Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

3995

.pdf
Скачиваний:
1
Добавлен:
08.01.2021
Размер:
739.57 Кб
Скачать

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Воронежский государственный лесотехнический университет им. Г.Ф. Морозова»

ЛАКОКРАСОЧНЫЕ, КЛЕЕВЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ПОКРЫТИЯ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ МАШИН

ЛЕСНОГО КОМПЛЕКСА

Методические указания к лабораторным работам для студентов по направлению подготовки

15.03.02 – Технологические машины и оборудование

Воронеж 2018

2

УДК 667.6; 621.357.7; 621.793

Новикова, Л.А. Лакокрасочные, клеевые материалы и гальванические покрытия при изготовлении машин лесного комплекса [Электронный ресурс] : методические указания к лабораторным работам для студентов по направлению подготовки 15.03.02 Технологические машины и оборудование / Л. А. Новикова, Л. И. Бельчинская, А. И. Дмитренков; Министерство науки и высшего образования РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». – Воронеж, 2018. – 43 с.

Печатается по решению учебно-методического совета

 

ФГБОУ ВО «ВГЛТУ» (протокол № ... от ....................

г.)

Рецензент к.х.н., доцент кафедры неорганической

 

химии и химической технологии

 

ФГБОУ ВО «ВГУИТ»

Ю.С. Перегудов

СОДЕРЖАНИЕ

3

стр.

Введение……….………..………..………..………..………..………………........ 4

Лабораторная работа № 1. Физико-химические свойства полимерных

 

пленкообразователей лакокрасочных материалов ……………………………

5

 

Лабораторная работа № 2. Определение укрывистости лакокрасочных

 

материалов ………………………………………………………………………

12

 

Лабораторная работа № 3. Поверхностные явления. Краевой угол

 

смачивания ………………………………………………………………………..

15

 

Лабораторная работа № 4. Приготовление клеевых композиций на основе

 

карбамидоформальдегидной смолы …………………………………………….

22

 

Лабораторная работа № 5. Коррозия металлов в кислой среде.

 

Оксидирование поверхностей для защиты от коррозии ………………………

28

 

Лабораторная работа № 6. Получение и расчет толщины гальванического

 

покрытия ………………………………………………………………………...

34

 

Библиографический список……………………………………………………..

42

 

4

ВВЕДЕНИЕ

Методические указания предназначены для студентов механического факультета направления подготовки бакалавров 15.03.02 – «Технологические машины и оборудование» (профиль – Машины и оборудование лесного комплекса) при изучении дисциплины по выбору «Лакокрасочные, клеевые материалы и гальванические покрытия при изготовлении машин лесного комплекса» и содержат лабораторные работы по данному курсу. При освоении данной дисциплины студент приобретает знания о видах, составе, способах получения и применения лакокрасочных (ЛКМ) и клеевых материалов, знакомится с механизмами формирования лакокрасочных покрытий и теорией склеивания, основами технологий окрашивания и склеивания различных материалов. В курсе дисциплины обобщаются знания о причинах, видах и механизме коррозионных процессов, включая методы борьбы с коррозией с использованием неметаллических и металлических покрытий, в том числе, гальванических покрытий.

Методические указания включают лабораторные работы, по изучению свойств полимерных пленкообразователей - основных компонентов ЛКМ, определению основных характеристик ЛКМ и клеевых материалов, а также методам их приготовления; получению и расчету толщины гальванических покрытий.

При самостоятельной подготовке к лабораторной работе студент должен составить конспект лабораторной работы и изучить теоретический материал по соответствующему разделу дисциплины и основам химии полимеров. Для получения допуска к лабораторной работе студент представляет конспект и отвечает на вопросы преподавателя по теории и порядку выполнения опытов. Студент, получивший допуск к лабораторной работе, выполняет опыты по теме и оформляет работу в рабочей тетради по следующей форме: тема работы, цель, теоретическая часть (даются основные понятия и определения), экспериментальная часть – подробное описание выполнения опыта, полученные результаты и их анализ, вывод.

5

Лабораторная работа № 1

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛИМЕРНЫХ ПЛЕНКООБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЛАКОКРАСОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Цель работы:

1.Ознакомиться с методом качественного определения растворимости полимеров в различных растворителях, применяемых для получения покрытий.

2.Изучить факторы, влияющие на растворимость полимеров.

3.Освоить один из методов определения вязкости растворов полимеров.

Теоретическая часть

При изготовлении лакокрасочных покрытий и клеевых композиций в качестве связующих используют растворы синтетических и природных веществ, которые являются полимерами или высокомолекулярными соединениями (ВМС). Кроме этого, полимеры служат сырьем или основой для получения разнообразных материалов, новые виды которых продолжают появляться в настоящее время (пленки, волокна, композиционные материалы и др.).

Полимеры – это вещества, молекулы которых состоят из большого числа повторяющихся атомных группировок (структурных звеньев), соединенных ковалентными связями.

Молекулы полимера принято называть макромолекулами, т.к. их длина на много превышает длину обычных низкомолекулярных соединений. В общем виде, строение участка цепи макромолекулы полимера можно выразить в виде

…-А-А-А-А-А-А-А-A-A-A… → [A]n

фрагмент цепи общая формула полимера,

где A – элементарная повторяющаяся группировка атомов, n – степень полимеризации.

Величина молекулярной массы полимера связана со степенью полимеризации, т.е. числом мономерных звеньев, из которых состоит

макромолекула:

 

Mn = n . [m] ,

(1)

где М – молекулярная масса полимера; n – степень

полимеризации;

m – молекулярная масса элементарного звена.

 

6

Полимеры, как правило, имеют величину молекулярной массы (М) выше 5000 условных единиц (у.е.). Вещества, у которых 500 < М < 5000 у.е., называют олигомерами, в случае М < 500 у.е. вещество относится к низкомолекулярным соединениям (НМС).

Для полимеров молекулярная масса является величиной не постоянной, как для НМС, а среднестатистической, т.к. любой образец полимера представляет собой смесь макромолекул различной длины, которые имеют различную молекулярную массу.

Классификация полимеров основана на различных признаках. Например, по химическому составу полимерной цепи различают неорганические, органические и элементоорганические полимеры. В зависимости от происхождения полимеры могут быть природными (органические полимеры - крахмал, клетчатка, белки; неорганические полимеры – алюмосиликаты); искусственными, полученными путем модифицирования природных, и синтетические, полностью получаемые в реакциях органического синтеза из мономеров.

Основные методы получения полимеров – это реакции полимеризации или поликонденсации. Полимеризация – это реакция образования полимеров путем последовательного присоединения молекул низкомолекулярного вещества (мономера), имеющего кратные связи (двойные, тройные) в молекуле. При полимеризации не образуются побочные продукты, и элементарный состав макромолекул не отличается от состава молекул мономера. В качестве мономеров используются соединения с кратными связями, либо соединения с циклическими группировками, способными раскрываться. В процессе полимеризации происходит разрыв кратных связей, например,

n CH2 = CH2 (–CH2 – CH2 –)n ,

этилен полиэтилен или раскрытие циклов у мономеров и возникновение химических связей

между группами с образованием макромолекул, например,

n H2C ––– CH2 (–CH2 – CH2O–)n.

полиэтилен оксид

O

оксид этилена

7

Поликонденсация – это реакция синтеза полимера из соединений, имеющих две или более функциональные группы, сопровождающаяся образованием низкомолекулярных продуктов (H2O, NH3, HCl, CH2O и др.). Методом поликонденсации получают фенолоформальдегидные, мочевиноформальдегидные, эпоксидные и др. смолы, которые являются основой клеевых, лакокрасочных материалов, ионитов и пластмасс. В процессе поликонденсации происходит химическое взаимодействие функциональных групп молекул мономера с отщеплением молекул низкомолекулярных соединений (побочный продукт). Часто поликонденсации предшествует стадия, в которой образуются промежуточные соединения с активными функциональными группами, вступающие в реакцию поликонденсации на следующих стадиях. Например, фенолоформальдегидные смолы являются продуктами поликонденсации фенола или его гомологов (крезолов и ксиленолов) с формальдегидом. На первой стадии взаимодействия фенола с формальдегидом происходит образование монометилольных производных фенола (фенолоспиртов) при замещении атомов водорода в орто- и параположениях по отношению к фенольному гидроксилу.

OH

 

CH2OH

ОН

 

H

орто-метилолфенол

+ H-C=О

OH

формальдегид

 

фенол

 

CH2OH пара - метилолфенол

На второй стадии происходит поликонденсация орто- и парафенолоспиртов с отщеплением воды с образованием линейного полимера.

OH

OH

 

OH

OH

 

CH2OH

 

 

 

 

 

 

/

 

CH2

CH2

CH2

+ n

 

+ n CH2

= О

 

 

 

 

 

-nH2O

 

 

орто-метилолфенол

 

 

 

 

 

 

 

 

 

новолак

n

 

 

 

 

 

8

Растворимость полимеров

Возможность использования того или иного полимера в качестве пленкообразователя при изготовлении ЛКМ или клеевых материалов во многом определяется его растворимостью. Способность полимеров растворяться в каком-либо растворителе зависит от химического строения (полярности) ВМС и растворителя, пространственной структуры (гибкости) макромолекул, плотности их упаковки и фазового состояния, величины средней молекулярной массы, степени кристалличности полимера и др.

Неполярные полимеры, макромолекулы которых отличаются гибкостью, неограниченно растворяются в неполярных растворителях. Сильно полярные ВМС с жесткими цепями (целлюлоза и др.) с неполярными растворителями не взаимодействуют, а в жидкостях, близких к ним по полярности, только ограниченно набухают. Сильнополярные полимеры растворяются только в очень активных растворителях. Аморфные полимеры растворяются значительно легче кристаллических.

В большинстве случаев растворимостью в тех или иных растворителях обладают полимеры линейного или малоразветвленного строений. Полимеры сетчатого строения или сшитые, как правило, способны лишь к ограниченному набуханию (например, вулканизированный каучук). Повышение температуры в большинстве случаев ведет к росту растворимости полимеров. С увеличением молекулярной массы полимера его растворимость уменьшается.

Вязкость полимеров

Растворимость полимеров определяет величину вязкости их растворов, знание которой необходимо при изготовлении, приготовлении и использовании жидких ЛКМ и клеевых материалов. Вязкость или внутреннее трение характеризует текучесть веществ. Это физико-химическое явление переноса, при котором в жидких и газообразных телах одни слои вещества оказывают сопротивление перемещению других слоев вещества, что сопровождается рассеянием энергии в виде тепла или работы, затрачиваемой на это перемещение.

Для растворов полимеров и ЛКМ традиционно определяют величину условной вязкости, которая пропорциональна времени истечения полимера из вискозиметра. Кроме условной вязкости при изучении полимеров определяют удельную вязкость (ηуд.), приведенную вязкость (ηуд./C) и относительную

9

вязкость ηуд.отн.–1. Вискозиметрический метод наиболее часто используется для определения молекулярной массы полимеров, т.к. существует прямая зависимость между вязкостью, молекулярной массой и формой макромолекул, которую для высокомолекулярных соединений установил Штаудингер:

M = 1/Km ηуд./С ,

(2)

где Кm – константа, характерная для данного полимергомологического ряда; С - концентрация.

Реактивы и оборудование

1.Набор образцов полимеров.

2.Набор растворителей: вода, этиловый спирт, ацетон, этилацетат или бутилацетат, уксусная кислота, дихлорэтан, толуол.

3.Штатив с маркированными пробирками.

4.Водяная баня.

5.Вискозиметр ВЗ-4.

6.Мерный сосуд емкостью 100 мл.

7.Раствор полимера или смола.

Экспериментальная часть

Опыт 1. Определение растворимости полимеров

В пробирки помещают приблизительно по 0,2 г измельченного полимера и наливают по 2 мл растворителей. Пробирки маркируют бумажными этикетками с указанием полимера и растворителя, после чего оставляют в штативе при комнатной температуре, периодически осторожно встряхивая. По истечении часа отмечают характер изменений полимера в пробирках.

Если полимер набухает, но не растворяется, пробирку помещают в водяную баню, предварительно нагретую до 50oC (источник нагрева должен быть отключен) и выдерживают 10-15 мин, наблюдая за изменениями полимера в этих условиях.

По окончании опыта результаты наблюдений за растворимостью полимеров заносят в таблицу 2, руководствуясь данными табл. 1.

 

 

 

 

 

 

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1

 

 

 

 

 

 

Растворимость полимеров

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Полимер

 

 

 

 

Растворитель

 

 

 

 

Полиэтилен, полипропилен

 

Ароматические углеводороды (бензол, толуол, и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

др.), хлорпроизводные углеводородов при

 

 

 

 

 

 

 

 

 

нагревании.

 

 

 

 

 

 

Полиметилметакрилат и другие

 

Ацетон, сложные эфиры (этилацетат и др.),

 

 

полиакрилаты

 

 

 

ароматические

углеводороды,

хлорпроизводные

 

 

 

 

 

 

 

 

 

углеводородов, спирты (метанол, этанол,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

пропанол, бутанол). HF, HCN, H2SO4, HNO3,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H2Cr2O4

 

 

 

 

 

 

Полистирол

 

 

 

 

Ароматические углеводороды,

 

хлорпроизводные

 

 

 

 

 

 

 

 

 

углеводородов

 

 

 

 

 

 

Полиэфирные

смолы

линейного

Низшие спирты, ацетон,

сложные эфиры,

 

 

строения

в

неотвержденном

хлорпроизводные углеводородов

 

 

 

 

состоянии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Жидкие

и

неотвержденные

Ацетон, этиловый спирт

 

 

 

 

 

фенолформальдегидные смолы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Жидкие

и

неотвержденные

Вода

 

 

 

 

 

 

карбамидные смолы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Полиамидные смолы

 

 

Уксусная кислота

 

 

 

 

 

Сложные эфиры целлюлозы

 

Ацетон, сложные эфиры

 

 

 

 

 

Простые эфиры целлюлозы

 

Хлорпроизводные углеводородов

 

 

 

 

Карбоксиметилцеллюлоза,

 

 

Вода

 

 

 

 

 

 

полиакриламид

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Поливинилхлорид

 

 

Хлорпроизводные углеводородов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 2

 

 

 

 

Зависимость растворимости от вида растворителя

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Растворимость

 

 

 

 

 

 

Полимер

 

Растворитель

 

 

 

 

 

 

 

 

Растворяется на

 

Набухает на холоде

Нерастворим

 

 

 

 

 

 

холоде (при нагревании)

 

(при нагревании)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Полимер растворяется полностью, образуя прозрачный бесцветный или окрашенный раствор. Вывод: полимер имеет линейное строение.

2.Образец растворяется не полностью, и на дне пробирки остается твердый осадок. Вывод: материал образца состоит из полимера линейного строения и наполнителя.

3.Образец набухает, но не растворяется. Вывод: полимер имеет пространственное строение с редкой сшивкой линейных участков.

4.Образец не растворяется и не набухает. Вывод: полимер имеет пространственное строение.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]