Moscow, Russian Federation
Moscow, Russian Federation
Moscow, Russian Federation
Moscow, Russian Federation
GRNTI 67.09 Строительные материалы и изделия
BBK 383 Строительные материалы и изделия
Interior paint is important for interior decorating; this is followed by a long time working with the col-oring material and a constant stay in rooms with the paint. Unfortunately, not all paints provide com-fortable and safe use. This article presents the development of eco-friendly water-dispersion paint based on polyvinyl acetate dispersion. This paint provides protection from carcinogenic, mutagenic and toxic effects. The main environmental requirements set by the standards are considered; the con-tent of substances in the paint that harms people is monitored. The influence of some paint compo-nents on person’s functionality and the possibility of their replacing without quality reduction is dis-closed in the paper. The main physical and mechanical properties such as conditional viscosity, densi-ty, mass fraction of nonvolatile substances, coating adhesion, milling degree, resistance to static ac-tion of water and weather resistance are determined. Attention is paid to the applied research meth-ods. As a result of testing, a water-dispersion paint with high technical characteristics is obtained. It can be used in all types of buildings and structures and be recommended for children's, medical and preventive institutions.
paint, interior paint, safety, eco-friendly, facing material, polyvinyl acetate dispersion
В эру экологических катастроф, эпидемий, развитий хронических заболеваний, следует особое внимание уделять безопасности жизнедеятельности человека, в частности огородить его от различных выделений вредных веществ. Повышение эффективности строительных материалов, то есть улучшение существующих или придание им новых свойств – это одна из актуальных задач современного развивающегося производства.
Основной задачей данной работы является разработка компонентного состава стойкой к мокрому истиранию, экологически чистой интерьерной водно-дисперсионной краски на основе поливинилацетатной дисперсии.
Под термином «экологически чистая краска» подразумевается:
- применение экологически совместимых материалов и компонентов;
- при производстве не нанесен вред окружающей среде;
- производимый отделочный материал должен быть нетоксичным, биоразлагаемым, экономически целесообразным и энергосберегающим.
Разрабатываемый отделочный материал должен обладать хорошими физико-механическими свойствами, а показатели, описывающие выделение вредных веществ с готового покрытия и на всех этапах производства, должны соответствовать существующим нормам как российских, так и зарубежных стандартов, а для безукоризненного эффекта экологически чистой краски зачастую быть ниже в десятки и сотни раз [1].
Действующим документом, регламентирующим единые санитарно-эпидемиологические и гигиенические требования к продукции, подлежащей санитарно-эпидемиологическому надзору на территории РФ является Решение Таможенного Союза №299 от 28 мая 2010 г. (далее по тексту РТС №299) будут являться:
- кожно-резорбтивное действие в рекомендуемом режиме применения (отсутствие клинических признаков интоксикации во время экспозиции);
- раздражающие действие на кожные покровы в рекомендуемом режиме применения (0–4 балла);
- сенсибилизирующие действие (допускается наличие аллергенного эффекта, при условии внесения в маркировку средств соответствующих предупреждающих надписей и использования СИЗ);
- содержание формальдегида (не более
0,01 мг/м3); далее по тексту отформатировать;
- содержание стирола (не более 0,002 мг/м3),
- содержание дибутилфталата (не более
0,10 мг/м3);
- содержание ксилола (не более 0,1 мг/м3);
- запах (не более 2 баллов).
Благодаря соответствию заявленным контрольным параметрам, проектируемая краска будет носить рекомендательный характер для внутренних работ в детских, лечебных и профилактических учреждениях [2].
В процессе проведения исследовательской работы, для выявления оптимальной рецептуры были проведены пробные замесы. Получившиеся образцы были испытаны согласно заданным параметрам качества [2]. По результатам выявлены закономерности:
Первое: cтиролакриловую дисперсию (по некоторым данным ее содержание в красках с аналогичными физико-механическими свойствами доходит до 55 %) заменить на поливинилацетатную дисперсию.
Исходя из паспортов безопасности следует, что в стироакриловой дисперсии содержатся вредные вещества, такие как полимеры проп-2-еновой и 2-метилпроп-2-еновой кислот и их производных, проп-2-енонитрил+, стирол. Все перечисленные вещества относятся к разным классам опасности и оказывают раздражающее действие, могут вызвать аллергическую реакцию. Стирол, в частности, обладает мутагенным и канцерогенным эффектом и имеет очень неприятный запах (порог ощущения запаха – 0,07 мг/м3). При хронической интоксикации у рабочих бывают поражены центральная и периферическая нервная система, система кроветворения, пищеварительный тракт, нарушается азотисто-белковый, холестериновый и липидный обмен.
Второе: формальдегид содержащие консерванты заменить на безформальдегидные: микробиоцид на основе изотиазолонов. Известно, что формальдегид является ядом с общим токсическим действием на организм (поражает жизнен важные системы внутренних органов человека, органы зрения, является сильным аллергеном, обладает канцерогенным, тератогенным (воздействие на плод), эмбритоксическим действием). При воздействии формальдегида на клеточном уровне вызывается дефицит молекул АТФ, вследствие чего происходит разрушение нервной ткани и зрительных анализаторов. Заменив его на микробиоцид на основе изотиазолонов, были получены такие положительные качества, как отсутствие ярко выраженного запаха, быстрое высыхание покрытия, пожаробезопасность состава.
К сожалению, абсолютное отсутствие вредных веществ в данном компоненте краски избежать не удастся, но их количественное значение в продукте, без потери физико-механических свойств, не сопоставимо с формальдегидом.
Третье: при подборе рецептуры было принято решение полностью отказаться от использования коалесцентов, главными задачами которых являются объединение частиц дисперсии в однородный слой полимерной пленки, после испарения воды с поверхности покрытия, и общее облегчение процесса коалесценции, путем понижения минимальной температуры пленкообразования. В результате многочисленных опытов была разработана интерьерная краска, стойкая к мытью, а большой процент расхода поливинилацетатной дисперсии на единицу продукта позволил произвести краску без добавления коалесцента, с неизмененными физико-механическими свойствами.
Учитывая ранее описанные особенности состава, в ходе испытаний была выявлена следующая оптимальная рецептура водно-дисперсионной интерьерной краски на поливинилацетатной дисперсии, компоненты данной разработки сведены в таблицу 1.
Для определения технических показателей существует ряд методов испытаний, с помощью которых определяется соответствие краски заданным требованиям [1].
Отбор проб производился по ГОСТ 9980.2 [3].
Для подготовки средней пробы к исследованиям по ГОСТ 28196 п. 4.2 [4] с поверхности материала была удалена пленка, далее испытуемый материал был тщательно перемешен до однородного состояния.
Допускается определять цвет и внешний вид пленки на образцах после испытаний по показателю «Укрывистость высушенной плёнки» по ГОСТ 28196 п.4.3 [4].
Укрывистость высушенной пленки возможно определить двумя методами, а именно:
1. Нанесение материала на лабораторную карту.
2. Нанесение на стеклянную пластинку по ГОСТ 8784 раздел 1 [5].
В данной работе для выявления этой характеристики использовали метод №1: на лабораторную карту с левой стороны с помощью ракли в 1 слой была нанесена исследуемая проба, толщиной 250 мкм; с правой – контрольный образец. После сушки, в течение одного часа проводилось визуальное сравнение исследуемой пробы с контрольным образцом при естественном дневном свете в помещении при температуре воздуха (20±2) °С.
Динамическая вязкость полученной поливинилацетатной краски была измерена с помощью ротационного вискозиметра Haake VT 24.
Ход испытания: пробу материала тщательно перемешивали до однородной массы, избегая образования в ней пузырьков воздуха. Испытания были проведены при температуре воздуха
(20±2) °С. Штифт вращающегося тела погружали в пластмассовый стаканчик, с исследуемой пробой, до метки, далее запускали двигатель. Через одну минуту снимались показания измеряемой величины, со шкалы вискозиметра Haake. После окончания измерения штифт вращающегося тела осторожно промывался водой, чтобы предотвратить его повреждение. Каждое испытание проводилось два раза, а результат испытания был принят как среднее арифметическое число.
Таблица 1
Рецептура водно-дисперсионной краски
|
Компоненты |
Процентное соотношение, % |
|
Вода |
16,00–22,00 |
|
Консервант |
0,10–0,30 |
|
Пеногаситель |
0,10–0,50 |
|
Наполнитель |
20,00–30,00 |
|
Дисперсия ПВА |
30,00–35,00 |
|
Белый пигмент |
13,00–18,00 |
|
Силиконовая добавка |
0,50–1,50 |
|
Модифицирующие добавки |
0,50–1,00 |
Примечание: для сохранения уникальности данной рецептуры процентное соотношение компонентов в таблице приведено с заведомой погрешностью.
Для определения pH-диапазона использовали pH- метр со стеклянным электродом, погрешность измерения не более 0,1, пластмассовый стаканчик (объемом 240 мл, высотой 8,0 см, верхним диаметром 6,7 см, нижним диаметром 5,2 см.), дистиллированная вода по ГОСТ 6709 [14]. Все испытания проводились в соответствии ГОСТ 52020 п. 9.4 [1].
Так же были проведены исследования по определению массовой доли нелетучих веществ по ГОСТ 31939 [6].
Для обработки результатов массовую долю нелетучих веществ (X), в процентах, рассчитывали по следующей формуле
X = 
(1),
где m1 – масса пробы, взятая для испытания, г;
m2 – масса сухого остатка, г.
За результат анализа приняли среднее арифметическое результатов двух параллельных определений. Окончательный результат округлили до десятых долей.
Плотность определена по ГОСТ Р 53654.1 [7], адгезию покрытия испытывали согласно ГОСТ 31149 [8], степень перетира по ГОСТ 31973-2013 [9], стойкость к статическому воздействию воды по ГОСТ 9.403. метод А [10], сопротивление паропроницаемости по ГОСТ 25898[11], условную светостойкость покрытия по ГОСТ 21903 [12], атмосферостойкость по ГОСТ Р 52020 п.9.7 [1]. Контроль концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны определялся по ГОСТ 12.1.014 [13].
Данные испытаний были сведены в табл. 2.
Согласно результатам испытаний, типовые образцы указанной продукции были подвергнуты испытаниям на соответствие Единым санитарно-эпидемиологическим и гигиеническим требованиям, утвержденным решением
ТС № 299.
По результатам проведенных испытаний продукции отклонений от Единых санитарно-эпидемиологических и гигиенических требований [2] не установлено.
В результате исследований была получена рецептура покрытия, которое:
- Не содержит токсинов;
- Не имеет ярко выраженного запаха;
- Быстро сохнет;
- Пожаробезопасное;
- Высокая адгезия и хорошая стойкость к щелочи;
- Стойкость к мокрому истиранию;
- Шелковисто-матовая
Учитывая процентное соотношение сырья, способ применения, при использовании краски вредные вещества в воздух рабочей зоны не выделяются. В процессе производства лакокрасочного покрытия краска не создает в атмосферном воздухе специфического запаха, превышающего допустимую норму. Из готового к эксплуатации покрытия химические вещества в атмосферный воздух также не выделяются. В результате проведенной работы нами был получен готовый к применению стойкой к мокрому истиранию, экологически чистый материал на основе поливинилацетатной дисперсии, обеспечивающей защиту человека от канцерогенного, мутагенного и токсического воздействия.
Данная водно-дисперсионная краска на основе поливинилацетатной дисперсии может использоваться для внутренних работ во всех типах зданий и сооружений, не нарушая экологическую составляющую обрабатываемой поверхности. Полученная краска образует стойкое покрытие и носит рекомендательный характер для детских дошкольных и образовательных учреждений, для реставрационных работ, культурно-массовых и жилых типов зданий.
Таблица 2
Физико-механические показатели водно-дисперсионной краски
|
Наименование показателей |
Значение |
Методы испытаний |
|
1. Внешний вид плёнки |
После высыхания композиция должна образовывать плёнку с ровной однородной матовой поверхностью |
По ГОСТ 29319 |
|
2. Цвет плёнки и краски |
Должен находиться в пределах допустимых отклонений, установленных контрольными образцами |
|
|
белый |
||
|
3. Укрывистость высушенной плёнки: 3.1. Метод нанесения 3.2. Метод нанесения на стеклянную пластинку, г/м2, не более |
Должна находиться в пределах допускаемых отклонений, установленных контрольными образцами |
По ГОСТ 8784 |
|
200,00 |
||
|
4. Динамическая вязкость по вискозиметру Хааке, мПa·с, при температуре (20±2) °С, не менее |
325,00 |
Inhous* |
|
5. Плотность, г/см3 , не менее |
1,45 |
По ГОСТ 31992.1 |
|
6. рН, при температуре (20±2) °С, не менее |
8,00 |
По ГОСТ 52020 п.9.4 |
|
7. Массовая доля нелетучих веществ, % не менее |
60,00 |
По ГОСТ 31939 |
|
8. Адгезия покрытия, баллы, не более: -к штукатурке |
1 |
По ГОСТ 31149 |
|
9. Адгезия покрытия, Мпа, не менее -к бетону |
0,8 |
По ГОСТ 28574 |
|
10. Условная светостойкость |
24 |
По ГОСТ 21903
|
|
11. Время высыхания до степени три при температуре (20±2) °С, ч, не более |
1 |
По ГОСТ 19007 |
|
12. Степень перетира, мкм, не более |
70 |
По ГОСТ Р 52753 |
|
13. Смываемость пленки, г/м2, |
3,5 |
По ГОСТ Р 52020 п.9.5 |
|
14. Стойкость к статическому |
12 |
По ГОСТ 9.403, метод А |
|
15. Атмосферостойкость, срок службы, год, в условиях У1, ХЛ1, УХЛ1 У2,У3, ХЛ2,УХЛ2,ХЛ3, УХЛ3 |
Ограниченно атмосферостойкое
2 |
По ГОСТ Р 52020 п. 9.7 |
*Inhous – стандарт, введенный внутри организации и не выходящий за ее рамки
Таблица 3
Результаты испытаний на соответствие санитарно-эпидемиологическим
и гигиеническим требованиям
|
№ |
Определяемые показатели |
Ед. измерения |
Значение и допуск показателя «не более» |
НД на метод испытания |
Результаты испытаний |
|
1 |
Кожно-резорбтивное действие в рекомендуемом режиме применения |
|
Отсутствие клинических признаков интоксикации во время экспозиции |
МУ 2196-80 |
Резорбтивное действие не выявлено |
|
2 |
Раздражающее действие на кожные покровы в рекомендуемом режиме применения |
балл |
0–4 |
МУ 2196-80 |
2 |
|
3 |
Сенсибилизирующее действие |
|
Допускается наличие аллергенного эффекта, при условии внесения в маркировку средств соответствующих предупреждающих надписей и использования СИЗ |
МУ 1.1.568-96 |
Сенсибилизирующее действие выявлено |
|
4 |
Формальдегид |
мг/м3 |
0,01 |
РД 52.04.186-89 |
<0,01 |
|
5 |
Стирол |
мг/м3 |
0,002 |
МУК 4.1.3171-14 |
<0,001 |
|
6 |
Дибутилфталат |
мг/м3 |
0,10 |
ГОСТ ИСО 16017-2007 |
<0,05 |
|
7 |
Ксилол |
мг/м3 |
0,1 |
МР 01.023-07 |
<0,1 |
|
8 |
Запах |
мг/м3 |
2 |
МУ 2.1.2.1829-04 |
1 |
1. GOST R 52020-2003 Waterdispersible paint materials. General specifications.
2. Uniform sanitary-epidemiological and hygienic requirements for goods subject to sanitary and epidemiological supervision (control), approved. Decisions of the Commission of the Customs Union No. 299 of May 28, 2010 (Chapter 2, Section 5).
3. GOST 9980.2-2014 Paint materials and raw materials for them. Sampling, examination and preparation of test samples.
4. GOST 28196-89 Water-dispersion paints. Specifications.
5. GOST 8784-75 Paint materials. Methods for determination of hiding power.
6. GOST 31939-2012 (ISO 3251:2008) Paint materials. Determination of non-volatile-matter mass fraction.
7. GOST R 53654.1-2009 Paint materials. Method for determination of density. Part 1. Pyknometer method.
8. GOST 31149-2014 (ISO 2409:2013) Paint materials. Determination of adhesive by cross-cut method.
9. GOST 31973-2013 (ISO 1524:2000, MOD) Paint materials. Method for determination of fineness of grind.
10. GOST 9.403-80 Unified system of corrosion and ageing protection. Paint coatings. Test methods for resistance to liquid static effect.
11. GOST 25898-2012 Building materials and products. Methods for determination of water vapour permeability and steam-tightness.
12. GOST 21903-76 Paint materials. Methods of relative light-fastness determination.
13. GOST 12.1.014-84 Occupational safety standards system. Air in the zone of operation. Method of measuring unhealthy matters concentration using indicator tubes.
14. GOST 6709-72 Distilled water. Specifications.
