Реферат: Поиск оптимального содержания пигмента в покрытиях на основе алкидного лака ПФ-060
--PAGE_BREAK--Ацетон ГОСТ 2768-79 Уайт-спирит ГОСТ 3134-78 Льняное масло ГОСТ 46879-86Натрий хлористый NaCl ГОСТ 4233-77
Лак ПФ-060 ТУ 6-10-612-76 Сталь 08 КП ГОСТ 9045-80
3.2 Методы исследования
Объектами исследования служили лакокрасочные покрытия.
В качестве подложки лакокрасочных покрытий при испытаниях физико-механических и защитных свойств использовали образцы холоднокатной малоуглеродистой кузовной стали 08 КП, размером 75х70х0,9 мм, нарезной из одного листа.
Подготовку поверхности подложки перед окрашиванием проводили механическим и химическим способами. Поверхность стальных образцов зачищали наждачной шкуркой №100 до одинаковой степени шероховатости, обезжиривали ацетоном, протирали ватным тампоном и сушили на воздухе при температуре 20 ±5 0С в течение 20 минут (ГОСТ 9.402-80).
Получение пигментных паст. В емкость загружали растворы лаков с заданным количеством пигментов и наполнителей, с последующим диспергированием пигментных паст на лабораторной бисерной мельнице при скорости 500 об/мин до степени перетира не более 30 мкм.
Для проведения экспериментов был приготовлен ряд композиций на основе лака ПФ-060 с различным объемным содержанием исследуемых пигментов и наполнителей. Композиции готовили методом разбавления пигментной пасты лаком.
Подготовка лакокрасочного материала. Перед нанесением лакокрасочный материал тщательно перемешивали и фильтровали. Период между подготовкой поверхности и нанесением лакокрасочного материала не превышал 2 часов.
Нанесение лакокрасочного материала. Наносили в три слоя ракелем. Формирование лакокрасочного покрытия осуществляли на воздухе в течение времени, необходимого для завершения физико-химических процессов отверждения. Толщина трехслойного покрытия составляла не более 30-40 мкм.
Толщину лакокрасочного покрытия определяли с помощью индикаторного толщиномера ТЛКП и электрического прибора МТ- 41НЦ.
Адгезию лакокрасочного покрытия определяли методом решетчатых надрезов по ГОСТ 15140-78.
3.2.1 Определение маслоемкости пигмента
Маслоемкость первого рода определяем с помощью стеклянной палочки.
Взвешиваем навеску пигмента с точностью до 0,01г и помещаем ее в высушенный до постоянной массы стакан.
Перемешивая содержимое стакана стеклянной палочкой длиной 150-170мм и диаметром 8-12 мм с оплавленным концом, из микробюретки вместимостью 5 мл приливают по каплям к пигменту льняное масло.
Вначале вводят по 4-5 капель масла, тщательно перемешивая массу после каждой прибавки, а после образования не слипающихся комочков вводят по одной капле. Переход комочков в большой комок однородный, не крошащийся и не растекающийся пасты соответствует маслоемкости первого рода.
Маслоемкость первого рода М1, г/100 г, вычисляют по формуле (3.1):
<img border=«0» width=«142» height=«47» src=«ref-1_1819883592-528.coolpic» v:shapes="_x0000_i1025">, (3.1)
где <img border=«0» width=«17» height=«19» src=«ref-1_1819884120-94.coolpic» v:shapes="_x0000_i1026">- объем израсходованного льняного масла, мл;
<img border=«0» width=«24» height=«25» src=«ref-1_1819884214-108.coolpic» v:shapes="_x0000_i1027"> — плотность льняного масла, г/см3, <img border=«0» width=«24» height=«25» src=«ref-1_1819884214-108.coolpic» v:shapes="_x0000_i1028"> = 0,93 г/см3 при 200С;
<img border=«0» width=«17» height=«15» src=«ref-1_1819884430-94.coolpic» v:shapes="_x0000_i1029"> — навеска пигмента, г.
3.2.2 Определение плотности
Плотность пигментов <img border=«0» width=«16» height=«20» src=«ref-1_1819884524-179.coolpic» v:shapes="_x0000_i1030"> определяется с помощью стеклянного пикнометра вместимостью 5-10 мл, в качестве смазывающей жидкости используют уайт-спирит.
Предварительно исследуемый пигмент и тщательно вымытый пикнометр высушивают при 1050С до постоянной массы. Пикнометр взвешивают с точностью до 0,0002г, наполняют пигментом приблизительно до половины его объема и снова взвешивают с точностью до 0,0002г. Затем с помощью пипетки в пикнометр с пигментом наливают уайт-спирит, осторожно встряхивая содержимое пикнометра так, чтобы над поверхностью пигмента образовался слой жидкости высотой 5-7 мм. Пикнометр закрывают пробкой и для удаления пузырьков воздуха из смеси помещают в водяную баню, нагретую до 600С. Через 1-1,5ч пикнометр вынимают из бани, охлаждают до 200С в водяном термостате, заливают немного выше метки уайт-спиритом и снова выдерживают при 200С в течение 1часа. Вынимают пикнометр из термостата, тщательно обтирают фильтровальной бумагой, доводят до метки уровень уайт-спиритом, отбирая излишек фильтровальной бумагой, и взвешивают с точностью до 0,0002г.
Затем вымытый и высушенный при 1050С пикнометр заполняют уайт-спиритом немного выше метки, выдерживают в водяном термостате при 200С в течение 30 минут, доводят уровень жидкости до метки так же, как и было указано выше, насухо вытирают пикнометр и взвешивают с точностью до 0,0002г.
Плотность пигмента rпг., г/см3, вычисляют по формуле (3.2):
<img border=«0» width=«175» height=«48» src=«ref-1_1819884703-470.coolpic» v:shapes="_x0000_i1031">, (3.2)
где m– масса пустого пикнометра, г;
m1 – масса пикнометра с уайт-спиритом, г;
m2 – масса пикнометра с пигментом, г;
m3 – масса пикнометра с пигментом и уайт-спиритом, г;
rу.с.- плотность уайт-спирита, г/см3.
Проводили два последовательных опыта, результат брали как среднее арифметическое.
3.2.3 Определение укрывистости визуальным методом
При визуальном методе определения укрывистости пигментов получают однопигментную краску и подготавливают стеклянную пластинку с известной площадью. Наносят краску движениями кисти вдоль и поперек пластинки, чтобы получить слой краски равномерной толщины. Выдержав пластинку до исчезновения штрихов от кисти, накладывают ее на горизонтально расположенную непрозрачную подложку вида шахматной доски размерами 120х120 мм с белыми и черными квадратами (30х30 мм). На этой доске коэффициенты отражения света после наложения стеклянной пластинки (то есть с учетом светопоглащения самой пластинкой) должны для белых квадратов составлять 0,80 – 0,85, для черных – не более 0,05. Просвечивание через слой краски белых и черных квадратов рассматривают при рассеянном дневном свете или искусственном дневном свете. Толщину слоя краски увеличивают постепенно до тех пор, пока визуально под слоем краски полностью не исчезнут белые и черные квадраты. Особенно осторожно (то есть добавляя весьма небольшие количества краски) нужно увеличивать толщину слоя краски при приближении к этому пределу, так как его визуальное установление при отсутствии опыта определения укрывистости является источником ошибок. При наличии опыта погрешность визуального метода определения укрывистости составляет ± 5%. Достигнув полного укрытия, удаляют подтеки краски с обратной стороны и ребер пластинки и взвешивают ее с точностью до 0,01 г.
Укрывистость пигмента Dп вычисляют по формуле (3.3):
Dп = <img border=«0» width=«128» height=«48» src=«ref-1_1819885173-413.coolpic» v:shapes="_x0000_i1032"><img border=«0» width=«12» height=«23» src=«ref-1_1819885586-73.coolpic» v:shapes="_x0000_i1033">, г/м2 (3.3)
где m1 – масса пластинки со слоем краски, г;
m0 – масса неокрашенной пластинки, г;
mп – навеска пигмента, израсходованного при получении краски, г;
mм – навеска льняного масла, израсходованного при получении краски, г;
S– площадь поверхности пластинки, мм2.
3.2.4 Определение степени перетира по прибору «Клин» ГОСТ 6589-74
Измерение степени перетира на приборе «Клин» проводили следующим образом. Установив прибор на горизонтальную поверхность, помещали за верхний предел шкалы количество лакокрасочного материала, достаточное для заполнения паза. Скребок устанавливали перпендикулярно к поверхности плиты и к длине паза за испытуемой краской. С небольшим нажимом скребок перемещали по измерительной поверхности с равномерной скоростью в течение не более 3 с.
Поверхность слоя краски в канале сразу же осматривали на свету под углом зрения к поверхности слоя 20-300 и за время не более 6 с определяем степень перетира. За результат испытания принимают среднее арифметическое из результатов трех определений.
3.2.5 Определение содержания водорастворимых веществ в пигментах
Содержание в пигментах водорастворимых веществ определяли методом горячей экстракции. Для получения горячего экстракта к навеске 2¸20 ±0,01 г неорганического пигмента, помещенной в стакан емкостью 300 мл, приливают 200 мл дистиллированной воды, нагревают при перемешивании до кипения и кипятят в течение 5 мин. После быстрого охлаждения суспензию переносят в мерную колбу емкостью 250 мл, доливают водой до метки, тщательно перемешивают содержимое, отстаивают и фильтруют на воронке под вакуумом через беззольный фильтр.
Из водной вытяжки горячего экстракта отбирают пипеткой 100 мл, переносят в фарфоровую чашку и выпаривают досуха на водяной бане, остаток высушивают в термостате при 105 ±2 0С до постоянной массы.
Содержание водорастворимых веществ <img border=«0» width=«55» height=«23» src=«ref-1_1819885659-323.coolpic» v:shapes="_x0000_i1034"> вычисляют по формуле (3.4):
<img border=«0» width=«136» height=«47» src=«ref-1_1819885982-665.coolpic» v:shapes="_x0000_i1035">, % (3.4)
где <img border=«0» width=«17» height=«15» src=«ref-1_1819884430-94.coolpic» v:shapes="_x0000_i1036"> — навеска испытуемого пигмента, г;
<img border=«0» width=«21» height=«25» src=«ref-1_1819886741-106.coolpic» v:shapes="_x0000_i1037"> — масса остатка после высушивания, г.
3.2.6 Электрохимические испытания
При электрохимических испытаниях использовали двух электродную ячейку. Ее готовили наклеиванием на образец с покрытием полого стеклянного цилиндра. Рабочими электродами служили участок стали с покрытием, образующий дно стакана, и параллельно расположенная платиновая пластинка. Данная система рассматривалась как общий конденсатор с потерями, обкладкой которого служит стальная подложка и электролит, а диэлектрической прокладкой лакокрасочное покрытие. Для определения критического объемного содержания пигментов использовали разработанный на кафедре метод, основанный на проницаемости покрытий, отличающихся уровнем пигментирования, нанесенных на сталь. В качестве характеристики проницаемости использовали электрическую емкость системы окрашенная сталь-электролит. Определение критического уровня наполнения покрытия в этом методе основывается на фиксации содержания пигмента, отвечающего резкому повышению электрической емкости, которое обусловлено появлением пор в объеме лакокрасочной пленки (в результате превышения КОСП). Используя переменно-токовый метод исследования, определяли электрическую емкость (С) и тангенс угла диэлектрических потерь (tgd) при частоте 1 кГц на автоматическом мосте переменного тока Р 5016.
3.2.7
Хронопотенциометрические исследования
Антикоррозионные свойства лакокрасочных покрытий исследовали хронопотенциометрически. Параллельно проводили визуальную оценку состояния лакокрасочного покрытия и стальной подложки в процессе экспозиции окрашенных образцов в 0,5 М водном растворе NaCl.
С помощью патенциомера рН-340 получали зависимости неравновесного электродного потенциала стали от продолжительности коррозионных испытаний (хронопотенциометрические кривые).
4 Оборудование
Потенциостат рН-340
Потенциостат рН-340 предназначен для измерения потенциала с точностью ±2,5 и рН с точностью ±0,25.
Диапазон измерений:
— по потенциалу от – 1500 до + 1500;
— по рН от 0 до 14.
Мост переменного тока Р5016.
Мост переменного тока автоматический, с цифровым отсчетом Р5016
Предназначен для измерения параметров комплексных сопротивлений: емкости, индуктивности, сопротивления, тангенса угла диэлектрических потерь (tgд), тангенса угла сдвига (tgц).
Диапазон измерения моста:
— по емкости от 10-4 до 10-4ф;
— по тангенсу угла потерь (tgд) от 10-4 до 1.
Весы электронные ВЛ Э134.
Электронные весы используются для точных взвешиваний а исследовательских лабораториях. Они позволяют взвешивать с точностью до 0,005 г.
Диапазон измерения – от 0 до 500 г.
Шкаф сушильный тип 2В-131.
Мощность 500 Ватт. Максимальная температура нагрева 2000С.
Центрифуга Т-23
Центрифуга предназначена для отделения пигмента от маточного раствора.
Число оборотов 2000 – 8000 об/мин.
Магнитная мешалка ММ-5
Магнитная мешалка используется для проведения синтеза пигментов.
Мощность 3 Ватт. Частота 50 Гц.
Ракель спиральный для нанесения покрытий (SpiralFilmApplicator) модель 358 ERICHSENGmbH& Co. KG
5 Результаты эксперимента и их обсуждение
Растущее техногенное загрязнение окружающей среды значительно увеличивает объем и скорость коррозионных разрушений и повышает требования к противокоррозионной защите. С другой стороны коррозионные разрушения коммуникаций, технологического и емкостного оборудования является серьёзным источником загрязнения окружающей среды. Прогрессирующее использование в жизни человеческого общества новых экологических стандартов оказывает влияние на противокоррозионные технологии. Применение некоторых традиционных и хорошо себя зарекомендованных лакокрасочных покрытий ограничивается токсичностью технологий. Выпуск эффективных противокоррозионных лакокрасочных материалов, содержащих токсичные пигменты, органические растворители и отвердители будет снижаться, а взамен придут более экологичные материалы. Важными компонентами защитных лакокрасочных материалов грунтовочного типа являются противокоррозионные пигменты, наиболее эффективные из которых являются токсичными.
В связи с этим становится актуальной задачей поиск новых малотоксичных пигментов, имеющих хорошие защитные свойства.
Проводимые на кафедре «Химическая технология лаков, красок и лакокрасочных покрытий» исследования показали наличие хороших противокоррозионных свойств осажденного манганата (IV) кальция. Однако содержание водорастворимых веществ, превышающее допустимые значения, приводит к снижению барьерных свойств покрытий на его основе и, как следствие, к развитию подпленочной коррозии.
Одним из путей снижения содержания водорастворимых веществ является модификация манганaта(IV) кальция путем соосаждения с малорастворимыми соединениями. В качестве малорастворимой соли был выбран нетоксичный силикат натрия.
Первый этап работы заключался в модификации манганата (IV) кальция.
Осаждение проводили по следующей технологии:
Исходным сырьем служил Ca(NO3)2, восстановителем – NaNO2, окислителем – KMnO4, для соосаждения – Na2SiO3.
Уравнение реакции синтеза соосажденных манганат (IV) силикатов кальция (5.1):
2KMnO4+ 3NaNO2 + 2(1+n)Ca(NO3)2+ 2nNa2SiO3 + H2O =
2(CaMnO3∙nCaSiO3) + (4n+ 3)NaNO3+ 2HNO3+ 2KNO3 (5.1)
Методика синтеза:
Используя уравнение реакции синтеза, рассчитывали количество исходных компонентов и количество воды, необходимое для приготовления 20%-ных растворов на их основе. В химический стакан подходящей емкости сливали растворы нитрата кальция и перманганата калия, после чего помещали его на магнитную мешалку. С помощью капельной воронки, при включенном интенсивном перемешивании, приливали растворы нитрита натрия и силиката натрия. По ходу процесса происходило выпадение осадка и изменение окраски маточного раствора. Окончанием реакции служило полное обесцвечивание маточного раствора. Полученный продукт представлял собой осадок коричневого цвета. Отделив продукт от маточного раствора, тщательно его промывали и сушили до постоянной массы при температуре 1200С. В результате получили порошок коричневого цвета.
Основная цель модификации сводилась к снижению уровня водорастворимых веществ высокоэффективного противокоррозионного пигмента манганата (IV) кальция. В связи с чем в полученном веществе было определено количество водорастворимых веществ, результаты исследования приведены в таблице 5.1.
Таблица 5.1 Содержание водорастворимых веществ в исследуемых пигментах
Вещество
Содержание водорастворимых веществ, %
Манганат(IV)кальция
1,25
Манганат (IV)силиката кальция 1:0.1
0,5
По литературным данным оптимальным считается значение растворимости менее 1%. По приведенным результатам видно, что количество водорастворимых веществ удалось снизить и полученное вещество отвечает данному требованию.
Важным критерием пригодности порошкообразных веществ, для использования их в качестве пигментов при получении наполненных лакокрасочных систем является возможность получения на их основе высокодисперсных суспензий в пленкообразующей системе. Размер частиц пигментов в лакокрасочном материале оказывает значительное влияние на эксплуатационные свойства покрытий, формируемых на их основе. В частности, для обеспечения требуемых изолирующих свойств грунтовочных покрытий, размер частиц дисперсных включений не должен превышать их толщину, которая, как правило, не больше 30 мкм. В процессе исследований установлено, что синтезируемое вещество достаточно легко диспергируется до 20 мкм.
Основными данными, необходимыми для расчета КОСП являются маслоемкость I рода и плотность вещества, определяемые согласно методикам.
Значения исследуемых свойств представлены в таблице 5.2. К свойствам, позволяющим использовать дисперсные вещества в качестве пигментов при получении лакокрасочных материалов, относятся также оптические характеристики. Укрывистость является важной характеристикой и определяет расход пигмента в составе покрытия, требуемый для того, чтобы сделать окрашиваемую поверхность невидимой. При получении грунтовок низкая кроющая способность противокоррозионного пигмента приводит к необходимости усложнения и удорожания рецептуры композиции вследствие включения в ее состав компонента, компенсирующего этот недостаток (так называемого кроющего пигмента).
По результатам, приведенным в таблице 5.2, видно, что присутствие доли силиката в составе исследуемого соединения приводит к уменьшению значений укрывистости, это в свою очередь исключает необходимость дополнительного введения в рецептуру грунтовок кроющих пигментов.
Таким образом, в результате проведенных исследований было установлено, что манганат (IV) силикат кальция обладает всеми свойствами, позволяющими его использовать в качестве пигмента для ЛКМ.
Таблица 5.2 — Основные свойства манганата (IV) кальция и соосажденного манганaт (IV) силиката кальция
Вещество
Укрывистость, г/м3
Маслоемкость, г/100г
Плотность,
г/см3
Манганат(IV) кальция
14,20
42,98
2,91
Манганaт (IV) силикат кальция 1:0,1
12,06
37,143
3,24
Для разработки рецептур антикоррозионных грунтовок необходимо иметь информацию о противокоррозионной эффективности применяемого пигмента, в связи с чем второй этап работы заключался в исследовании эффективности защитных свойств покрытий на его основе от уровня наполнения.
Выбор оптимального пленкообразующего зависит от многих факторов, определяющими являются химическая стойкость материала, его сцепление с защищаемой поверхностью, степень очистки металлической поверхности, температура и другие.
При выборе природы органоразбавляемых пленкообразующих исходили из того, что, несмотря на систематическое расширение ассортимента синтетических лаковых смол, основная доля лакокрасочных материалов производится на основе алкидных олигомеров. Лакокрасочные материалы на основе алкидных смол, предназначенные для сушки на воздухе, удобны в использовании, их пленки обладают хорошей стойкостью во всех атмосферных средах, за исключением сильных загрязнителей, поэтому алкидные смолы воздушной сушки могут быть использованы для грунтовок и грунтовочных покрытий.
Для разработки лакокрасочных композиций необходимо определить возможную степень их наполнения пигментом, так как известно, что увеличение объемного содержания пигмента выше определенного уровня приводит вследствие недостатка пленкообразователя к структурным изменениям вплоть до нарушения сплошности.
На практике ОСП в грунтовках на основе алкидных смол составляет 80% от КОСП, которое можно определить, как отмечено выше, зная маслоемкость М1и плотность пигмента с по формуле 5.2:
КОСП = 100/(1+0,01 М1∙с) (5.2)
Рассчитанные составы пигментных паст на основе алкидного лака ПФ-060 приведены в таблице 5.3. Пигментная паста состояла из следующих компонентов: пигмент – 50г, лак ПФ-060 – 65г, уайт-спирит – 30г.
Таблица 5.3 – Составы лакокрасочных композиций на основе соосажденного манганат(IV)силиката кальция 1:0,1 и алкидного лака ПФ-060
Номер образца
ОСП
Паста, г
Лак, г
Сиккатив, г
1
0,091
13,28
32,51
0,20
2
0,136
19,10
26,71
0,19
3
0,182
24,46
21,38
0,17
4
0,227
29,40
16,45
0,15
5
0,271
33,98
11,88
0,14
6
0,318
38,24
7,64
0,13
7
0,363
42,20
3,69
0,11
Для исследования было приготовлено 7 композиций, объемное содержание пигментов которых изменялось от 0,091 до 0,363. Образцы наносили на подготовленные по методике, описанной в разделе 3, пластины из стали 0,8 КП ракелем тремя слоями. Средняя толщина покрытий составляла 30 мкм.
Об оптимальном соотношении пигмент / пленкообразователь судили по противокоррозионной эффективности покрытия, в качестве исследуемых характеристик были использованы изолирующие и защитные свойства покрытий, которые количественно описывают величины электрической емкости (С) и коррозионного потенциала стали под покрытием (Е) соответственно, а также результатами комплексной оценки состояния покрытий после испытаний. Время контакта электролита с покрытием 1000 часов.
На рисунке 5.1 представлены кривые изменения значений электрической емкости во времени для покрытий на основе соосажденного манганат (IV) силиката кальция 1:0,1. Для образцов с наполнениями от 0,091 до 0,227 наблюдается относительно близкие емкости, значения которых ниже 3 нФ и практически не изменяется в процессе испытаний, что свидетельствует о высоких барьерных свойствах этих образцов. Для наполнений от 0,272 до 0,363 характерны высокие значения электрической емкости (выше 5 пФ), что свидетельствуют о высокой гидрофильности покрытий и возможном нарушении их сплошности, развитии подпленочной коррозии.
На рисунке 5.2 представлены хронопотенциометрические кривые покрытий на основе соосажденного манганат (IV) силиката кальция. Кривые коррозионного потенциала с наполнением 0,091 – 0,318 находятся в области положительных значений, что свидетельствует о торможении коррозионных процессов. Покрытию с наполнением 0,318 соответствует процесс зарождения очагов коррозии, о чем свидетельствует спад его потенциала. Покрытия с более высоким уровнем наполнения будут сопровождаться потерей защитных свойств, что в свою очередь подтверждает седьмой образец с наполнением 0,363, имеющий потенциал минус 150 мВ. Данное наполнение характеризуется увеличением объемного содержания пигмента выше определенного уровня, что привело вследствие недостатка пленкообразователя к структурным изменениям вплоть до нарушения сплошности.
На рисунке 5.3 представлена зависимость коррозионного потенциала и электрохимической емкости системы сталь – покрытие – электролит от содержания соосажденного манганат(IV)силиката кальция. Время контакта электролита с покрытием 1000 часов.
<img width=«337» height=«279» src=«ref-1_1819886847-2194.coolpic» v:shapes="_x0000_s1027">
1 — композиция с объемным содержанием пигмента 0,091;
2 — композиция с объемным содержанием пигмента 0,136;
3 — композиция с объемным содержанием пигмента 0,182;
4 — композиция с объемным содержанием пигмента 0,227;
5 — композиция с объемным содержанием пигмента 0,272;
6 — композиция с объемным содержанием пигмента 0,318;
7 — композиция с объемным содержанием пигмента 0,363.
Рисунок 5.1 – Изменение значений электрической емкости системы окрашенный металл – электролит.
<img width=«565» height=«468» src=«ref-1_1819889041-4354.coolpic» v:shapes="_x0000_s1028">
1 — композиция с объемным содержанием пигмента 0,091;
2 — композиция с объемным содержанием пигмента 0,136;
3 — композиция с объемным содержанием пигмента 0,182;
4 — композиция с объемным содержанием пигмента 0,227;
5 — композиция с объемным содержанием пигмента 0,272;
6 — композиция с объемным содержанием пигмента 0,318;
7 — композиция с объемным содержанием пигмента 0,363.
Рисунок 5.2 – Изменение значений коррозионного потенциала системы окрашенный металл – электролит.
<img width=«369» height=«423» src=«ref-1_1819893395-3063.coolpic» v:shapes="_x0000_s1029">
Рисунок 5.3 — Зависимость коррозионного потенциала и электрической емкости системы сталь – покрытие – электролит от содержания соосажденного манганат (IV) силиката кальция. Время контакта электролита с покрытием 1000 часов.
По окончании испытаний видно, что объемное содержание пигмента 0,272 является критическим, так как превышение наполнения сопровождается ростом электрической емкости и резким падением потенциала. Это связано с появлением в лакокрасочной пленке несплошностей в результате превышения критического объемного содержания пигмента, что в свою очередь приводит к быстрому проникновению электролита через покрытие к металлу. Более полную информацию об оптимальном соотношении пигмента и пленкообразователя можно получить, оценивая состояние покрытия (площадь пузырей, адгезию) и металла под покрытием (площадь коррозии) после 1000 часов испытаний. Результаты комплексной оценки представлены в таблице 5.5:
Таблица 5.5 – Комплексная оценка лакокрасочных покрытий
Номер образца
ОСП
Толщина, мкм
Пузыри, %
Коррозия
Адгезия, балл
S,%
До опыта
После опыта
1
0,091
34
1
1
2
0,136
33
1
3
0,182
33
1
4
0,227
36
1
1
5
0,272
34
3
2
6
0,318
33
10
15
3
7
0,363
32
70
70
4
По данным, приведенным в таблице, покрытия с объемным содержанием пигмента до 0,318 обладают хорошими изолирующими и защитными свойствами, о чем свидетельствуют отсутствие коррозионных поражений и дефектов покрытия.
Оценивая всю совокупность представленных данных нужно отметить, что для алкидных покрытий на основе соосажденного манганат (IV) силиката кальция в соотношении 1:0,1 критическим объемным содержанием пигмента по методу электрической емкости покрытия является 0,272, аналогичный результат мы получили по данным комплексной оценки подложки после 1000 часов испытаний. Таким образом, рекомендуемое наполнение покрытия противокоррозионного назначения на основе соосажденного манганат (IV) cиликата кальция в соотношении 1:0,1 составляет от 0,091 до 0,272.
Последний этап работы заключался в разработке противокоррозионной грунтовки на основе лака ПФ-060 и соосажденного манганат (IV) силиката кальция.
Известно, для каждого пигмента существует интервал его объемного содержания в покрытии, в пределах которого обеспечивается максимальная устойчивость покрытия, а в некоторых случаях – и пассивация металла. Особое внимание уделяется концентрации активных пигментов в грунтовочных покрытиях, так как незначительное содержание антикоррозионных пигментов не сможет обеспечить защитные свойства покрытия, а увеличение содержания пигмента выше определенного уровня вследствие недостатка пленкообразователя влечет за собой изменение структурных элементов в межфазных прослойках, уменьшение их толщины вплоть до нарушения непрерывности среды плекообразующего.
В результате проведенных исследований было установлено КОСП манганат (IV) силиката кальция, отвечающее потере защитных свойств пленок на его основе. В связи с чем при расчете рецептур грунтовочных композиций использовали значение ОСП равное 65% от КОСП.
На практике в составах грунтовок применяются противокоррозионные пигменты совместно с наполнителями, введение которых позволяет не только удешевить состав пигментной части, но придать дополнительные свойства покрытиям.
Известно о возможности усиления противокоррозионного действия грунтовок посредством введения в состав пигментной части оксида цинка, микроталька и кальцита.
Оксид цинка необходим как регулятор рН водной фазы на границе металл — покрытие, накапливающейся там в результате проникновения воды, помимо этого игольчатая форма пигментных частиц оказывает положительное влияние на физико-механические свойства покрытия. Кроме того оксид цинка нейтрализуя кислоты и основные продукты, в том числе продукты разрушения связующего в лакокрасочной пленке, предотвращает старение покрытий и уменьшает склонность красок мелению.
Горизонтальная ориентация частиц микроталька, имеющих чешуйчатую структуру, является наиболее эффективной с точки зрения барьерной защиты от проникновения воды и агрессивных компонентов окружающей среды к субстрату. Ценной особенностью микроталька как наполнителя лакокрасочных систем является способность хорошо смачиваться неводными пленкообразующими веществами, способствовать упрочнению пленок, улучшать адгезию и в определенной степени придавать композиции тиксотропность. Объемная доля микроталька в покрытии ограничивается возможностью нарушения горизонтального расположения его частиц в пленке.
Кальцит обладает малой химической активностью и низкой гидрофильностью, способствует предотвращению растрескивания покрытий, повышает их твердость и прочность. При расчете рецептур грунтовочных композиций исходили из фиксированного соотношения микроталька и кальцита 1:4.
Составы пигментной части были рассчитаны с помощью программы Minitab14.0, разработанной DuPont(Центр технологии и управления качеством). Значения рассчитанных составов пигментной части приведены в таблице 5.6; в таблице 5.7 представлены рецептуры грунтовочных композиций на основе соосажденного манганат (IV) силиката кальция 1:0,1.
Оптимизацию пигментной части грунтовок проводили по схеме, описанной выше. Составы диспергировали до степени перетира 20-30 мкм по прибору «Клин». Покрытия наносили на металлическую подложку (сталь 0,8 КП), подготовленную по методике, описанной в 3 разделе, в три слоя посредством ракеля. Толщина покрытий составляла не более 40 мкм.
Таблица 5.6 – Составы пигментной части, %
№ смеси
Манганат (IV) силикат калиция
Наполнители
Оксид цинка
1
40,00
20,00
40,00
2
30,25
39,75
30,00
3
40,00
60,00
4
10,75
59,25
30,00
5
1,00
99,00
6
20,50
59,50
20,00
7
1,00
59,50
40,00
8
10,75
79,25
10,00
9
30,25
59,75
10,00
Таблица 5.7 – Рецептуры грунтовок,%
№ п/п
ПФ-060
Пигмент
Микротальк
Кальцит
Оксид цинка
Уайт-спирит
Сиккатив
1
37,5314
13,1060
1,3103
5,6419
13,1060
29,4034
2 от массы лака
2
37,1758
10,1578
2,6696
10,6782
10,0738
29,2448
3
40,1360
11,3152
3,3946
13,5782
31,5760
4
36,1140
3,8138
4,2042
16,8166
10,6434
28,410
5
41,5700
0,2580
5,1108
20,4432
32,702
6
38,0180
6,5752
3,8168
15,2672
6,4140
29,908
7
34,7648
0,3788
4,4708
17,8832
15,1548
27,3484
8
38,4998
3,3592
4,9530
19,812
3,1250
30,271
9
39,4510
8,9280
3,5270
14,0278
2,9514
31,0348
После изготовления грунтовок и формирования покрытий на их основе полученные образцы окрашенной стали были подвергнуты коррозионным испытаниям (500 часов выдержки в 3%-ном водном растворе хлорида натрия).
В качестве функций отклика использовались значения потенциала стали под покрытием, электрической емкости системы окрашенный металл – электролит, адгезии покрытий и площади подпленочной коррозии.
На рисунках 5.4 и 5.5 представлены результаты исследования изменения значения электрической емкости систем окрашенный металл – электролит; на рисунках 5.6 и 5.7 – хронопотенциометрические кривые, полученные в результате исследования окрашенной стали, находящейся в контакте с электролитом.
Значения электрической емкости большинства образцов находятся в пределах значений, характерных для покрытий с высокими барьерными свойствами – до 2,5 нФ, исключение составляют 1, 2 и 9 композиции, значения емкости для которых увеличиваются, что свидетельствует о снижении барьерных свойств этих образцов и возможном развитии коррозионных процессов.
Анализ результатов хронопотенциометрии стали с покрытиями на основе алкидного связующего показывает наличие хороших защитных свойств у составов 1, 3, 4, 5, 6, 8, коррозионный потенциал которых находится в области положительных значений, что свидетельствует о пассивном состоянии металла под покрытием. Хронопотенциометрические кривые остальных образцов лежат в области отрицательных значений потенциала, что характеризует протекание коррозионных процессов на границе металл – покрытие.
Полную характеристику всем составам можно дать только после проведения комплексной оценки металла и покрытия после окончания испытаний, результаты которой приведены в таблице 5.8.
<img width=«366» height=«338» src=«ref-1_1819896458-2107.coolpic» v:shapes="_x0000_s1030">
1 – состав 1
2 – состав 2
3 – состав 3
4 – состав 4
Рисунок 5.4 – Изменение значений электрической емкости системы электролит — окрашенный металл
<img width=«322» height=«283» src=«ref-1_1819898565-2111.coolpic» v:shapes="_x0000_s1031">
1 – состав 5
2 – состав 6
3 – состав 7
4 – состав 8
5 – состав 9
Рисунок 5.5 – Изменение значений электрической емкости системы электролит – окрашенный металл
<img width=«317» height=«244» src=«ref-1_1819900676-2127.coolpic» v:shapes="_x0000_s1032">
1 – состав 1
2 – состав 2
3 – состав 3
4 – состав 4
Рисунок 5.6 — Изменение значений коррозионного потенциала системы электролит – окрашенный металл
<img width=«418» height=«295» src=«ref-1_1819902803-2942.coolpic» v:shapes="_x0000_s1033">
1 – состав 5
2 – состав 6
3 – состав 7
4 – состав 8
5 – состав 9
Рисунок 5.7 – Изменение значений коррозионного потенциала системы электролит – окрашенный металл
Таблица 5.8 – Результаты комплексной оценки состояния образцов стали с пигментированными покрытиями, содержащими манганат (IV) силикат кальция
№ состава
С, нФ
Е, мВ
Пузыри,%
Площадь коррозии, %
Адгезия, баллы
до опыта
после опыта
1
4,76
110
3
5
1
1
2
5,68
-54
7
3
3
2,23
185
4
1,15
90
5
2,39
8
10
5
6
1,17
60
7
2,24
-251
20
7
8
0,80
136
9
4,53
-110
10
3
По данным таблицы можно отметить, что наблюдаемый рост емкости для составов 1, 2, 9 и падение потенциала для составов 2, 7, 9 соответствовали активным коррозионным процессам, что отразилось на площади коррозии.
Таким образом, анализируя совокупность полученных данных, можно сделать вывод, что оптимальными являются составы 3, 4, 6 и 8. Покрытия состава 8 отличаются высокими барьерными, защитными и адгезионными свойствами и даже превосходят штатную Гф – 0119 (таблица 5.9).
Таблица 5.9 – Результаты противокоррозионных испытаний
Грунтовка
Адгезия, балл
Площадь пузырей, %
Площадь коррозии, %
Состояние покрытия, балл (ГОСТ 9.407-84)
Состав 8
1
1
ГФ – 0119
2
1
0,5
2
продолжение
--PAGE_BREAK--Заключение
Исследованы основные свойства манганат (IV) силиката кальция; показано, что по техническим характеристикам он удовлетворяет требованиям, предъявляемым к пигментам лакокрасочных композиций.
Изучены защитные свойства данного пигмента; установлено, что манганат (IV) силикат кальция может быть использован в качестве противокоррозионного пигмента в защитных лакокрасочных покрытиях с целью исключения токсичных его аналогов.
Изучено влияние уровня наполнения полимерных композиций синтезированным пигментом на противокоррозионные свойства покрытий на его основе; найдено оптимальное его содержание в алкидных покрытиях.
На основании проведенных исследований разработаны оптимальные рецептуры органоразбавляемых алкидных грунтовок, содержащих в качестве ингибирующего компонента разработанный пигмент. По большинству параметров, характеризующих защитное действие покрытий, разработанные грунтовки превосходят штатную грунтовку ГФ-0119.
Список использованных источников
1 Розенфельд И.Л. Защита металлов от коррозии лакокрасочными покрытиями / И. Л. Розенфельд, Ф.И. Рубинштейн, К.А. Жигалова. – М.: Химия, 1980. 200с.
2 Овсянников С.В. Антикоррозионные лакокрасочные материалы на основе полиуретанов / С.В. Овсянников, Б.Н. Смирнов // Полиуретановые технологии. – 2005. — №3. — С. 24.
3 RolfKnudsen. Влияние атмосферных условий на процесс окраски. The effect of weather on coating application / Knudsen Rolf // Protect. Coat. Update. — 2003. — №1. — С.8-11.
4 Ермилов П.И. Пигменты и пигментированные лакокрасочные материалы / П.И. Ермилов, Е.А. Индейкин, И.А. Толмачев. – Л.: Химия, 1987. – С.200
5 Розенфельд И.Л. Антикоррозионные грунтовки и ингибированные лакокрасочные покрытия / И. Л. Розенфельд, Ф.И. Рубинштейн. – М.: Химия, 1980. 200с.
6 Библиотечное дело: справочник «Неорганические пигменты» / Л.Ф. Корсунский, Т.В. Калинская, С.Н. Степин. – СПб.: Химия, 1992 – 336с.
7 AbdEl-GhaffarM.A. Возможность использования египетских марганцовых руд в качестве пигментов для лакокрасочных материалов. Пигментныесвойствамарганцовыхруд. Evaluation of the Egyptian manganese ore as a pigment and its applications in surface coatings. Evaluation of the Egyptian manganese ore as a pigment / M.A. Abd El-Ghaffar, A.Z. Gomaa, A.A. Salman, H.E. Nasr, 1991. – C. 177-180.
8 GomaaA.Z. Возможность использования египетских марганцовых руд в качестве пигментов для лакокрасочных материалов. Антикоррозионныегрунтовкисиспользованиемегипетскихмарганцевыхруд… Evaluation of the Egyptian manganese ore as a pigment and its applications in surface coatings. Anticorrosive primers coating the Egiptian manganese ore // A.Z. Gomaa, M.A. Abd El-Ghaffar, A.A. Salman, H.E. Nasr, 1991. – C. 181-183.
9 Физикохимия силикатов и оксидов. — СПб .: Наука, 1998. — 305с.
10 Дедуров И. Г. Общая технология силикатов: учеб. для техникумов /
И. Г. Дедуров, Г. М. Матвеев, В. Б. Суханова. — М.: Стройиздат, 1987. — 560с.
11 Химическая энциклопедия: в 5 т. Т. 4. / под ред. Г. Я. Бахаровского. — М.: Большая Российская Энциклопедия, 1995. — 1497с.
12 Rakic S. Singlekrystal stricture investigation of twinned NaKSi2O5 – a novel single layer silicate / S. Rakic // Solid State Sci. — 2001. – № 6. – Р. 659-667.
5 Sierra L. Preparation of mesoporous silica particles with controlled morphology from sodium silicate solution and a non-ionic surfactant at pH values between 2 and 6 / L. Sierra, B. Lopez, J. Guth // Microporous and Mesoporous Mater. — 2000. — № 3. — Р.519-527.
13 Пат. 2181789 РФ,МПК7 С 23 С 30/00. Отверждаемые окрасочные системы с эксфолиантным алюмосиликатным наполнителем / А. В. Рябова: заявитель и патентообладатель Новочеркасск. гос. технолог. ин-т. — № 2002042977; заявл. 10.07.1998; опубл. 27.04.2002.
14 Novel silicate anion: Si8O12-22. Hudrothermal synthesis and X- ray power structure of three new niobium silicates / M. Salvado, P. Pertierra, S. Garcia-Granda, J. Garcia // Inorg. Chem. – 2001. — № 17. – Р. 468-473.
15 Ильина В. П. Палеовулканология, гидротерминальный метафоризм и рудообразование / В.П. Ильина. – М.: Химия. 2001. – 145 с.
16 Лесовик В. С. Современные проблемы строительного материаловедения /
В. С. Лесовик // Лакокрасочные материалы и их применение. – 2007. — № 4. – С. 32-33.
17 Пат. 6146766 РФ, МПК7 В 05 В 3/04. Улучшение прочности, стойкости к влаге и огнестойкости древесины, пиломатериалов и других строительных материалов на основе целлюлозы / В. А. Рузит: заявитель и патентообладатель Петрозаводск. ин-т геологии. — № 2000142406/02; заявл. 13.04.1998; опубл. 23.06.2000.
18 Яковлев А. Д. Лакокрасочные материалы для окрашивания под водой /
А. Д. Яковлев // Мир дорог. – 2003. — № 4. – С.8 — 10.
19 Пат. 2252236 РФ, МПК7 С 09 D 5/08. Высокощелочной кристаллический силикат натрия / Л.Б. Павлович, Н.М. Алексеева, Н.В. Харченко. — № 20031268481104; заявл. 01.09.2003; опубл. 20.05.2005.
20 G1аss сагеwith autodish detergents by means of silicаtes / G. Schimmel,
H. Bauer, A. Schrem, W. Posselt // SOFW Journal. Eng. Vers. – 2001. — № 11. — Р.6-11.
21 Фтороорганосилоксановые окрасочные системы / О. П. Кузнецова,
С. Н. Степин, А. В. Вахин, Е. В. Алантьева // Лакокрасочные материалы и их применение. – 2005. — № 8. – С. 16 — 18.
22 Пат. 2400371 Великобритания, МПК7С 09 D17/00. Металлический пигмент с хлопьевидными частицами. Metal flake pigment composition / L. Silberline, W. Robert. — № 03078904; заявл. 04.04.2003; опубл. 13.10.2004.
23 Васильев С. В. Водные строительные краски/ С.В. Васильев // НМ – оборудование. – 2004. — №2. – С. 15-18.
24 Тихонов С. Н. Порошковые окрасочные системы на основе реакционноспособных полисилоксанов / С. Н. Тихонов // Промышленная окраска. — 2005. — № 3. – С. 38-40.
25 Тихонов С. Н. Морозостойкие силиконовые эмульсии типа вода в масле / С. Н. Тихонов // Промышленная окраска. – 2005. — № 6. – С. 12-13.
26 Буслаев Г. С. Защитно-декоротивное органосиликатное покрытие холодного отверждения, стойкое к перепаду температур в диапазоне 20-600 0С /
Г. С. Буслаев, Г. Т. Федорова. — Тула: Изд-во Тул. гос. пед. ун-та. 2001. – 135 с.
27 Федякова Н.В. Грунт-эмалевые преобразователи ржавчины со специальными свойствами / Н.В. Федякова // Состояние и перспективы развития лакокрасочной промышленности: сырьевое обеспечение, технологии и актуальный товарный ассортимент. — 2006. — № 2. — С. 40-41.
28 Силиконовые добавки для лакокрасочных покрытий / В. В. Северный, Т. И. Федотова, В. А. Власова, Е. Е. Казакова //Международная научно-практическая конференция «Лакокрасочные материалы XXI века». — М.: Изд-во РХТУ, 1999. — С.51-52.
29 Manshausen Р. Neue Polyethermodifizirte Siloxane als Slipadditive und Substratnetzmitte / P. Manshausen // Coating: Internationale Fachzeitschrift fur chemischt und technische Beschichting. — 2000. — № 11. — Р.444-446.
30 Мжачих, Е.И. Влияние структурных превращений на стойкость покрытий / Е.И. Мжачих // Практика противокоррозионной защиты. – 2006. — №1. – С. 52-53.
31 Алешунина Е. Ю. Кислотоупорный цемент на основе гидратированных силикатов натрия / Е. Ю. Алешунина, А. С. Брыков, В. В. Данилов // Цемент. — 2002. — № 2. — С. 25-26.
32 Наумова С. Ф. Нержавеющий материал, его получение, состав антикоррозионного покрытия и устройства для его нанесения / С. Ф. Наумова // Лакокрасочные материалы и их применение. – 1996. — № 2. – 32 с.
33 Ройсман Г. Силиконоэпоксидные олигомеры для антикоррозионной защиты / Г. Ройсман // Лакокрасочные материалы и их применение. — 2002. — № 7. -С.62-63.
34 Пат. 2000116525/04 РФ, МПК7 С 08 К 3/34. Антикоррозионная шпатлевка для грубых дефектов / А. В. Хохлин: заявитель и патентообладатель Новокузнецк. гос. технол. ун-т. — № 2002042977; заявл. 14.11.02; опубл. 16.03.04.
35 Защитные органосиликатные композиции: сб. научн. тр. СПТИ. – М.: Высшая школа, 2005. – 131 с.
36 Квасов С. А. Использование кремнийсодержащих отвердителей в составах антикоррозионной зашиты / С.А. Квасов // Научная сессия: аннотация сообщений. — Казань: Изд-во Казан, гос. технол. ун-та, 2003. — С.43.
37 Модификация кремнийорганических композиций ОМ-смолами / Т. М. Чигорина, Р. Д. Джатиева, Т. Н. Беляева, Н. Б. Галимов // Наукоемкие химические технологии. — 2000: материалы 8 Международной научно-технической конференции по проблемам наукоемких химических технологий. — Уфа: Реактив, 2002. — С. 194-195.
38 Черняк Л. В. Особенности строения кремнийорганических соединений / Л. В. Черняк, Н. В. Мережко // Хим. пром-стъ. — 2002. — № 4. — С.43-44.
39 Корсунский Л. Ф. Неорганические пигменты / Л. Ф. Корсунский, Т. В. Калинская, С. Н. Степин.— СПб.: Химия, 1992. — 336с.
40 Данюшевская Н. Е. Минеральные пигменты / Н. Е. Данюшевская. – М.: Химия, 1970. – 210 с.
41 Штерн М.А. Улучшение качества и расширение ассортимента пигментов и наполнителей / М. А. Штерн // Лакокрасочные материалы и их применение. -2006. — № 4. – 26с.
42 Беленький Е. Ф. Химия и технология пигментов / Е. Ф. Беленький, И. В. Рискин. — М.: Химия, 1974. — 656с.
43 Неорганические пигменты: каталог ЛНПО «Пигмент». — Черкассы:
НИИТЭХИМ, 1979. -122с.
44 Верхоланцев В.В. Лакокрасочные материалы XXIвека / В.В.Верхоланцев // Лакокрасочные материалы и их применение. – 2005. — №7. – С. 72-73.
45 Новая технология производства связующего цинксиликатных красок / Н. Г. Ануфриев. В. Л. Гончаров, А. М. Иванов, А. П. Акользин // Лакокрасочные материалы и их применение. — 2001. — № 4. — С.7-9.
46 Орлов В. А. Цинксиликатные покрытия / В. А. Орлов. — М.: Машиностроение, 1984. — 104с.
47 Акользин А. П. Металлосиликатные противокоррозионные композиции /А.П. Акользин. — М.: ЦНИИТЭИМС, 1991.- 40с.
ПРИЛОЖЕНИЕ А
(обязательное)
Патентная часть
Для проведения патентных исследований выбирается предмет поиска по теме дипломной работы, подлежащий исследованию.
Предмет поиска “ Противокоррозионне свойства манганат(IV) силиката кальция и покрытий на его основе”.
Поиск проводится по отечественному патентному фонду библиотеки КГТУ.
Глубина поиска 7 лет, начиная с текущего года и вглубь без пробелов.
Источником информации об отечественных изобретениях является информационно – поисковая система интернет www.fips.ru.
Целью патентных исследований является установление уровня развития техники и анализ применимости прогрессивных решений в дипломной работе. Номера охранных документов, имеющих отношение к теме поиска, заносятся в таблицу А.1.
Таблица А.1 – Охранные документы
Продолжение таблицы А.1
1
2
3
4
5
С08G77/06
2005122940
3
РФ
Способ получения полиорганосилоксановых частиц и способ получения частиц диоксида кремния
С09D109/08
С09D5/02
2268278
2
РФ
Способ получения полимерной композиции отделочного покрытия
2005 год
С09D5/08
2256617
20
РФ
Антикоррозионные пигменты
2004 год
С09D5/12
2004104510
14
РФ
Антикоррозионные пигменты
С04В14/00
2002118611
6
РФ
Силикаты металла, целлюлозные продукты и способы их изготовления
2003 год
С09D5/08
2199562
6
РФ
Противокоррозионный пигмент
С09D5/08
2216560
12
РФ
Антикоррозионные пигменты
С09С3/04
2212422
26
РФ
Пигмент и способ его получения
После предварительного ознакомления с сущностью изобретений, проводится отбор изобретений для анализа. Выписывается краткая техническая характеристика отобранных изобретений.
1.(11) 2175338
(22) 05.05.1999
(71) Дугуев Сергей Владимирович, Иванова Валентина Борисовна
(72) Дугуев С.В., Иванова В.Б.
(73) Дугуев Сергей Владимирович, Иванова Валентина Борисовна
(54) Способ получения органоминеральных пигментов
(57) Способ получения органоминеральных пигментов двухстадийной обработкой пигмента и наполнителя в виброцентробежной мельнице, отличающийся тем, что на первой стадии обработку ведут с использованием в качестве красителя органического пигмента при массовом соотношении его с наполнителем, равном 0,5-2,0:99,5-98,0, в виброцентробежной мельнице с шаровой загрузкой 60-70%, а на второй стадии в полученную смесь вводят неорганический пигмент в количестве 25-35% от массы полученной смеси и осуществляют механоактивацию с одновременным капсулированием наполнителя пигмента в виброцентробежной мельнице с шаровой загрузкой 45-65%.
2. (21) 2004104510
(22) 2004.02.09
(72) Степин С.Н., Зиганшина М.Р., Пешкова М.С.
(54) Антикоррозионные пигменты.
(57) Применение соосажденных манганит-фосфатов, манганит-сульфатов, манганит-силикатов металлов общей формулы МеМnOxnMeZ, где Ме – Са2+, Zn2+, Fe2+, Sr2+, Z– РО43-, SiО32- и Ме – Ва2+, Z– SO42-, PO43-, SiO32-, а х – 2,5-3, n– 0,5-10 с содержанием соосажденного манганита соответствующего металла от 5 до 70 мас.% в качестве противокоррозионных пигментов.
3.(21) 2001109129
(22) 05.04.2002
(72) Степин С.Н., Зиганшина М.Р., Сороков А.В., Карандашов С.А.
(73) Степин Сергей Николаевич
(54) Антикоррозионные пигменты.
(57) Применение манганитов металлов общей формулы RMnO3, где R– Са2+, Zn2+, Fe2+, Sr2+ и/или манганит-сульфатов бария формулы BaMnO3.nBaSO4, где n– 1-10 в качестве антикоррозионных пигментов.
4. (11) 2001135679
(22) 04.03.2002
(72) Гаркави М.С., Зубулина Н.И.
(54) Композиция для защитно-декоративного покрытия.
(57) Композиция для защитно-декоративного покрытия, включающая жидкое стекло, наполнитель, лигносульфонат технический, бутадиенстирольный латекс и воду, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит пигмент и карбоксиметилцелллюлозу при следующем соотношении компонентов, мас.% :
жидкое стекло 20,0 – 26,0
наполнитель 35,0 – 45,0
лигносульфат технический 0,1 – 0,3
бутадиенстирольный латекс 10,0 – 16,0
пигмент 5,0 – 15,0
карбоксиметилцелллюлоза 0,1 – 0,3
вода 13,4 – 13,8
5. (11) 2169162
(22) 02.03.2001
(72) Ганиева Т.Ф.
(73) Степин С.Н., Светлаков А.П., Кемалов А.Ф., Смирнова С.А., Фахрутдинов Р.З., Сороков А.Ф.
(54) Антикоррозионный пигмент для грунтовок по металлу.
(57) Изобретение относится к защите металла от коррозии лакокрасочными покрытиями. Описывается антикоррозионный пигмент для грунтовок по металлу, включающий пигментный компонент – ингибитор. Причем в качестве пигментного компонента – ингибитора он содержит пиролюзит молотый и дополнительно содержит тальк и железную слюдку, или слюдку, или их смесь при следующем соотношении компонентов, масс.%: пиролюзит 10,0 – 55,0; тальк или железная слюдка, или слюдка, или их смесь в любом соотношении 45,0 – 90,0. Технический результат – расширение ассортимента малотоксичных антикоррозионных пигментов – ингибиторов, по защитным свойствам не уступающих хроматным пигментам.
Заключение:
Патентные исследования по фонду изобретений показали, что тема разработана достаточно хорошо. Всего найдено 17 изобретений. Однако внимание разработчиков к исследуемой теме неравномерно по годам. Пик изобретательской деятельности наблюдается в 2003 и 2006 годах. При разработке темы основное внимание разработчиков уделялось улучшению состава для получения антикоррозионного покрытия, а также модифицированию ингибирующих пигментов.
Для анализа отобрано 5 изобретений, имеющих непосредственное отношение к исследуемой теме. В них разработаны композиции для защитных противокоррозионных покрытий, способы получения пигментов, при этом решаются задачи по улучшению свойств последних, путем их модификации.
Наиболее близкие к теме дипломной работы является изобретение по заявкам № 20041135679, № 2001109129, так как в них описаны пигменты (те самые, что и в дипломной работе), используемые с целью снижения токсичности и сохранения антикоррозионных свойств, что и является целью данной работы.
продолжение
--PAGE_BREAK--ПРИЛОЖЕНИЕ Б
Экономическая часть
Данная работа посвящена синтезу и исследованию марганецсодержащих пигментов.
Работа носит поисковый характер. Результаты будут использованы в дальнейших научно-прикладных работах. В этом случае экономические расчеты сводятся к определению суммы затрат на проведение НИР, в которые входят затраты на основные и вспомогательные материалы, электроэнергию, зарплату с отчислениями, накладные расходы, амортизационные отчисления. На этом этапе можно посчитать только затраты.
Данная работа относится к прикладной, она непосредственно направлена на создание новых пигментов и исследования их свойств. Результат работы имеет конкретный характер.
В свою очередь прикладные исследования по сфере приложения результатов делятся на материально-технические и организационно-экономические.
По данной классификации работа относится к материально-технической сфере. Она направлена:
1. На создание новых видов материалов, полуфабрикатов и улучшение их качеств.
2. На нормализацию и стандартизацию продукции и унификации способов ее изготовления.
3. На создание новых технологических процессов, обеспечивающих комплексное использование материалов, повышения качества продукции, повышения производительности труда и улучшение условий труда.
Таблица Б.1 – Расчет стоимости нового пигмента
n
Материалы
Цена,
руб/кг
Расход реагентов,
на 100 г пигмента
Сумма,
руб
4
KMnO4
150
71
10,65
NaNO2
69
39,96
2,76
Ca(NO3)2
59
109,32
6,45
Na2SiO3
15
20,1
0,3
Итого:
20,16
Материальные затраты на 1 кг пигмента при n=4 составляет 201,6 рублей.
Таблица Б.2 — Затраты на основные и вспомогательные материалы
Наименование
Единицы измерения
Количество
N
Цена за единицу, руб, Ц.
Сумма,
руб,
C
I Основные материалы :
Натрий азотистокислый
кг
0,08
69
5,52
Кальций азотнокислый
кг
0,2
59
11,8
Натрий кремнекислый
кг
0,04
15
0,6
Калий марганцевокислый
кг
0,15
150
22,5
Уайт-спирит
кг
1
18
18
Лак ПФ-060
кг
0,2
23
4,6
Наполнитель
кг
0,3
47
14,1
Хлорид натрия
кг
0,1
29
2,9
IIВспомогательные материалы 15 % от I:
12
Итого:
92,02
Стоимость материалов:
С = N∙ Ц, (Б.1)
где N– количество материалов, кг,
Ц – цена материалов, руб.,
С = 0,08 ∙ 69 = 5,52 руб.
Таблица Б.3 — Расход электроэнергии
Наименование оборудования
Мощность, кВт
Время работы, ч
Количество потребляемой энергии, кВт
Потенциостат рН-340
0,3
100
30
Вентилятор вытяжного шкафа
1,7
600
1020
Весы электронные ВЛЭ 134
0,01
100
1
Центрифуга
1,9
50
95
Сушильный шкаф
1,1
600
660
Итого:
1806
Расход электроэнергии:
Эф = Эо ∙ Км, (Б.2)
где Эо – суммарное количество потребляемой энергии, кВт ;
Км – коэффициент использования мощности оборудования (0,9)
Эф = 1806 ∙ 0,9 = 1625,4 кВт
Стоимость израсходованной электроэнергии:
стоимость 1 кВт / ч электроэнергии, принимается равной 1,63руб.
1625,4 ∙ 1,63 = 2649,4 руб.
Расход воды:
За время работы израсходовано 30 м3 воды. Стоимость израсходованной воды:
стоимость 1м3 воды – 14,55 руб.
30 ∙ 14,55 = 436,50 руб.
Суммарные энергетические затраты составили:
2649,4 + 436,50 =3085,9 руб.
Таблица Б.4 — Затраты на стационарное оборудование
Наименование оборудования
Стоимость единицы оборудования, руб.
Амортизация
Норма, %
Сумма, руб.
Потенциостат рН-340
2120
20
424,00
Весы электронные ВЛ Э134
20000
20
4000,00
Вытяжной шкаф
1471
20
294,20
Центрифуга Т-23
10800
20
2160,00
Сушильный шкаф
1200
20
240,00
Итого:
7118,20
Вывод: сумма, которая идет на амортизацию оборудования составляет 7118,20 руб.
Амортизационные отчисления за четыре месяца работы составляют:
А = (SАг ∙ n)/ 12, (Б.3)
где SАг — годовая сумма амортизации;
n — число месяцев работы оборудования при проведении данного исследования;
А = <img border=«0» width=«76» height=«41» src=«ref-1_1819905745-245.coolpic» v:shapes="_x0000_i1038"> = 2372,73 руб.
Таблица Б.5 — Расходы на заработную плату
Наименование
Норма времени, ч
Среднемесячная нагрузка, ч
Месячный оклад, руб.
Зарплата, руб.
Руководитель
21
80
8000
2100
Консультанты:
— по экономической части
2
80
8000
200
— по безопасности и экологии
1,5
80
8000
150
— по метрологии
1,5
80
8000
150
— по библиографии
0,5
80
8000
50
— по патентной части
0,5
80
8000
50
Итого:
2700
Заработная плата студента-исследователя за четыре месяца работы составляет :
З п.с .= 900∙4= 3600 руб.
Зарплата руководителя и консультантов к одной дипломной работе:
ЗПРК = S[( З м ∙ Н вр ) / N], (Б.4)
где З м — месячный оклад, руб.;
Н вр — норма времени, приходящееся на одну дипломную работу, ч;
N — месячная нагрузка, ч;
ЗПРК = <img border=«0» width=«63» height=«41» src=«ref-1_1819905990-220.coolpic» v:shapes="_x0000_i1039">+<img border=«0» width=«371» height=«41» src=«ref-1_1819906210-792.coolpic» v:shapes="_x0000_i1040">2700 руб.
Суммарный расход заработной платы составляет :
ЗП = З п.с. + ЗПРК = 3600 +2700= 6300 руб.
Отчисление от зарплаты по ЕСН составляет 26 %
О = 6300 ∙ 0,26 = 1638 руб.
Накладные расходы — это затраты на управление, на реализацию продукции.
Накладные расходы принимаем в размере 100 % от фонда заработной платы:
Н = ЗП ∙ 1 = 6300 ∙ 1 = 6300 руб.
Таблица Б.6 — Расход на проведение научно-исследовательской работы
Наименование затрат
Сумма затрат, руб
% к итогу
Основные и вспомогательные материалы
92,02
0,47
Энергозатраты
3085,9
15,59
Амортизационные отчисления
2372,73
11,98
Заработная плата
6300
31,84
Отчисления по ЕСН
1638
8,28
Накладные расходы
6300
31,84
Итого:
19788,65
100
Вывод: общая сумма затрат на проведение научно-исследовательской работы составила 19788,65 руб.
ПРИЛОЖЕНИЕ В (обязательное)
Обеспечение производственной и экологической безопасности
В.1 Характеристика производственной и экологической опасности
В.1.1 Опасные и вредные факторы работы
Краткая характеристика основных опасностей и вредностей, свойственных для выполняемой работы, представлены в таблице В.1:
Таблица В.1 – Опасные и вредные факторы
Факторы среды и трудовой деятельности
Процессы и операции работы
I. Психофизиологические факторы
Усталость и напряжение зрительного аппарата.
Нервно-психические перегрузки:
степень ответственности за результат собственной деятельности,
монотонность труда
Взвешивание навески пигмента, определение степени дисперсности пигмента.
Анализ полученных данных
Промывка пигмента, определение маслоемкости Iрода
II. Физические факторы
Возможность поражения электрическим током
Повышенный уровень шума
Работа с электрооборудованием: сушильный шкаф – сушка
Работа с растворителями в вытяжном шкафу
III. Химические факторы
Общетоксическое и раздражающее действие паров жидкостей
Обезжиривание органическими растворителями, подготовка пигментной пасты, процессы окраски
В.1.2 Основные физико-химические, токсичные, взрывоопасные и пожароопасные характеристики веществ
Характеристика основных веществ, используемых в работе, приведена в таблице В.2:
Таблица В.2 — Характеристика веществ и материалов, обращающихся в работе [1]
Наимено-
вание
вещества
Агрегат-
ное
состояние
Плот-
ность
кг/м3
ПДК мг/м3
Класс
опас-
ности
Действие на человека и средства защиты
1
2
3
4
5
6
Нитрат кальция
Твердое
2360
5
III
Раздражающее и прижигающее действие,
выражающееся в покраснении кожи, зуде, изъявлениях,
иногда глубоких и занимающих обширную
поверхность медленно заживляющих и оставляющих большие рубцы. Защита кожи рук-перчатки.
Ацетон
Жидкость
790
200
IV
При вдыхании в течение длительного времени накапливается в организме. Последовательно поражает все отделы нервной системы. Средства защиты: респиратор, резиновые перчатки.
1
2
3
4
5
6
Уайт- спирит
Жидкое
776
300
IV
Функциональные нервные расстройства, раздражающее действие, заболевания дыхательных путей. Средства защиты: респиратор, резиновые перчатки.
Нитрит
натрия
Твердое
2170
0,05
I
Расширение сосудов
вследствие пареза сосу-
да-двигательного центра,
а также образование в крови метгемоглобина.
Силикат натрия
Жидкое
2400
4
III
Раздражение слизистых верхних дыхательных путей, ожоги глаз, на коже — лишаевидные утолщения.Средства защиты: очки, перчатки
Перманга-
нат
калия
Твердое
2703
0,3
II
Явно выраженное
гонадотропное и эмбриотоксическое
действие.
В работе используются взрывопожароопасные вещества, такие как ацетон и уайт-спирит. Их основные свойства: температура вспышки (tвсп), температура самовоспламенения (tсв), значения нижнего и верхнего пределов распространения пламени, категория взрывоопасности и температурная группа, низшая теплота сгорания веществ – приведены в таблице В.3:
Таблица В.3 – Характеристика взрыво- и пожароопасных веществ
Наименование вещества
tвсп, С
tсв, С
Пределы воспламенения, % (об.)
Категория взрывоопасности
Темпера
турная группа
Низшая теплота сгорания, МДж/кг
нижний
верхний
Ацетон
-18
465
2,2
13,0
IIА
Т1
31,5
Уайт-
Спирит
35
270
1,4
6,0
IIА
Т3
43,966
Вещества нитрат кальция, перманганат калия, силикат натрия и нитрит натрия не являются пожаро- и взрывоопасными.
В.1.3. Категория лаборатории по взрывоопасности и пожароопасности
В работе используются органические растворители (ацетон, уайт-спирит), категорию взрывопожароопасности помещения согласно НПБ 105-95 «Определение категорий помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности» определяют исходя из расчета избыточного давления взрыва (ДР) в объеме помещения.
Расчет величины ДР ведется относительно ацетона, поскольку он используется в преобладающем количестве, по формуле (В.1):
ДР = <img border=«0» width=«147» height=«47» src=«ref-1_1819907002-425.coolpic» v:shapes="_x0000_i1041">, кПа (В.1)
где m– масса легковоспламеняющихся жидкостей, вышедших в помещение, кг. Общее количество ацетона составляет 2 л. Расчет mведется исходя их того, что происходит аварийная ситуация, и все содержимое ацетона поступает в помещение. При этом допускается, что испаряется вся масса разлившегося ацетона. Учитывая, что плотность ацетона равна 790 кг/м3, m= 1,58 кг.
Нт – теплота сгорания ацетона, Нт = 31500 кДж/кг;
Ро – атмосферное давление, Ро = 101 кПа;
z– коэффициент участия горючего во взрыве, для ЛВЖ z= 0,3;
Vсв — свободный объем помещения, м3. Принимается как 80% от геометрического объема помещения, Vсв = 100,8 м3;
св – плотность воздуха при температуре to= 20 0С, св = 1,2 кг/м3;
Ср – теплоемкость воздуха, равная 1,01 кДж/кг۬∙К;
То — начальная температура воздуха, То = 283К;
Кн – коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения, Кн = 3.
ДР = <img border=«0» width=«147» height=«44» src=«ref-1_1819907427-485.coolpic» v:shapes="_x0000_i1042"> = 14,5 кПа
Расчетное избыточное давление взрыва превышает 5 кПа, ацетон имеет температуру вспышки < 28 оС, следовательно помещение лаборатории относится к категории А- взрывопожароопасная, при которой горючие газы, ЛВЖ могут образовывать взрывоопасные парогазовоздушные смеси.
Согласно ПУЭ – 2000 (Правила устройства электроустановок) лаборатория относится к взрывоопасной зоне В – Iа, поскольку при нормальной эксплуатации взрывоопасные смеси горючих газов или паров ЛВЖ с воздухом не образуются, а возможны только в результате аварий или неисправностей.
В.2 Обеспечение электробезопасности и защита от статического электричества
В.2.1 Выбор средств защиты от поражения электрическим током
При работе с электрооборудованием (сушильный шкаф) возможно поражение электрическим током и имеется угроза возникновения пожара. Как мера предосторожности для снятия напряжения до безопасной величины применяется заземление (заземляется сушильный шкаф, распределительный щит). Согласно требованиям ГОСТ 12.1.030-81 «Электробезопасность. Защитное заземление. Зануление.» сопротивление заземляющего устройства в любое время года не должно превышать 10 Ом в стационарных сетях с изолированной нейтралью напряжением до 1000 В [4].
Воспрещается оставлять без надзора установки под напряжением. По окончании работ все установки должны быть отключены от источников питания.
Согласно ПУЭ — 2000 лаборатория относится по опасности поражения электрическим током к классу – без повышенной опасности, так как отсутствуют признаки, присущие повышенной и особо повышенной опасностям. Степень взрывозащиты электрооборудования IP44 – устанавливается в зависимости от степени защиты персонала от прикосновения к токоведущим частям аппаратов, попадания посторонних тел и проникновения воды под оболочку. Буквы IP(InternationalProteсtion) применяются для обозначения степени защиты. Первая цифра обозначает степень защиты персонала от соприкосновения с движущимися и находящимися под напряжением частями, расположенными внутри оболочки изделия, а также степень защиты изделия от попадания внутрь твердых посторонних тел: 4 – защита от твердых тел размером более 1 мм (защита от проникновения внутрь оболочки проволоки и твердых тел размером более 1 мм). Вторая цифра характеризует степень защищенности от попадания вовнутрь влаги: 4 – защита от брызг (вода, разбрызгиваемая на оболочку в любом направлении, не должна оказывать вредного воздействия на изделие)[3].
В.2.2 Защита от статического электричества
Согласно ГОСТ 12.1.018-86 «Электрическая искробезопасность. Общие требования» по электрической искробезопасности (ЭСИБ) лаборатория относится к классу ЭСИБ сильной электризации – объекты с заземленным оборудованием (диспергатор), где перерабатываются вещества и материалы с сvболее 10 8 Ом∙м и имеют место процессы разбрызгивания, измельчения и диспергирования. Для защиты от статического электричества диспергатор окрашен эмалью, обладающей антистатическими свойствами, а также ограничивается скорость истечения (перемешивания) суспензии [4].
В.3 Производственная санитария и гигиена труда
Для предотвращения или уменьшения воздействия на работников, вредных производственных факторов (неблагоприятные метеорологические условия: повышенная загазованность, повышенные шум и вибрация, недостаточная освещенность, воздействие излучений) и создания безопасных и безвредных условий труда разрабатываются соответствующие организационные, санитарно — гигиенические и технические мероприятия.
В.3.1 Нормирование метеорологических условий среды
В соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.005-88 “Общие санитарно- гигиенические требования к воздуху рабочей зоны” работа исследователя соответствует категории “легкая 1б”, так как она производится сидя, или связана с ходьбой и сопровождающаяся некоторым физическим напряжением, энергозатраты в пределах 121-150 ккал / ч (140-174 Вт) [5]. Нормируемые метрологические параметры рабочей зоны представлены в таблице В.4:
Таблица В.4 — Оптимальные нормы температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха в рабочей зоне [5]
Период года
Категория
работ
Температура,
°С
Относительная
влажность, %
Скорость
движения, м/с
Холодный и
переходный
Легкая 1б
21-24
75
не более 0,2
Теплый
Легкая 1б
21-29
40-60
0,1-0,3
В холодный период времени температура воздуха поддерживается в пределах нормы с помощью водяного отопления tводы =90°С.
В.3.2 Мероприятия, обеспечивающие нормативные метеорологические условия
В.3.2.1 Вентиляция [ 6 ]
Вентиляция является одним из важнейших средств обеспечения нормальных санитарно- гигиенических условий.
Лаборатория, в которой проводится работа, снабжена естественной и механической местной вентиляцией. Работа с токсичными веществами проводится в вытяжном шкафу при работающей вентиляции.
Определение требуемого воздухообмена местной вытяжной системы Lосуществляется в соответствии с формулой (В.2):
L= 3600∙ б ∙ v∙ S, м3/ч(В.2)
где б – коэффициент запаса, учитывающий незначительные неплотности укрытия (принимается равным 1,1);
v— скорость движения воздуха на входе в воздухоприемное устройство, v=0,1 м/с (при ПДК токсичных веществ > 100 мг/м3 );
S— площадь сечения отверстия вытяжного шкафа в рабочем состоянии, S=0,124 м2.
L= 3600∙1,1∙0,1∙0,124 =49,104 м3/ч
Кратность воздухообмена К шк определяется по формуле (В.3):
К шк = L/ Vшк, [час-1] (В.3)
где Vшк — объем шкафа, Vшк =2,86м3.
К шк = 49,104 / 2,86 = 17 [ час-1 ]
Вытяжной шкаф пригоден для работы с веществами всех групп, оснащенный вентилятором марки Ц4-70, двигателем тип — ПОА-2-12-14. Естественная приточная вентиляция осуществляется через окна.
В.3.2.2 Освещение
В дневное время в лаборатории применяется боковое естественное освещение.
Согласно СНиП 23-05-95 «Естественное и искусственное освещение» выполняемая работа относится к IIIразряду зрительных работ (высокая точность), с наименьшим объектом различения 0,30ч0,50 мм (взвешивание навески пигмента на аналитических весах), подразряд – « в », потому что контраст объекта различения с фоном – большой, а характеристика фона – темный (шкала весов аналитических) [7,8].
Для IIIразряда зрительных работ коэффициент естественной
освещенности КЕО=1,2%, наименьшая нормируемая освещенность Е=300лк.
Расчет естественного освещения
Предварительный расчет площади световых проемов S0 производится при боковом освещении помещений по формуле (В.4):
S0=<img border=«0» width=«104» height=«45» src=«ref-1_1819907912-344.coolpic» v:shapes="_x0000_i1043">∙К, (В.4)
где Sn— площадь пола, Sn=42 м2
еп — нормированное значение КЕО, ен = 1,2%;
з0 — световая характеристика окна, принимается в зависимости от отношения длины помещения L= 7м к его глубине В = 6м (L/В = 1,17) и от отношения глубины помещения В к его высоте от уровня рабочей поверхности до верха окна I= 2,3м (L/I= 2,6): з0=17,5;
Кзд — коэффициент, учитывающий затененность окон противостоящими зданиями, Кзд=1, так как умеренно затенено (допускается принимать в диапазоне 1 – 1,7);
К – коэффициент запаса = 1,2, учитывающий снижение КЕО в процессе эксплуатации вследствие загрязнения и старения светопрозрачных заполнений в световых проемах, а также снижение отражающих свойств поверхностей помещения лаборатории [3].
ф0 – коэффициент светопропускания определяется в зависимости от потерь света в переплете окон, слоя его загрязнения, наличия несущих и солнцезащитных конструкций перед окнами, определяется по формуле (В.5):
ф0= ф1* ф2* ф3* ф4* ф5
где ф1 — коэффициент светопропускания материала, определяется по виду светопропускающего материала: стекло оконное листовое двойное, ф1 =0,8;
ф2 — коэффициент светопропускания, учитывающий потери света в переплетах светопроема, определяется по виду переплета: деревянное одинарное, ф2 =0,75;
ф3 — коэффициент, учитывающий потери света в несущих конструкциях, определяется по несущим конструкциям: балки и рамы сплошные при высоте сечения 50м и более ф =0,8;
ф4 — коэффициент, учитывающий потери света в солнцезащитном устройстве, определяется солнцезащитным устройством: вертикальное, ф4 =0,8;
ф5 – коэффициент, учитывающий потери света защитной сетки, установленной под фонарями, принимаем ф5=1;
ф0 = 0,8∙0,75∙0,8∙0,8∙1 = 0,384
ц1 – коэффициент, учитывающий влияние отраженного света, ц1=2,5
<img border=«0» width=«12» height=«23» src=«ref-1_1819885586-73.coolpic» v:shapes="_x0000_i1044">S0=42∙1,2∙17,5∙1∙1,2/0,384∙100∙2,5 = 11,025 м2
Количество оконных проемов -2, расчетная площадь окон составляет S0=11,025 м2, а фактическая S0=10,6 м 2.
Расчет искусственного освещения
В вечернее время применяется система общего освещения с помощью люминесцентных ламп ЛБ 30.
Расчет количества ламп осуществляется по формуле (В.6):
F=<img border=«0» width=«76» height=«44» src=«ref-1_1819908329-247.coolpic» v:shapes="_x0000_i1045">, (B.6)
где F— световой поток одной лампы: F=2300 лм, выбирается в зависимости от мощности и типа лампы(ЛБ 30) ;
Е- наименьшая нормируемая освещенность, Е=300лк (принимается в зависимости от разряда работ согласно СНиП 23-05-95 «Естественное и искусственное освещение»);
К- коэффициент запаса, который учитывает снижение освещенности при эксплуатации и применяется для люминесцентных ламп, К=1,2 ;
S— площадь помещения, S=42 м2;
z— поправочный коэффициент светильника, z=1,1;
N— число светильников;
з- коэффициент использования светового потока, определяется с учетом типа светильника ШОД-2Ч40, коэффициента отражения светового потока от потолка(сп=30%) и стен(сс=10%) и показателя помещения i, найденного по формуле (В.7):
i= А∙В/h∙(А+В) (В.7)
где А, В – длина и ширина помещения, м;
h– высота подвеса светильников над рабочей поверхностью, h=3м.
i=7∙6/3(7+6) = 1,07
Таким образом величина з =0,6;
N=<img border=«0» width=«125» height=«44» src=«ref-1_1819908576-374.coolpic» v:shapes="_x0000_i1046">12,01
Так как светильник имеет 2 лампы, то количество светильников N/2=12/2=6, что соответствует действительности.
В.3.4 Шум и вибрация [ 9 ]
Источником шума и вибрации является вытяжной шкаф. Нормируемые и фактические параметры шума и вибрации приведены в таблице В.5:
Таблица В.5 – Допустимые и фактические величины шума и вибрации
Параметр
Допустимое значение
Фактическое значение
Эквивалентный уровень звука, дБ
50
52
Допустимая колебательная скорость, мм/с
5
2
Уровень шума не соответствует допустимому значению. Для звукоизоляции источники шума ограждают однослойными конструкционными стеклами (вытяжной шкаф), пол лаборатории выстлан войлочным линолеумом, который поглощает шум. Уровень вибрации соответствует допустимым нормам.
В.3.3 Средства индивидуальной защиты
Средства индивидуальной защиты (СИЗ) следует применять в тех случаях, когда безопасность работ не может быть обеспечена конструкцией оборудования, организацией производственных процессов и средствами коллективной защиты.
Для выполнения данной работы, согласно ГОСТ 12.4.023-76 «Средства защиты работающих.Общие требования и классификация», используются следующие средства индивидуальной защиты: халат, перчатки, респиратор, противогаз марки БКФ для защиты от паров органических растворителей (уайт-спирит, ацетон).
В.4 Пожарная профилактика, методы и средства пожаротушения [ 10 ]
В.4.1 Объемно-планировочные и конструктивные требования пожарной профилактики к территории, зданиям, сооружениям
Согласно НПБ 105-95 «Определение категории помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности» лаборатория, где выполняется дипломная работа относится к взрывопожароопасной категории А.
Лаборатория оснащена следующими средствами пожаротушения: огнетушителями ОП-1У, ОПУ-2-02. Переносной порошковый огнетушитель ОП-1У – для тушения жидких и газообразных веществ (ацетон, хлороформ), а огнетушитель ОПУ-2-02–для тушения загораний твердых веществ (эпоксидная смола), жидких веществ, газообразных веществ и электроустановок напряжением до 1000В.
В целях предотвращения пожароопасности воспламеняющиеся вещства хранятся в специальном металлическом ящике для хранения легко воспламеняющихся веществ в количестве суточного запаса. В случае возгорания в лаборатории предусмотрена система сигнализации, установлен датчик РДК-1 (извещатель дымовой фотоэлектрический ИДФ-1).
По степени огнестойкости здание относится к 1 классу, так как здание построено из несгораемых материалов – железобетона с пределом огнестойкости 1-3 часа. Здание пятиэтажное. На этаже имеется 1 эвакуационный выход, максимальное расстояние от рабочего места 25 м, ширина выхода 1,5 м, высота 2 м. Эвакуационный выход ведет на лестничную клетку с выходом непосредственно наружу.
В.4.2 Защита зданий и сооружений от разрядов атмосферного электричества (молниезащита) [ 11 ]
Согласно РД. 34.21.122 – 87 «Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений» здание имеет категорию молниезащиты II, так как в соответствие с ПУЭ – 2000 в здании расположены лаборатории, относящиеся к взрывоопасной зоне класса В – Iа.
Определим ожидаемое количество поражений молний в год зданий и сооружений не оборудованных молниезащитой по формуле (В.8):
N=[(S+6hx)∙(L+6hx)-7,7hx2]∙n∙10-6, (B.8)
где S– ширина здания, S=15 м;
hx– высота здания, hx=18 м;
L– длина здания, L=150 м;
n– удельная плотность ударов молний в землю n=2 (км 2∙год)-1.
N=[(15+6∙18)∙(150+6∙18)-7,7∙182]∙2∙10-6=0,05
Исходя из вычисленного значения N, зона защиты соответствует зоне Б (надежность 95% и выше).
Определим высоту молниеотвода, обеспечивающего требуемую надежность (объект должен полностью вписываться в границы зоны защиты) исходя из радиуса зоны защиты Rx, определяемого по формуле (В.9):
Rx=<img border=«0» width=«69» height=«47» src=«ref-1_1819908950-231.coolpic» v:shapes="_x0000_i1047">, м (В.9)
Rx=√1502+152 /2 = 75,37 м
Rx=1,5<img border=«0» width=«73» height=«48» src=«ref-1_1819909181-280.coolpic» v:shapes="_x0000_i1048">, откуда находим высоту стержневого молниеотвода
75,37=1,5<img border=«0» width=«73» height=«48» src=«ref-1_1819909461-280.coolpic» v:shapes="_x0000_i1049">
h= 69,82 м
Одиночный стержневой молниеотвод представлен на рисунке В.1.
R0 – радиус зоны защиты на уровне земли, R0 = 1,5h=1,5*69,82 = 104,73м;
hо – высота зоны защиты над землей, hо = 0,92h= 0,92*69,82 =64,23
<img width=«144» height=«123» src=«ref-1_1819909741-4895.coolpic» v:shapes="_x0000_s1034">
Рисунок В.1 – Одиночный стержневой молниеотвод
В.4.3 Выбор методов и средств тушения пожара
Выбор тех или иных методов и средств тушения пожара, следовательно, и огнетушащих веществ и их носителей (противопожарной техники) определяется в зависимости от стадии и масштабов развития пожара, особенностей горения веществ и материалов, от наличия пожарной сигнализации и связи и приведение в действие автоматических и ручных огнетушащих средств.
В данной лаборатории для тушения пожара имеются следующие средства: асбестовое полотно — для тушения малых очагов пожара; порошковый огнетушитель — используют для тушения загораний легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, щелочноземельных металлов, электроустановок, находящихся под напряжением; вода — применяется для тушения твердых материалов (мебель) и материалов органического происхождения, горючих жидкостей (уайт — спирит).
В.5 Защита окружающей среды
Характеристика газообразных выбросов: источниками загрязнений служат ацетон, уайт –спирит, используются в малых количествах. Обнаруженные в воздухе концентрации: ацетона 75,6 мг/м3 при его ПДК = 200 мг/ м3, Уайт – спирита – 49,3 мг/м3 при ПДК = 300 мг/м3.Устранение газообразных выбросов осуществляется за счет естественной и механической местной вентиляции.
Характеристика жидких отходов: основные представители — загрязненная вода, ацетон, уайт –спирит, силикат натрия. Остатки отработанных веществ сливаются в специальные герметично-закрывающиеся сосуды для дальнейшего уничтожения.
Характеристика твердых отходов: основными отходами являются отработанный пигмент –манганат(IV)силикат кальция и пленки на его основе. Их складирование осуществляется в специальные герметичные емкости с последующим захоронением.
продолжение
--PAGE_BREAK--