Проекты

Комбинирование анионных и неионогенных смачивателей для использования в лакокрасочных рецептурах

Работа призёра конкурса проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «Прикладная химия, физическая химия» среди работ учащихся 10–11 классов

Направление работы: Инженеры
Авторы работы: ГБОУ Школа № 507
Предметы: Физика, Химия
Классы: 10 класс
Мероприятия: Конкурс проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» 2021 года

Актуальность

Краски на основе летучих органических растворителей менее экологичны, чем краски на водной основе, однако они хорошо распределяются по твёрдым гидрофобным поверхностям. Краски на водной основе хоть менее токсичны и горючи, но хуже смачивают поверхности, что ведёт к образованию дефектов покрытия. Для улучшения смачивания применяются поверхностно активные вещества.

Поверхностно активные вещества (ПАВ) влияют не только на поведение краски в течение срока службы сформированного покрытия, но и на начальное агрегирование и плёнкообразование краски.

Переход на экологичные краски на водной основе требует поиска смачивающих систем на базе экологичных ПАВ, которые будут обладать высокой поверхностной активностью и высокой скоростью адсорбции. Известно, что смеси ПАВ могут обладать лучшими характеристиками, чем каждый ПАВ по отдельности, поэтому в своей работе мы будем получать комбинации на основе разных ПАВ, для того чтобы потом их можно было применять в лакокрасочных композициях на водной основе.

Цель

Добиться лучших характеристик ПАВ путём комбинирования анионных и неионогенных смачивателей для применения в лакокрасочных рецептурах.

Задачи

  1. Исследовать индивидуальные характеристики ПАВ.
  2. Исследовать характеристики смесей ПАВ с различной концентрацией активного компонента.
  3. Добиться лучших характеристик путём создания комбинаций ПАВ.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

Посуда:

  • Химические стаканы
  • Мерные колбы
  • Мерные цилиндры
  • Чашки Петри
  • Стеклянные палочки

Оборудование:

  • Тензиометр
  • Технические весы
  • Аналитические весы
  • Термометры

Описание

Работа выполнялась на базе детского технопарка «Альтаир» (МИРЭА – Российский технологический университет) в кластере лабораторий «Биохимические и химические технологии» под руководством преподавателя технопарка.

На первом этапе работы автор приготовил индивидуальные растворы трёх ПАВ и изучил их характеристики. Автором были сделаны выводы, что неионогенные (дешёвые) ПАВ понижают поверхностное натяжение хуже, чем анионные (дорогие), тем самым автор доказал, что анионный ПАВ является лучшим из выбранных ПАВ, следовательно является эталоном.

На втором этапе работы автор сделал растворы комбинаций и исследовал их характеристики. По результатам автор делает вывод, что комбинация № 1 намного лучше растекается, однако немного хуже по снижению поверхностного натяжения, из этих соображений автор решает сосредоточиться на комбинации № 1 и довести концентрацию, похожую на ту, которая используется в лакокрасочной рецептуре, и изучить кинетику растекания, чтобы убедиться в подлинности эффективности комбинации.

В итоге автором было выявлено, что лучшими характеристиками обладает комбинация 40% анионного ПАВ + 60% неионогенного ПАВ 1, а лучшей комбинацией, которая подходит под свойства нашего эталона и дешевле, чем предыдущая, является 10% анионного ПАВ + 90% неионогенного ПАВ 1 с характеристиками: коэффициент смачивания – 1,38 (кинетика растекания) и поверхностное натяжение – 28,7 мН/м.

Результаты работы/выводы

Наилучшими характеристиками обладает комбинация № 1. Комбинирование 10% активного компонента с 90% неионогенным ПАВ 1 позволяет приблизиться к эффективности индивидуального активного компонента, наилучшим соотношением в комбинации является 40% анионного ПАВ и 60% неионогенного ПАВ. Перспективным является добавить комбинацию ПАВ с наилучшим соотношением в лакокрасочную рецептуру и оценить, как это будет влиять на распределение краски по различным поверхностям, особенно гидрофобным.

Перспективы использования результатов работы

Сама по себе идея создания красок на водной основе является не новой, но есть перспектива для дальнейшего развития темы: можно рассматривать разные ПАВ, изучать свойства других комбинаций и исследовать влияние полученных смачивающих комбинаций на характеристики лакокрасочной рецептуры, исследовать характеристики от температуры.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

РТУ МИРЭА

Мнение автора о своей работе, проекте «Инженерный класс в московской школе», конференции «Инженеры будущего», пожелания

«Открытая городская научно-практическая конференции «Инженеры будущего» даёт много возможностей: найти себя, изучить новое, показать себя, что в наше время так важно»