Влияние пигментов и наполнителей на стойкость к истиранию покрытий для дорожной разметки

Современные органорастворимые ЛКМ, применяемые для разметки дорог, представляют собой высоконаполненные системы с объемной концентрацией пигментов (ОКП) и наполнителей до 65%, что считается достаточно высоким уровнем наполнения по сравнению с традиционными органорастворимыми ЛКМ. Увеличением содержания наполнителей стремятся достичь уменьшения количества потребляемых дорогостоящих пигментов и растворителей, получения ПК с достаточно быстрым временем высыхания и необходимыми деформационно-прочностными свойствами, износостойкостью, лучшим сцеплением шин автомобиля с разметкой и др.

1. По показателю маслоемкости;
2. По объему осадка, полученного фильтрованием или центрифугированием 
   диспергированных пигментных паст, либо по их структурной прочности;
3. По изменению свойств пигментированных ПК.

Значения КОКП, определенные по разным методам, не всегда совпадают, поскольку в рецептурах красок используются пленкообразователи, отличающиеся по своей природе от растительных масел.

Рис.1 Микрофотография частиц диоксина титана

Рис.2 Микрофотография частиц микрокальцита

Известно, что значение КОКП зависит от нескольких факторов, включая размер частиц, их форму и полидисперсность, а также от химических свойств поверхности частиц. В настоящем исследовании использовали пигмент (диоксид титана Kemira 660), наполнитель (микрокальцит Uralcarb 7S); их характеристики представлены в табл. 1, а микрофотографии частиц, полученные при помощи сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) Hitachi 2500, на рис. 1 и 2.

Как следует из рис. 3, показатель прочности к истиранию ПК на основе композиций, содержащих только TiO2, возрастает с увеличением ОКП вплоть до 50—60%, после чего наблюдается его резкое падение. В отличие от TiO2, введение грубодисперсного наполнителя микрокальцита приводит к снижению прочности к истиранию ПК во всем исследованном интервале концентраций. Такое влияние микрокальцита, вероятно, обусловлено влиянием формы и размера его частиц, превосходящего размер частиц TiO2 более чем в 25 раз, а также характером взаимодействия с полимером. Данный наполнитель характеризуется высокой полидисперсностью, содержит частицы различной формы: кубические, ромбические и другие, с четкими «острыми» гранями. Введение его должно приводить к возникновению зон концентрации напряжений вокруг частиц, величина которых будет тем больше, чем больше их объемная доля и размер. В результате ослабляется адгезионная связь полимера с наполнителем [6]. При этом частицы наполнителя не оказывают сопротивления росту трещин, снижают содержание непрерывной фазы, ответственной за прочность, что приводит к снижению износостойкости покрытия.

Напротив, TiO2 имеет более узкое распределение гораздо меньших частиц по размерам, а сами частицы по форме близки к сферическим (рис. 1). Наличие поверхностной обработки улучшает взаимодействие с пленкообразователем. Кроме того, частицы TiO2 имеют более высокую твердость по шкале Мооса (табл. 1). Все это в совокупности приводит к возрастанию износостойкости [7]. Падение износостойкости при ОКП > 55% обусловлено превышением величины КОКП. В результате нарушается непрерывность полимерной фазы и пленкообразователь более не способен прочно удерживать частицы TiO2, что приводит к интенсивному разрушению ПК.

Как известно, на свойства ПК большое влияние оказывает их структура. Мы провели исследование структуры наполненных ПК на основе модельных наполненных систем с ОКП, равным 60% и 78%. Поверхность разлома, полученную при комнатной температуре без дополнительного охлаждения, исследовали, используя сканирующий электронный микроскоп Hitachi 2500.

Из рисунков 5 (а, б) видно, что наполнитель распределен равномерно по всей толщине ПК, а частицы плотно упакованы. Поскольку разлом ПК проводили произвольно, без дополнительного охлаждения и задания направления распространения трещины, то в этом случае продвижение трещины при разрушении происходит по самым слабым зонам. Такими зонами в нашем случае оказались поверхности частиц микрокальцита, оголенные участки которого видны на фотографиях. При этом наблюдается заметное отличие ПК с разной величиной ОКП. При ОКП = 60% пленкообразователь покрывает большинство частиц наполнителя (рис. 5а и 6- а—г). При величине ОКП=78%, превышающей КОКП, наблюдается значительное число частиц обедненных пленкообразователем (рис. 5б, 6д—з). Вследствие этого, при истирании, частицы наполнителя более легко отрываются и удаляются, тем самым, приводя к интенсивному разрушению ПК и резкому падению показателя износостойкости (рис. 4).

В связи с отмеченным, можно предположить, что прочность к истиранию ПК на основе стеклообразных акриловых сополимеров можно увеличить за счет введения тонкодисперсных (полидисперсных) пигментов и наполнителей с твердостью по шкале Мооса 6—7, имеющих высокое адгезионное взаимодействие с пленкообразователем.

Вместе с этим читают: " Качественная дорожная краска для разметки дорог и материалы для ее нанесения "