида калия KSCN- роданиды образуют с трехвалентным ионом железа комплексные роданиды железа, добавляют раствор железосинеродистого калия K4Fe(CN)6 появляется осадок интенсивно-синего цвета. 5.5. СВИНЦОВЫЙ КРОН Проба 1. При нагревании докрасна в пламени горелки небольшой порции пигмента на кончике шпателя цвет пламени изменяется от желтого до красного. Проба 2. В пробирку с небольшой порцией пигмента приливают раствор NaOH, при этом свинцовый крон полностью растворяется, а раствор окрашивается в красновато-желтый цвет 5.6. ЦИНКОВЫЙ КРОН Проба 1. В пробирку с небольшим количеством пигмента приливают 10%-ный раствор NaOH, происходит полное растворение чистого пигмента, а раствор окрашивается в светло-желтый цвет.

11

АНАЛИЗ КРАСНЫХ ПИГМЕНТОВ. 5.7. ЖЕ ЛЕЗНЫЙ СУРИК, МАРС. Проба 1. Готовят солянокислую вытяжку пигмента, светлую часть вытяжки разливают в две пробирки. Сначала проводят реакцию с роданидом аммония и роданидом калия. В результате реакции появляется кроваво-красное окрашивание раствора. Во второй пробирке проводят реакцию с железосинеродистым калием, в результате появляется интенсивно-синее окрашивание. Почему то же самое происходит и с охрой, объясните. АНАЛИЗ СИНИХ ПИГМЕНТОВ. 5.8. УЛЬТРАМАРИН. Проба 1. Порцию пигмента в пробирке обрабатывают разбавленной соляной кислотой, при этом выделяющийся сероводород легко определяется по характерному запаху. Если при действии кислоты наблюдается шипение, то, следовательно, в составе ультрамарина присутствует мел. Проба 2. Небольшое количество ультрамарина нагревают докрасна в специальной ложечке, у чистого ультрамарина цвет не изменяется. Окрашивание пламени в зеленый цвет свидетельствует о присутствии тяжелого шпата.. 5..9.МАЛЯРНАЯ ЛАЗУРЬ (МИЛОРИ) Fe3[Fe(CN)6]2. Проба 1. Небольшое количество малярной глазури обрабатывают 15%-ным раствором , NaOH, при этом лазурь разрушается, щелочь окрашивается в желтый цвет, и выпадает осадок грязно-бурого цвета. Проба 2. Порцию лазури прокаливают в пламени газовой горелки, при этом лазурь темнеет, тлеет и сгорает, выделяя запах горького миндаля. После проведения указанных исследований студент составляет отчет и показывает преподавателю результаты своей экспериментальной работы.

12

Сделать заключение о химической устойчивости пигментов и их термостойкости. При определении термостойкости пигмента по отношению к нагреванию или прокаливанию пигмент прокаливают в пламени газовой горелки, отмечают изменение цвета, затем после остывания прокаленной пробы высыпают ее на лист белой бумаги, растирают и сравнивают с исходным веществом. Результаты работы оформляют в виде таблицы. Таблица 2 № п/п

Название пигмента

Цвет

Отношение к действию химических реактивов

Отношение к нагреванию и прокаливанию

Термостойкость

Лабораторная работа № 6 Определение технологических показателей пигментов и лакокрасочных материалов Цель работы: определить экспресс методами технологические свойства пигментов в лакокрасочных материалах. Материалы для работы: пигменты различной природы (2-3-образца на одного студента), олифа натуральная или синтетическая, эмали, краски различных марок, фарфоровые чашки, пестик, бюретки для титрования объемом 20 мл, стекла размером 5∗5 см, щетинные кисти, шахматная доска для определения укрывистости.

13

Задания к работе: 1. Определить маслоемкость пигмента (по указанию преподавателя); 2. Определить малярную консистенцию пигмента; 3. Определить укрывистость лакокрасочного мате риала; 4. Полученные данные свести в таблицу; 5. Сделать выводы о проделанной работе. Контрольные вопросы перед началом работы: 1. Какую форму могут иметь пигменты для лакокрасочных композиций? 2. Почему недопустима агломерация (слипание) пигментов в лакокрасочных материалах? 3. Какая связь существует между оптическими свойствами пигмента и пленкообразователя? 4. Какой оптимальный размер должен иметь пигмент? 5. Что такое дисперсность пигментов и как она влияет на свойства покрытий? 6. Что такое олифа и из каких масел она готовится? 7. Что такое маслоемкость пигмента и как она влияет на свойства лакокрасочных материалов? 8. Что такое укрывистость? 9. Как влияет размер пигмента на укрывистость и свойства лакокрасочных материалов? 10. Основные понятия о малярной консистенции; 11. Что такое уплотненные олифы? 12. В чем сходство и различия между лаками и эмалями? 13. Понятие о сиккативах и для чего они используются?

14

Порядок и методика выполнения работы

К основным свойствам пигментов, определяющих их качество и назначение, относятся: химическая устойчивость, цвет, красящая способность, укрывистость, маслоемкость, плотность, дисперсность, светостойкость, токсичность. Эти свойства обусловлены в основном природой пигмента, его химическим составом. Многие качественные показатели пигментов (цвет, белизна, красящая способность, укрывистость, маслоемкость) зависят от оптических свойств пигментов или их дисперсий в пленкообразующем. Дисперсность, или степень измельчения порошка пигмента зависит от химической природы, твердости, методов измельчения. С дисперсностью связаны цветовые свойства пигмента, его красящая способность, укрывистость и маслоемкость. При высокой степени измельчения порошка пигмента (уменьшение размера частиц) улучшается цветовой тон и яркость пигмента. Пигменты обычно полидисперсны, после измельчения образуются частицы разных размеров - и более крупные, и более мелкие, и доля их в смеси различна. Такие смеси в отличие от монодисперсных (частицы только одного размера) называют по л и дисперсными. Пол и дисперсность благоприятствует наиболее плотной укладке частиц, когда мелкие частицы распределяются между более крупными в красящих пленках. Это способствует высокой механической прочности и атмосферостойкости пленочных покрытий. Обычно размер частиц колеблется от 0,5 до 10 мкм. Бывают пигменты с более тонкими частицами, например, сажи имеют размер частиц около 0,05 мкм и до нескольких десятков микрон. Частицы пигментов могут иметь различную форму: сферическую гладкую, или пористую, неправильную гео-

15

метрическую форму, волокнистыми или чешуйчатыми. В последних двух случаях в лакокрасочных композициях увеличиваются укрывистость, механическая прочность и атмосферостойкость. Так, например, ТiO2 анатазной формы в отличие от рутильной менее атмосферостойкий, т.к. УФлучи окисляют пленкообразователь и рутил теряет связь с пленкообразователем. Цветовые свойства пигмента зависят от его химической природы и в некоторой степени от его дисперсности, определяющей условия отражения света. Окраска пигментов является следствием избирательного поглощения и отражения частицами пигмента составных частей белого цвета. Основной цветовой тон пигмента соответствует цвету той части спектра, которая в максимальной степени отражается частицами пигмента. Белизна пигмента в значительной степени зависит от чистоты белого пигмента. Например, если мел содержит примеси оксидов железа, он имеет желтоватый оттенок. Укрывистость, или кроющая способность - это свойство пигмента, растертого с маслом и нанесенного ровным красочным слоем, делать невидимой поверхность грунта. Укрывистость определяется минимальным количеством краски, которое необходимо для укрытия определенной площади поверхности. Укрывистость зависит как от природы пигмента, его плотности, дисперсности и формы частиц, так и от разницы коэффициентов преломления пигмента и пленкообразующего. Для улучшения укрывистости необходимо, чтобы показатели преломления отличались друг от друга. Олифы представляют собой жидкие пленкообразующие вещества, получаемые переработкой растительных масел, жиров и др. Натуральные олифы готовят из высыхающих растительных масел (льняного, конопляного, кукурузного, соевого, хлопкового и др.) путем введения в них

16

сиккатива или путем нагревания льняного масла до 140150°С с продутием воздуха. Для ускорения высыхания масел в них вводят сиккативы - металлоорганические соединения - кобальта, марганца, цинка. 6.1. Определение маслоемкости пигментов. Маслоемкость пигментов определяется степенью дисперсности пигментов, его плотностью и характером поверхности частиц. Чем меньше плотность, меньше размер частиц (выше дисперсность) и выше пористость, тем больше его маслоемкость. Маслоемкость определяет количество масла (олифы), необходимое для получения 100 г пигмента в виде пасты. 1-5 г высушенного пигмента помещают в фарфоровую чашку. В бюретку набирают масло, отмечают его уровень и записывают в тетрадь. Затем постепенно, небольшими каплями, приливают пигмент и перемешивают смесь стеклянной палочкой. В результате полного смачивания пигмента маслом образуется сплошной комок. Этот момент является пределом определения - фиксируют уровень масла в бюретке и определяют по разнице показаний общий объем масла. Количество масла в граммах, пошедшее для получения пасты из 100 г сухого пигмента, рассчитывают по формуле: 100∗a ∗d

М = ---------; Н

где М - маслоемкость, г; а - количество масла, пошедшее для насыщения пигмента, мл; Н - навеска пигмента, г; d - плотность масла, г/см3.

17

Примечание: для определения маслоемкости сажи, алюминиевой или медной пудры берут навеску в 2 раза меньше. 6.2. Определение малярной консистенции. После расчета величины маслоемкости к полученному комочку пасты пигмента добавляют из бюретки по каплям олифу, замечая ее объем. Растирают смесь в фарфоровой чашке пестиком до получения равномерной краски такой вязкости, чтобы удобно было наносить такую краску малярной кистью. Рассчитывают малярную концентрацию по формуле: 100 ∗ (a-b) ∗d МК= ------------------Н где МК - малярная концентрация; b - добавленное количество олифы, мл. приготовленным красочным составом окрашивают стеклянные и металлические пластинки для дальнейшего определения качества покрытий. 6.3. Определение укрывистости лакокрасочного покрытия. Укрывистость красок и эмалей, наносимых кистью чаще всего определяют на стекле. Стекло размером 10∗10 см или 5∗5 см предварительно взвешивают на весах, вес записывают в тетрадь. Щетинной кистью наносят на стекло краску таким образом, чтобы небольшая часть осталась незакрашенной (для удобства). Наносят краски столько, чтобы не просвечивала граница черное - белое, когда пластику кладут на специальную черно-белую бумагу. Стекло взвешивают с нанесенной краской, вес записывают. Измеряют

18

закрашенное поле линейкой и рассчитывают его площадь S (см2). По разности результатов взвешивания стекла до покраски и после нанесения слоя определяют вес исследуемой краски G (г). Укрывистость U (г/м2) определяют по формуле: G∗10000 U = ----------S Экспериментальные данные свести в таблицу и сделать выводы о проделанной работе. Таблица 3 № п/п

Наименование пигмента

Маслоемкость пигмента

Малярная консистенция

Укрывистость лакокрасочного покрытия

Лабораторная работа № 7 Экспертиза потребительских свойств олиф, лаков, эмалей и покрытий на их основе Цель работы: определить показатели потребительских свойств олиф, лаков, эмалей и их эксплуатационные свойства, освоить работу на лабораторных приборах. Материалы для работы: олифа, лаки, краски, эмали, образцы покрытий, вискозиметр ВЗ - 4, прибор для определения твердости покрытий по Кенигу и Пирсону, металлические и стеклянные пластины, прибор ШГ -стержень длиной 35 мм и диаметрами 20; 15; 10; 2,5; 1,5 и 0,5 мм соответственно, 2х или 4х кратная лупа. 19

Контрольные вопросы перед началом занятия: 1. Как определяется вязкость лакокрасочных мате риалов? 2. Как определяется время и степень высыхания ла кокрасочных материалов? 3. Что такое условная твердость лакокрасочных ма териалов? 4. В чем сходства и различия между лаками, красками и эмалями? 5. Что такое водоэмульсионные краски? 6. Отличие эмалей от водоэмульсионных красок? 7. Что такое прочность лакокрасочных материалов при изгибе и как она определяется? 8. Какие процессы лежат в основе пленкообразования? 9. Что такое масляные краски и чем они отличаются от эмалей? 10. Какие процессы лежат в основе высыхания масляных красок? 11. Основные показатели эксплуатационных свойств покрытий? Задания к работе: 1. Определить вязкость олиф, лаков, эмалей, красок (2-3 образца на одного студента). 2. Определить время и степень высыхания лакокрасочных материалов. 3. Определить твердость лакокрасочных материалов на маятниковом приборе (3-4 образца различных лакокрасочных материалов). 4. Определить влагостойкость и прочность пленки при изгибе. 5. Полученные данные свести в таблицу. 6. Сделать выводы об исследуемых материалах.

20

Порядок и методика выполнения работы 7.1. Определение вязкости олиф, эмалей, лаков, красочных составов. Показатель вязкости при установлении качества лакокрасочных материалов имеет большое значение, так как он дает возможность судить о способе нанесения их на поверхность материала, необходимость разбавления. Вязкость лакокрасочных составов согласно требованиям ГОСТа определяют на приборах - вискозиметрах различного типа в соответствии с требованиями стандарта. Для многих жидких материалов (в частности олиф и лакокрасочных составов) устанавливают условную вязкость, под которой понимают время истечения (сек.) определенного объема жидкого материала через отверстие стандартного диаметра при определенной температуре. Определение условной вязкости является простой задачей. Для этого используют вискозиметр ВЗ - 4 (ГОСТ 8420-74), который представляет собой цилиндрический сосуд, переходящий в полый конус. Емкость сосуда вискозиметра - 100 мл, коническая часть сосуда заканчивается соплом диаметром 4 ±0,1 мм, высотой 4 ±0,1 мм. Перед определением исследуемый материал тщательно перемешивают, оставляют при комнатной температуре на 5-10 мин для выхода пузырьков. Отверстие сопла закрывают и заполняют до краев испытуемым материалом. Под вискозиметр ставят мерный сосуд и одновременно вместе с открытием сопла пускают секундомер. Его останавливают в момент появления прерывающейся струи. Время в сек, прошедшее по истечению испытуемого материала, и является показателем условной вязкости. По заданию преподавателя студенты измеряют вязкость нескольких образцов лакокрасочных составов.

21

Воднодисперсные краски на основе синтетических (поливинилацетатные, бутадиенстирольные, полиакрилатные) и искусственных (алкидные, экоксидные, эфирцеллюлозные и др.) латексов представляют собой группу лакокрасочных материалов широкого назначения. Лакокрасочные материалы воднодисперсного типа двухфазные системы: дисперсной фазой служит полимер, олигомер, пигменты и другие добавки, дисперсионной средой - вода. Водные дисперсии относятся к лиофобным коллоидным системам; размер частиц (глобул) в латексах (0,01 - 0,25 мкм). Пленкообразователи из водных дисперсий (латексов) рассматривается как процесс ликвидации межфазной границы полимер-среда. Внешними признаками процесса являются уменьшение объема и оптической плотности пленок (для пигментированных образцов) и увеличение их объемного электрического сопротивления. Пленкообразование связано с золь-гель-переходом и последующим самопроизвольным сжатием (контракцией промежуточного геля) до состояния монолитной пленки. При пленкообразовании происходит слияние глобул под действием капиллярного давления жидкости, поверхностного натяжения на границе полимер-вода, межмолекулярного взаимодействия, сил тяжести частиц. Пленкообразующая способность дисперсий улучшается с повышением дисперсности частиц и при введении в латексы (до 5%) коалисцирующих добавок (пластификаторы, растворители). Основными показателями эксплуатационных свойств покрытий являются: время и степень высыхания, твердость, прочность при изгибе, ударе, теплостойкость, водостойкость.

22

7.2. Определение времени и степени высыхания лакокрасочных покрытий. Степень высыхания является важной характеристикой состояния покрытия. Она определяет липкость или твердость пленки. Нет сомнения в том, что полное высыхание лакокрасочной пленки определяет качество покрытия и возможность эксплуатации окрашенных изделий без ущерба для их качества. Продолжительность высыхания для всех материалов является одним из основных показателей качества. Различают 8 степеней высыхания покрытий: мокрая пленка, схватывание, прилипание различных материалов, отлипание от пыли, высыхание по всей толщине, отсутствие отпечатка, получение твердой пленки и полное высыхание. В зависимости от химической природы пленкообразующего вещества, его растворимости, термопластичности, получают покрытия из растворов, расплавов, водных и органических дисперсий. Более 90% промышленных лаков и красок содержат растворители. Поэтому пленкообразование из растворов связано с удалением из них растворителей. Растворители удаляют обычно испарением. Пигментирование пленкообразующих систем замедляет испарение растворителей, особенно если используются пигменты и наполнители чешуйчатого типа. На каждой стадии покрытие характеризуется определенными показателями физико-механических свойств, однако резкой границы между стадиями не существует. Для выполнения этой работы студентам предлагается один из быстросохнущих лакокрасочных материалов, например, нитроэмаль. Берут стеклянную пластинку и наносят кисточкой испытуемый лакокрасочный материал на ее поверхность ровным тонким слоем. Затем пластинку устанавливают в горизонтальном положении в сушиль23

ный шкаф при температуре 30 - 40 °С и отмечают время. Периодически (минут через 10-15) пластинку вынимают и дышат на пленку, держа пластинку на расстоянии 10 см ото рта. Появление матового пятна от конденсации водяных паров на поверхности пластинки считается высыханием «от пыли», отмечают время от начала нанесения пленки. Затем продолжают процесс, периодически проверяя пленку, осторожно нажимая на краску стеклянной палочкой. Полное высыхание проверяют так: наносят на краску ватный тампон, чистую стеклянную или деревянную пластинку (площадью 1 см), сверху груз 200 г, через 30 сек груз, снимают и проверяют состояние поверхности и вату. Отсутствие следов свидетельствует о полном высыхании - отмечают время полного высыхания по часам. 7.3. Определение твердости лакокрасочных покрытий (на маятниковом приборе).* Определяют условную твердость лакокрасочных покрытий, которая выражается отношением времени затухания колебаний маятника, установленного на поверхности лакокрасочной пленки ко времени колебания маятника, установленного на стеклянной пластинке. Шарики маятника устанавливают на пластину так, чтобы он находился вблизи нуля шкалы. После этого поднимают рамку, прижимают к ней соединительную планку и устанавливают маятник на нуль. Осторожно придерживая планку, маятник отводят влево до деления 5° , отпускают и включают секундомер. Необходимо следить за тем, чтобы шарики не сдвинулись с места во время колебаний маятника. Когда стрелка маятника достигает деления 2°, секундомер останавливают, время записывают в тетрадь. Замеры делают 2 раза — на стеклянной пластинке и пленке высохшего лакокрасочного покрытия.

24

Твердость пленки Т вычисляют по формуле: t T = ------t0 где t — время затухания колебаний маятника, точки опоры (шарики) которого лежит на испытуемой пленке, сек; to - время затухания колебаний маятника точки опоры, которого лежат на стекле, сек. 7.4. Определение теплостойкости покрытия. Краску наносят на 2 металлические пластинки и высушивают. Одну пластинку с высохшим покрытием помещают в термостат, имеющий температуру 80 - 100°С, и выдерживают в течение 1 5 - 2 0 мин. Затем пластинку вынимают, охлаждают до комнатной температуры и осматривают пленку при дневном свете. Отмечают изменения, произошедшие в пленке, сравнивая ее с исходной. 7.5. Определение влагостойкости покрытия. Стеклянную или металлическую пластику с высохшим лакокрасочным покрытием помещают на 1/2 высоты в стеклянный стаканчик с горячей водой на 20 -30 мин. Пластинку вынимают, высушивают фильтровальной бумагой и осматривают, отмечая изменения: посветление, потускнение, пузыри и т.п. Сравнивают с контрольной частью пленки. * Работу на маятниковом приборе производить согласно инструкции прилагаемой к прибору. Указать марку прибора.

25

7.6. Определение прочности пленки при изгибе. Прочность пленки при изгибе определяют по шкале гибкости (ШГ) путем изгибания металлической пластинки с нанесенным лакокрасочным покрытием вокруг цилиндрических стержней определенного диаметра. Прибор ШГ представляет собой набор укрепленных в пластине 6 металлических стержней длиной 35 мм и диаметрами 20, 15, 10, 2,5, 1,5 и 0,5 мм соответственно. Лакокрасочное покрытие наносят на металлическую пластинку из жести толщиной 0,2 - 0,3 мм и размером 20∗ 100 мм и полностью высушивают. Пластинку плотно прижимают к стержню и изгибают ее пленкой вверх на 180° вокруг стержня диаметром 20 мм, после этого пластику рассматривают в лупу. Если трещин нет, пластинку изгибают на стержне следующего диаметра 15 мм и так далее до тех пор, пока на пленке не будут обнаружены трещины или отслаивания. Прочность пленки при изгибе выражается минимальным диаметром стержня, при изгибании на котором лакокрасочное покрытие остается неповрежденным. 7.7. Определение прочности пленки при ударе. Испытание проводится на специальном приборе У-2. Направляющая труба прибора имеет шкалу для отсчета высоты установки груза длиной 50 см. Вес груза -1 кг. Испытуемый лакокрасочный материал наносят на металлическую пластинку 3 ∗ 3 см. После высыхания пластинку с покрытием помещают на наковальню прибора под боек окрашенным слоем вверх. Груз с помощью приспособления устанавливают на заданной высоте (начиная с малых высот), освобождают его нажимом на кнопку и он свободно надает, ударяя бойком окрашенную пластинку. Груз поднимают, пластинку вынимают и осматривают в лупу. Если на пленке отсутствуют трещины и отслаивание, груз поднимают на большую высоту и сбрасывают его на

26

новый участок пленки и так до тех пор, пока лакокрасочное покрытие не разрушится. Прочность пленки при ударе выражают числом, обозначающим максимальную высоту (в сантиметрах), с которой падает груз весом 1 кг не вызывая разрушений. Таблица 4 № п/п

Наименование материала

Услов Время ная высывяз- хания, кость, мин сек

Твердость

Прочность при изгибе

Теплостоикость

Водостойкость

Лабораторная работа № 8.

Экспертиза потребительских свойств моющих средств. Цель работы: ознакомиться с ассортиментом моющих средств, синтетическими моющими средствами (CMC), мылами, шампунями и определить их потребительские свойства. Материалы необходимые для работы: CMC, мыла (туалетные, хозяйственные), шампуни, колбы мерные на 500 мл, прибор для определения содержания веществ, растворимых в петролейном эфире, цилиндры мерные на 500 мл, воронки стеклянные, бюретки, ступки фарфоровые, рНметр, сульфат натрия, спирт этиловый, петролейный эфир, роданистый аммоний, серебро азотнокислое, кислота азотная концентрированная и раствор 1:1, квасцы железоаммонийные, хлороформ, углерод четыреххлористый.

27

Контрольные вопросы перед началом работы: 1. Ассортимент CMC и его классификация? 2. Состав синтетических моющих средств? 3. Какими показателями определяются потреби тельские свойства мыл и CMC? 4. Для чего в CMC вводят полифосфаты? 5. Какое действие оказывает карбосиметилцеллюлоза при стирке тканей? 6. Для чего вводят в CMC карбонаты кальция и сульфат натрия? 7. От чего зависит пенообразование в CMC? 8. Какую роль выполняет рН раствора CMC? 9. Назначение силиката натрия, входящего в состав CMC? 10. Для чего в CMC вводят отдушки и красители? Ассортимент синтетических моющих средств разнообразен. Классификацию CMC можно рассматривать с различных позиций. Их можно классифицировать по поверхностно-активному веществу (ПАВ), входящему в состав CMC. В зависимости от этого они могут быть катионоактивными, анионоактивными, неионогенными, амфотерными. По моющей способности их можно разделить на универсальные CMC, для стирки синтетических тканей, для стирки хлопчатобумажных тканей, для шерстяных тканей, для стирки шелковых тканей. По способу стирки - для ручной стирки, стирки в машинах активаторного типа, стирки в машинах барабанного типа. Поэтому в состав CMC входят различные ингредиенты, выполняющие определенную функцию при стирке изделий. Основной составной частью синтетических моющих средств являются ПАВ, карбоксиметилцеллюлоза, силикат натрия, отбеливатели, отдушки и др. действие каждого ком-

28

понента в составе CMC специфично. Так, например, полифосфаты способствуют связыванию солей, жесткости, вызывающих ухудшение моющей способности CMC. Накопление в тканях нерастворимых солей кальция отрицательно сказывается на потребительских свойствах изделий. Кроме умягчающего действия полифосфаты способствуют диспергированию загрязнений, их отрыву от тканей и стабилизации дисперсий. Недостаточное количество введенных полифосфатов может вызвать образование труднорастворимых соединений солей жесткости воды и их осаждения на тканях. Натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) широко применяется в составе CMC и обусловлено ее антисорбционным действием, стабилизировать пену и снижать зольность изделий из хлопчатобумажной ткани. Использование в CMC карбонатов натрия способствует при стирке переводить жировые загрязнения в раствор и тем самым повышает моющееся действие CMC. Кроме того, кальцинированная сода способна умягчать воду. Для улучшения сыпучести готового порошка и повышения моющей способности в рецептуру CMC вводят силикат натрия (жидкое стекло). Оценить эффективность действия CMC возможно по потребительским свойствам. К ним относятся: моющая способность, пенообразующая способность, органолептические свойства (цвет, однородность, запах), растворимость в воде, содержание жирных кислот, рН-раствора, гранулированный состав, влажность порошка, содержание ПАВ, экологическая безопасность и др. Консистенцию, цвет и запах мыла определяют органолептически. Консистенцию товарного куска мыла определяют на ощупь - мыло должно быть твердым и нелипким. Цвет мыла должен быть однородным, запах приятным. Хозяйственное мыло не должно иметь поверхностного выпота в виде масляных выделений, неприятного запаха окисленных масел и запаха рыбы. Однородность мыла определяют

29

при поверхностном осмотре и разрезании куска. Мыло должно быть однородным в разрезе, не иметь посторонних включений. Массу куска мыла определяют взвешиванием на технических весах и сравнивают с указанной на бумажной обертке (или на куске - для хозяйственного мыла). CMC должны иметь приятный запах, легко рассыпаться, быть сухими на ощупь. Задания к работе: 1. Изучить ассортимент синтетических моющих средств по предлагаемым каталогам или образцам. 2. Составить отчет по работе, т.е. произвести группи ровку мыл или CMC по назначению и применению. 3. Полученные данные свести в таблицу 5. 4. Определить пенообразующую способность CMC и мыл и сравнить их. 5. Определить в предложенном CMC: 5.1. Содержание веществ растворимых в петролейном эфире 5.2. Содержание ПАВ в CMC. 6. Полученные данные свести в таблицу 6 7. Сделать выводы о проделанной работе 8. .Полученные данные сравнить с ГОСТом на CMC Экспертизу синтетических моющих средств прово дят по ГОСТ 22567.6 - 77 Порядок выполнения работы.

лой водопроводной воды. Цилиндр закрывают и встряхивают: в течение 1 мин делают 180 встряхиваний. Цилиндр ставят на стол и замечают начальный объем пены, объем пены через 1 мин (отметить особо), 5 мин, 10, 15, 20 мин. Строят кинетическую кривую оседания пены, определяют ее устойчивость (в процентах к первоначальному объему). Общий объем пены через 1 мин от окончания встряхивания рассчитывают по геометрическим размерам сосуда. Для мыла туалетного объем пены должен составлять 300 350см 3 . 8.2. Определение рН синтетических моющих средств. Готовят 100 мл 1%-ного раствора CMC в дистиллированной воде. рН раствора определяют с помощью специального прибора рН-метра (по инструкции к прибору). Измерения проводят 3 раза, каждый раз тщательно промывая электрод дистиллированной водой. За рН принимают усредненную величину показаний прибора в трех параллельных измерениях. ГОСТ 22567.6 - 77. Средства моющие синтетические. Метод определения содержания поверхностноактивных веществ. Настоящий стандарт распространяется на порошкообразные, пастообразные и жидкие синтетические моющие средства, содержащие сульфанол, акрилсульфаты, алкилсульфонаты, синтанол, синтамид и синтетические жирные кислоты и устанавливает метод определения содержания поверхностно-активных веществ.

8.1. Определение пенообразующей способности мыла и CMC (по упрощенной методике). Навеску мыла 1 г или навеску CMC 0,5 г (по заданию преподавателя) помещают в стеклянный цилиндр с делениями, снабженный пробкой, объемом не менее 1 л, и растворяют в 100 мл теп-

30

31

8.2.2. П р и г о т о в л е н и е к о н ц е н т р и р о в а н н о г о р а с т в о р а железоаммо нииных квасцов. К навеске железоаммонийпнх квасцов массой 42 г, взятой с погрешностью не более 0,01 г, приливают 3— 5 мл концентрированной азотной кислоты и растворяют ее и 100 мл холодной воды. 3. ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ.

1- сифонная трубка, 2- груша, 3 - мерный цилиндр

2. ПОДГОТОВКА К ИСПЫТАНИЯМ.

8.2.1 П о д г о т о в к а н а в е с о к д л я о п р е деления содержания поверхностно активных веществ. Порошок тщательно растирают в ступке. Навеску растертого порошка массой около 2-2,5 г, взятую с погрешностью не более 0,0002 г, помещают в коническую колбу со шлифом и растворяют в 10 мл нагретой до кипения воды. Навеску пасты массой 2-2,5 г (для паст с массовой долей триполифосфата натрия менее 10%, масса навески около 5 г.), взятую с погрешностью не более 0,0002 г, растворяют в 9 мл нагретой до кипения воды и помещают в коническую колбу со шлифом. Навеску жидкого моющего средства массой около 5 г, взятую с погрешностью не более 0,0002 г, помещают в коническую колбу со шлифом.

8.3.1. Определение содержания веществ, растворимых в петролеином эфире. Навеску синтетического моющего средства массой 20—40 г (в зависимости от количества веществ, растворимых в петролейном эфире, масса которых в пробе должна быть не менее 0,1 г), взятую с погрешностью не более 0,01 г, помещают в колбу или химический стакан, растворяют в 50—80 мл 50%-ного этилового спирта при нагревании на водяной бане до 30-35°С, затем раствор переводят в мерный цилиндр с притертой пробкой. Колбу промывают 50%-ным спиртом, который сливают в цилиндр, а затем споласкивают колбу небольшим количеством петролейного эфира, который сливают также в цилиндр. Затем в цилиндр приливают 50 мл эфира, закрывают пробкой, перемешивают и оставляют стоять до тех пор, пока слой эфира не станет прозрачным. Открывают пробку, обмывают ее небольшим количеством эфира и вставляют в цилиндр пробку с сифонной трубкой. Конец сифонной трубки в цилиндре устанавливают на 1—2 мм выше отметки границы раздела фаз, чтобы при сливе не переливался нижний слой. Эфирный слой сливают в делительную воронку, создавая давление в цилиндре при помощи резиновой груши. После слива эфирного слоя пробку с сифонной трубкой приподнимают следя за тем, что-

32 33

бы остатки жидкости полностью стекали в цилиндр и в делительную воронку, и помещают ее на кольцо штатива. Экстракцию повторяют еще три раза, расходуя каждый раз по 25 мл эфира. Собранные эфирные вытяжки промывают в делительной воронке 50%-ным спиртом, порциями по 15 мл, до нейтральной реакции по фенолфталеину и фильтруют в доведенную до постоянной массы колбу через двойной бумажный фильтр, на который предварительно помещают 4 - 5 г прокаленного сернокислого натрия. Осадок на воронке промывают эфиром, эфир отгоняют, а остаток в колбе высушивают в сушильном шкафу при 60 ± 2°С. Первое взвешивание производят через 1 ч, последующие через 30 мин. Высушивание заканчивают при изменении массы между двумя последними взвешиваниями не более чем на 0,002 г. При отсутствии мерного цилиндра с притертой пробкой анализ можно проводить в делительной воронке. При этом мешающие определению нерастворившиеся минеральные соли следует отфильтровывать, перед перенесением навески в делительную воронку. Растворение навески следует проводить без нагревания или перед фильтрацией раствор обязательно охладить. Воронку с осадком, промыть спиртом, подсушить и промыть эфиром. Подсушивание осадка — проводить на воздухе. 8 . 3 . 2 . Определение содержания поверхностно-активных веществ в синтетических моющих средствах. Для определения содержания поверхностно-активных веществ в порошкообразных и пастообразных синтетических моющих, средствах в коническую колбу с навеской испытуемого средства прибавляют 150 мл 96%-ного спирта небольшими

34

порциями при энергичном перемешивании и тщательном измельчении палочкой выпадающего осадка. Для определения содержания поверхностно-активных веществ в жидких синтетических моющих средствах добавляют 100 мл 96%-ного спирта. Кипятят на водяной бане с обратным холодильником 30 мин. Спиртовой раствор декантируют в доведенную до постоянной массы колбу через фильтр таким образом, чтобы осадок не попадал на фильтр. Время отстаивания при декантации должно составлять не менее 5 мин. Экстракцию повторяют еще один раз при определении поверхностно-активных веществ в порошкообразных и пастообразных синтетических моющих средствах и три раза, при определении поверхностно-активных веществ в жидких моющих средствах, расходуя по 25 мл 96%-ного спирта и нагревая содержимое колбы 5—10 мин. Затем раствор с осадком фильтруют в ту же взвешенную колбу, тщательно промывают осадок в колбе и на фильтре 3 раза горячим 96%-ным спиртом порциями по 25 мл. В процессе экстракции периодически проводят частичную отгонку спирта. Осадок экстракционной колбе и на фильтре сохраняют для определении триполифосфата натрия. После промывки осадка спирт из колбы с фильтратом полностью отгоняют на водяной бане, а остаток и колбе высушивают при температуре 80±3°С. При испытаниях порошкообразных синтетических моющих средств, изготовленных на основе сульфонатов, высушивание остатка допускается проводить при 100—105°С. Первые два взвешивания проводят с погрешностью не более 0,0002 г через 2 ч высушивания, последующие через 1 ч. Высушивание заканчивают при изменении массы между двумя последующими взвешиваниями не более, чем на 0,002 г. 35

Остаток в колбе после высушивания растворяют в воде и количественно переносят и мерную колбу, доводят объем раствора в колбе водой до метки и тщательно перемешивают. В коническую колбу пипеткой отбирают 50 мл раствора и прибавляют 5 мл раствора азотной кислоты. Затем из бюретки прибавляют точно 10 мл раствора азотнокислого серебра, добавляют 3 мл раствора железоаммонийных квасцов и 5 мл хлороформа или четыреххлористого углерода. Избыток азотнокислого серебра оттитровывают раствором роданистого аммония до появления розовой окраски, не исчезающей в течение 30 с. Одновременно проводят контрольный опыт. 4. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

8.4.1. Массовую долю веществ, растворимых в петролейном эфире (X), в процентах вычисляют по формуле: m1 ∗100 Х=------------m где m1 - масса остатка после высушивания, г; m - масса навески синтетического моющего средства, г. За окончательный результат испытания принимают среднее арифметическое двух параллельных определений, допускаемое расхождение между которыми не должно превышать 0,1%.

(V1 - V2) ∗ 0,005846 ∗ 500 100 Xl = (m3 − ----------------------------- ) ∗ ----- - X 50 m2 где m3 - масса остатка, растворимого в спирте, определяемая по п. 3.2., г; V1 - объем точно 0,1 Н. раствора роданистого аммония, израсходованный на контрольное титрование, мл; V2 - объем точно 0,1 Н раствора роданистого аммония, израсходованный на титрование испытуемой пробы, мл 0,005846 - количество хлористого натрия; соответствующего 1 мл точно 0,1 Н раствора азотнокислого серебра, г; m2 - масса навески синтетического моющего средства, г; X - массовая доля вещества, растворимых в петролейном эфире, %. За окончательный результат испытания принимают среднее арифметическое двух параллельных определений, допускаемое расхождение между которыми не должно превышать 0,5%. Таблица 5 № п/п

Наименование товара

Назначение

1. 2. З.и т.д

8.4.2. Массовую долю поверхностно-активных веществ (X1) в процентах вычисляют по формуле:

36

37

Агрегатное состояние

Пенообразу ющая способность

Таблица 6 № п/п

Наименование товара

Содержание Содержание веществ ПАВ в CMC растворимых в петролейном эфире

рН водной вытяжки

Лабораторная работа № 9. Экспертиза потребительских свойств клеев и герметиков. Цель работы: провести экспертизу потребительских свойств клеев и герметиков и ознакомиться с их ассортиментом. Материалы для работы: ассортимент клеев и герметиков, пробирки, шпатели, стаканы химические на 250 мл, фарфоровые чашки, стеклянные пластинки. Контрольные вопросы перед началом работы: 1. Что такое клеи? 2. Из каких соединений можно получить клея? 3. Какие соединения можно отнести к герметикам? 4. Какие показатели определяют потребительские свойства клея? 5. В чем различия между клеями и герметиками? 6. Что такое герметики и их техническое назначе ние? 7. По каким признакам классифицируются клея? 8. Как определяется прочность клеевых соедине ний? 9. Что такое жизнеспособность клея, герметика? 10. Какие требования предъявляются к герметикам?

38

Задания к работе: 1. Ознакомиться с ассортиментом клеев или герме тиков. 2. Определить жизнеспособность клея или гермети ка 3. Определить концентрацию пленкообразователя в клее (сухой остаток). 4. Сделать выводы. Порядок и методика выполнения работы Клеями называются составы способные смачивать и хорошо прилипать (явление адгезии) к разнородным или однородным поверхностям, обладающие минимальной усадкой, отсутствием хрупкости и пригодны для прочного соединения материалов. Большинство современных клеев являются композициями на основе различных полимерных материалов, клеящие свойства которых зависят от строения и структуры макромолекул, молекулярной массы полимеров, а также физико-механических свойств клеевой пленки. Методы изготовления клеящих материалов на основе различных синтетических соединений очень разнообразны, ими могут быть как мономерные соединения, так и полимеры в виде растворов в органических растворителях или в мономерах, полимеры не содержащие растворителей (клея расплавы) клеевые смолы, отверждающиеся в присутствии специальных добавок, различные эмульсии и т.д. Клея могут быть одно- и многокомпонентными. В первом случае их производят на химических предприятиях и поступают к потребителю в готовом виде. Многокомпонентные клеи изготавливаются на месте потребления из составных частей. Клея на основе синтетических смол можно классифицировать по различным признакам, по способности склеивать те или иные материалы (для дерева, бумаги,

39

металлов). По способу отверждения клеи можно разделить на клеи холодного отверждения и горячего отверждения, что позволяет учитывать условия производства. Также клеи можно классифицировать по химической природе и свойствам связующих входящих в состав клея. Исходя из этого их можно разделить на термопластичные и термореактивные. Известны предложения классифицировать по их стойкости к действию температуры: клеи низкой, средней и повышенной теплостойкости. К первой группе относятся клеи, обеспечивающие сохранность физико-механических свойств соединений при температуре до +60°С, ко второй до + 100°С, к третьей - до +20(ГС. Потребительские свойства клея оцениваются в соответствии с ТУ или ГОСТ. Основными из которых являются: внешний вид клея, плотность, содержание сухого остатка, клеящая способность, жизнеспособность и т.д. Прочность клеевого соединения определяется силами сцепления клея со склеиваемыми материалами. При механическом воздействии клеевое соединение может быть разрушено, в связи с этим прочность клеевого соединения можно характеризовать комплексом механических показателей: прочностью при отрыве, при сдвиге, сколе и др. Герметики - композиции на основе полимеров и олигомеров, предназначенные для нанесения на поверхность различных материалов с целью обеспечения их непроницаемости, предохранения от коррозии, способностью заполнять раковины, щели, отверстия и другие углубления, для получения однородной гладкой поверхности. В отличие от клеев герметики имеют более повышенную вязкость, усадка как правило отсутствует и они при нормальных условиях могут находиться в неотвержденном состоянии, но с сохранением эксплуатационных свойств.

40

Кроме этого герметики могут выполнять роль клея для проведения монтажно-крепежных работ на вертикальных поверхностях. Герметики нанесенные на соединительный шов должны обладать следующими свойствами: • эластичностью и прочностью, позволяющими им деформироваться без разрушения при эксплуата ции конструкции; • высокой адгезией к материалу конструкции; • атмосферо-влаго-тепло и морозостойкостью, а также устойчивостью к действию рабочих сред; • малой коррозионной активностью; • желательно, чтобы герметики отверждались при комнатной температуре и не содержали бы орга нических растворителей. В наибольшей степени перечисленному комплексу требований отвечают самовулканизирующиеся герметики на основе полисульфидов и кремнеорганических полимеров. 9.1. Знакомство с ассортиментом клеев. Студенты знакомятся с ассортиментом клеев или герметиков по образцам или каталогу. Данные заносят в таблицу и делают соответствующие выводы. Таблица 7 № п/п

Наименование товара, его мар-

ка

Назна чение

Агрегатное состо яние, основ

ной

Вид, упаковка, масса,

Содер жание сухо-

г

остатка, %

пленкообразователь

41

го

ГОСТ

или ТУ

Жизн еспособность,

сек

Завод изготовитель

9.2. Определение жизнеспособности клея. Жизнеспособность клея имеет большое значение, т.к. связана с его применением в автоматических и механизированных установках. Жизнеспособность клея - момент перехода его в студнеобразное состояние, можно определить простейшим способом - перемешиванием клеевой смеси в чашке. Приготовленный клей (2-3 мл) помещают в фарфоровую чашку или на стекло. Периодически через 5-10 мин стеклянную палочку опускают в клей. Момент, когда стекающая с нее жидкость примет вид резиновой нити, отмечают время от момента приготовления клея (введения отдердителя) до момента образования резиноподобной нити будет показателем рабочей жизнеспособности клея. Во многих случаях при определении жизнеспособности большое значение имеет кинетика перехода клея в студнеобразное состояние. Для ее определения используют шариковые вискозиметры (Геплера). Опуская последовательно несколько шариков (с интервалом 20-30 мин) измеряют вязкость клея до потери его жизнеспособности. По полученным данным строят график в координатах «условная вязкость - время». На основании графика определяют время сохранения оптимальной вязкости и запас времени до полной потери жизнеспособности клея. Полученные данные заносят в таблицу (см. выше) и сравнивают время жизнеспособности 3-4 марок клея и делают соответствующие выводы.

ем навески материала при заданной температуре до постоянной массы. Предварительно взвешивают на аналитических весах с точностью 0, 0002 г фарфоровую чашку или стеклянную пластину. 1-2- г испытуемого клея тонким слоем распределяют равномерно в чашке или на пластине. Повторно взвешивают с той же точностью. Затем чашку или пластину помещают в сушильный шкаф, температуру поднимают в зависимости от марки клея ( в среднем от 80 - 130°С) и выдерживают вначале один час. Через каждый час взвешивают до тех пор, пока масса пластики или чашки с клеем не будет постоянной. Содержание пленкообразующих веществ X в процентах вычисляют: (m 2 – m 1 ) – (m 3 – m 1 ) X = -------------------------- ∗ 100, m2 - m1 где m1 - масса пластинки или чашки до сушки, г m2 - масса пластинки или чашки с клеем до сушки, г m3 - масса пластинки или чашки с клеем после сушки, г Экспериментальные данные свести в таблицу и сделать необходимые выводы.

9.3. Определение содержания пленкообразователя в клее (сухой остаток). Концентрация клея (при отсутствии наполнителей и других твердых ингредиентов) заключается в определении летучих (растворителей, пластификаторов, разбавителей и др.) и не летучих веществ (пленкообразователя) нагревани-

42

43

Рекомендуемая литература: 1. Рабек Я. Экспериментальные методы в химии полимеров. Ч. I–II.- М.: Мир, 1983. 2. Яковлев А.Д. Химия и технология лакокрасочных материалов и покрытий. -Л.: Химия, 1989. 3. Карякина М.И. Испытание лакокрасочных материалов и покрытий. – М.: Химия, 1988. 4. Смыслова Р.А., Котлярова С.В. Справочное пособие по герметизирующим материалам на основе каучуков. – М.: Химия,1976. 5. Кардашов Д.А., Петрова А.П. Полимерные клеи. – М.: Химия,1983. 6. Химическая энциклопедия. В 5-ти томах. -М.: БРЭ, 1988 - 1998. 7. Плетнев М.Ю. Косметико-гигиенические моющие средства. – М.: Химия, 1990.

44

45

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Название пигмента Цинковые белили (ZnO)

Цвет

Отношение к действию химических реагентов Растворяются в 10%-ом растворе едкого натрия. Полностью растворяются в соляной и других кислотах, даже разбавленных . может быть остаток (осадок) за счет примеси. Чистый пигмент устойчив к сероводороду. Частично растворяются в соляной, азотной, серной кислотах (растворяется литопон) с выделением сероводорода Кислоты и щелочи не действуют

Белый

Литопонные белила (смесь ZnS + BaSO4)

Белый

Титановые белила ТЮ2 (25%) и BaSO4(75%) Свинцовые белила 2РЬСО3 * РЬ(ОН>2

Белый Белый с синеватым оттен-

Чистый пигмент легко растворяется в разбавленных азотной и уксусной кислотах, под воздействием сероводорода темнеет. Устойчив к сероводороду, растворяется в кислотах, устойчив к щелочам, сероводороду Часто растворяется в кислотах, в воде не растворяется

ком Мел (СаСОз)

Белый

Охра Fe2O3*Fe (ОН)3

От светложелтого до коричневого

Отношение к нагреванию и прокаливанию При нагревании желтеют , при охлаждении белый цвет восстанавливается

Укрывистость, г/м2

При нагревании докрасна желтеют

120-270

При прокаливании желтеют и сохраняют этот цвет после охлаждения При нагревании желтеют, при охлаждении остаются желтыми При нагревании цвет не изменяется При прокаливании приобретает красноватокоричневый цвет

100

Примечание Безвредны

-

-

130-

Ядовиты. С жирными кислотами высыхающих масел образуют свинцовые мыла Не определяет- Дает лессирующие покрытия ся

60-90

Продолжение прил. 1 Название пигмента Свинцовый крон (РЬСЮ4) Цинковый крон 3ZnCr04 * Zn(OH)2 * К2СЮ4*2Н2О Кадмий желтый и лимонный CdS*ZnS

Цвет

Отношение к действию химиОтношение к нагреваческих реагентов нию и прокаливанию Полностью растворяется в При нагревании темнеет едких щелочах. Под действием сероводорода темнеет

Ярко-желтый

Светло-желтый

Желтый лимонный

и Не растворим в воде, органических растворителях, разбав- Не изменяется при темленных кислот и связующих пературе до 500-550°С

Темно-красный Железный сурик Fe203

Кадмий оранжевый и красный CdS*CdSe

Оранжевый красный

Легко растворим в кислотах и При прокаливании цвет щелочах, частично растворяет- изменяется до коричнеся в воде вого

и

Стоек к слабым кислотам. Разрушается в концентриро- Устойчив к температуре ванной серной кислоте при 700-750°С нагревании. Не растворим в воде, органических растворителях, связующих Не растворим в воде, органи- Не изменяется при темческих растворителях, свя- пературе 500-600°С зующих, разбавленных минеральных пигментов. Устойчив к воздействию сероводорода

Укрывистость, Примечание г/м2 50-190 Нельзя применять для казеиновых и силикатных красок 120-170

60-70

35-60

Устойчив к действию атмосферы и ультрафиолетовых лучей Устойчив к действию света и других атмосферных факто-

ров Устойчив к действию атмосферы, ультрафиолетовых лучей

Продолжение прил. 1 Название пигмента Свинцовый сурик РЬ304

Киноварь (HgS)

Цвет Ярко-красный

Интенсивно краснорозовый

Пигмент

алый

Ярко-алый

(органический азопигмент) Ультрамарин

лазурь

(милори) Fe4[Fe(CN)6]3* пН20

Кислоты и щелочи не дейст-

При прокаливании ис-

вуют.

кусственная киноварь обесцвечивается

Не растворим в воде и слабых При нагревании темнеет

Укрывистость, г/м2 Не более 200

Примечание

100-140

-

10-15

-

кислотах, частично растворяется в активных органических растворителях. Ярко-синий

Относительно стоек к дейст-

При прокаливании чис-

вию щелочей, кислоты, в том числе и органические, разрушают и обесцвечивают, при этом выделяется сероводород

тый пигмент цвета не изменяет

свету, обладает лессирующими свойствами

От темно-

Разбавленные

минеральные

При 170-180°С не изме-

Светопрочный

синего до голубого

кислоты не действуют, под действием щелочей, даже слабых, разлагается, не растворяется в воде, спирте.

няется, при 200-220°С сгорает, выделяя аммиак и синильную кислоту

пигмент. для приготовления казеиновых, силикатных красок непригодна

(алюмосиликат натрия переменного состава) Железная

Отношение к действию химиОтношение к нагреванию и прокаливанию ческих реагентов Растворяется в азотной кислоте Темнеет (появляется коричневый осадок), щелочи не действуют, к сероводороду неустойчив

Не выше 90

Устойчив

к

Продолжение прил. 1 Название пигмента Кобальт синий (Со2А1204)

Цвет Синий

Отношение к действию химических реагентов Не растворим в воде, кислотах, связующих, щелочах

Отношение к нагреванию и прокаливанию Выдерживает без изменения нагревание до 1200°С Стоек к нагреванию

Монастраль фталоциановый (органический пигмент сложного состава)

Ярко-синий

Не растворим в воде, слабых растворах кислот и связующих

Хромовая зелень (окись хрома)

Темно-зеленый

Не растворим в воде, кислотах, Стоек к высоким темпещелочах, стоек к сероводороду ратурам

Укрывистость, г/м2

6-10

Примечание Высокая стойкость к атмосфере, ультрафиолетовым лучам, агрессивным газам Устойчив к действию света и другим атмосферным факторам

8-12

Очень стоек к свету и другим атмосферным факторам

50-60

Высокая

и другим химическим реаген-

там Кобальт зеленый

Светло-

светлый и темный СО х ZnO

зеленый и ческих растворителях, святемно-зеленый зующих. Растворяются в минеральных кислотах.

пературам до 900-1000°С

Свинцовая и цинковая зелень (смесь кронов с малярной лазурью)

Зеленый

Щелочи разлагают (крон растворяется). Чувствительны к действию сероводорода

После прокаливания цвет коричневый

Медянка (уксусно-

Зеленый

Растворяется в кислотах и

Не устойчива

кислая медь) Си(СН3СОО)2х nCu(OH)2x5H2O

Не растворимы в воде, органи- Стойки к высоким тем-

щелочах, в водном растворе аммиака, от сероводорода чернеет.

устойчи-

вость к атмосфере, ультрафиолетовым лучам.

28-70

190-200

.

Очень ядовита