Анализ методов оценки колориметрических характеристик полимерных композитов, экспонированных в натурных климатических условиях

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Известно, что полимерные композиционные материалы обладают низкой стойкостью к воздействию натурных климатических факторов. Процессы деструкции, протекающие в полимерных покрытиях, приводят к снижению не только упруго-прочностных, но и декоративных характеристик, что требует создания методики экспресс-оценки показателей качества поверхности изделий.

Ряд исследований, проведенных в области старения полимеров [1 - 5], показал, что практически все полимерные материалы обладают низкой стабильностью свойств во времени. Под действием солнечного света, кислорода воздуха, тепла, механических напряжений и других факторов полимерные материалы стареют - в них протекают процессы деструкции, сопровождающиеся изменением их химической и физической структур. Различное сочетание этих факторов существенно зависит от климатической зоны, а их действие носит непостоянный характер в течение длительного времени эксплуатации. полимерный цветовой композиционный

На сегодняшний день существует три основных способа определения и описания цвета покрытия [1]:

· визуальное определение и соответствующее ему описание;

· сравнение с контрольным образцом (эталоном);

· количественное измерение и числовое выражение.

Визуальный способ описания цвета покрытия основан на таком физиологическом свойстве организма человека как цветоощущение. Количество цветных оттенков, воспринимаемых глазом, очень велико, однако большое значение в цветовосприятии имеет состояние нервной системы человека; кроме того, существуют различные расстройства цветного зрения врожденного или приобретенного характера. Поэтому визуальное описание цвета лакокрасочного покрытия является условным и напрямую зависит от цветоощущения исследователя.

В предыдущие годы достаточно широкое распространение при определении цвета лакокрасочных покрытий получил метод сравнения испытуемых покрытий с эталонами, представленными в картотеках цветов. Каждому цвету соответствует определенный условный номер, обозначены колориметрические характеристики, определенные на основании замеров накраски образца при освещении его стандартным источником [1]. В ГОСТ 29319-92 «Материалы лакокрасочные. Метод визуального сравнения цвета» изложены требования, предъявляемые к эксперту, цвету его одежды и окружающих предметов, а также перечень тестов, которые он должен пройти для получения допуска к работе. Кроме того, при проведении исследований особое внимание должно уделяться характеристикам освещения и условиям осмотра, что создает дополнительные трудности при проведении исследований данным методом.

Учитывая определенную условность и субъективность двух первых способов описания цвета, существенным образом зависящих от личных особенностей зрения исследователя, были разработаны методики, основанные на получении количественных измерений и числовых выражений цвета. Широкое применение для количественного измерения цвета получила колориметрическая система, утвержденная Международной осветительной комиссией (МОК) в 1931 году. В качестве основных инструментов исследования при использовании данного подхода применяют колориметры и спектрофотометры, обладающие, однако, достаточно высокой стоимостью, что несколько затрудняет широкое использование.

Для решения данной проблемы в последние годы все чаще предлагается использовать компьютерные технологии [6 - 11]. В основе предлагаемых подходов лежит возможность получения растрового изображения структуры материала при сканировании изучаемой поверхности, выражаемой в виде функции цвета. При цветном варианте сканирования, используя определенную цветовую модель, появляется возможность разложить каждый цвет на составляющие и спектры определенной частоты, анализ которых дает возможность получить объективные данные о декоративных характеристиках лакокрасочного покрытия.

Несмотря на схожесть подходов к оценке свойств лакокрасочных покрытий методом прямого сканирования поверхности образцов, для описания цвета используются различные цветовые модели: Lab, RGB, HSB, CMYK и т.д. Проведенный в работах [3, 9] анализ используемых для описания цвета моделей (Lab, RGB, HSB, CMYK) показал, что защитные покрытия, используемые в строительстве, в том числе и пигментированные, так же как и краски, используемые в полиграфии, отражают световое излучение и должны описываться субтрактивной моделью CMYK.

В качестве объектов исследования использовались составы защитно-декоративных покрытий на основе: эпоксидной смолы ЭД-20 (ГОСТ 10587-84), модифицированной эпоксидной смолы Этал 247 (ТУ 2257-247-18826195-07), а также смолы ЭД-20 в сочетании с активным разбавителем эпоксидных смол Этал-1. Экспонирование образцов в натурных климатических условиях проводилось на открытой испытательной площадке эколого-метеорологической лаборатории Мордовского государственного университета им. Н.П. Огарёва. Для каждого из исследуемых составов параллельно исследовалось по 5 образцов.

При проведении экспериментальных исследований использовались спектрофотометр CD-6834 spectro-guide sphere gloss и указанный выше программный комплекс. Расчет цветовых различий при использовании спектрофотометра проводился по формулам ГОСТ Р 52490-2005 в системе МКО 1976 г. При проведении исследований для каждого образца осуществлялось по 10 измерений. Установлено повышение данной характеристики с увеличением длительности натурного экспонирования, наиболее ярко проявляющееся для состава на основе связующего Этал-247.

Для оценки изменения декоративных характеристик защитно-декоративных покрытий под действием климатических факторов был использован программный комплекс «Статистический анализ цветовых составляющих лакокрасочных покрытий» [12]; методика исследования приведена в работе [3]. Сканирование образцов выполнялось с помощью полноцветного планшетного сканера Epson Perfection V330 Photo с разрешением 2400 dpi. Размер сканируемого участка составлял 20Ч20 мм, что позволило на одном образце проводить анализ 18892 пикселей.

Анализ изменения кривых распределения цветовой насыщенности образцов на основе полимерных связующих, экспонированных в натурных условиях, показал, что наибольшей стойкостью обладает состав на основе эпоксидной смолы ЭД-20 с содержанием 10 %-ного активного разбавителя Этал-1. Для композита с 25 %-ным содержанием Этал-1 и состава на основе модифицированной эпоксидной смолы Этал 247 наблюдается снижение насыщенности цвета уже через 60 суток.

Рис. 1. Корреляционная зависимость между насыщенностью цвета (метод прямого сканирования) и различием в цветовом тоне (ГОСТ Р 52490-2005)

Из анализа корреляционной зависимости, представленной на рис. 1, выявлена тесная связь между насыщенностью цвета (метод прямого сканирования) и различием в цветовом тоне, определенным с помощью спектрофотометра по ГОСТ Р 52490-2005. Наблюдается линейная корреляция между исследуемыми величинами с . Тесная связь получаемых разными способами характеристик, а также несомненные преимущества метода прямого сканирования по скорости, трудоемкости и объемам получаемых результатов, свидетельствуют о целесообразности его широкого внедрения в практику научных и сертификационных исследований.

С момента разработки ПК «Статистический анализ цветовых составляющих лакокрасочных покрытий» были проведены многочисленные исследования изменения цветовой насыщенности защитных покрытий на основе акриловых, эпоксидных, уретановых, эпоксиуретановых и других видов связующих. Экспериментально подтверждено, что получение достоверной информации о декоративных характеристиках защитно-декоративных покрытий возможно лишь на основе статистического анализа результатов экспериментальных исследований. Разработанный программный комплекс и методика оценки изменения показателей качества поверхности защитно-декоративных покрытий, основанная на анализе кривых распределения насыщенности цвета, рекомендуются к использованию при изучении влияния агрессивных факторов, в том числе климатических, на декоративные характеристики строительных композитов.

Литература

1. Карякина М.И. Испытание лакокрасочных материалов и покрытий / М.И. Карякина. - М.: Химия, 1988. - 272 с.

2. Павлов И.Н. Старение пластмасс в естественных и искусственных условиях / И.Н. Павлов. - М.: Химия, 1982. - 220 с.

3. Низина Т.А. Защитно-декоративные покрытия на основе эпоксидных и акриловых связующих / Т.А. Низина. - Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2007. - 258 с.

4. Анализ декоративных характеристик эпоксиуретановых покрытий, работающих в условиях воздействия ультрафиолетового облучения / Т.А. Низина, А.Н. Зимин, В.П. Селяев, Д.Р. Низин // Известия КазГАСУ. - 2011. - № 3. - С. 139 - 144.

5. Селяев В.П. Сопротивление полиуретановых композитов действию УФ-облучения / В.П. Селяев, Т.А. Низина, Е.А. Егунова // Региональная архитектура и строительство. - Пенза: Изд-во ПГУАС, 2012. - №1. - С. 4 - 9.

6. Фролкин О.А. Компьютерное моделирование и анализ структуры композиционных материалов: дис. … канд. техн. наук / О.А. Фролкин. - Саранск, 2000. - 223 с.

7. Оценка декоративных свойств лакокрасочных покрытий / В.И. Логанина, В.А. Смирнов, С.Н. Кислицына и др. // Лакокрасочные материалы и их применение. - 2004. - № 8. - С. 10-12.

8. Селяев В.П. Использование метода прямого сканирования для оценки изменения цветовых характеристик лакокрасочного покрытия под действием климатических факторов / В.П. Селяев, Т.А. Низина, Н.О. Зубанкова // Вестник отделения строительных наук РААСН. Вып. 8. - М., 2004. - С. 355-361.

9. Низина Т.А. Экспериментально-теоретические основы прогнозирования и повышения долговечности защитно-декоративных покрытий: дис. ... д-ра техн. наук / Т.А. Низина. - Саранск, 2007. - 408 с.

10. Селяев В.П. Методика обобщенной оценки декоративных характеристик лакокрасочных покрытий на основе компьютерных технологий / В.П. Селяев, Т.А. Низина, Н.О. Зубанкова // Известия вузов. Строительство. -2008. - № 6. - С. 40-45.

11. Селяев В.П. Метод компьютерного экспресс-анализа декоративных характеристик защитных покрытий / В.П. Селяев, Т.А. Низина, Е.А. Егунова // Вестник МГСУ. - 2012. - №1. - С. 153-158.

12. Статистический анализ цветовых составляющих лакокрасочных покрытий / В.П. Селяев, Т.А. Низина, Н.О. Зубанкова, Ю.А. Ланкина // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2006610820 от 28.02.2006 г. в Роспатенте по заявке № 2005613472 от 29.12.2005 г.

Размещено на Allbest.ru