университет имени Н.П. Огарёва», Россия, Саранск

УДК 621.7.015:620.193.4
Селяев Владимир Павлович
ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный
университет имени Н.П. Огарёва», Россия, Саранск,
академик РААСН, д.т.н., профессор, заведующий кафедрой
«Строительные конструкции»
Низин Дмитрий Рудольфович
ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный
университет имени Н.П. Огарёва», Россия, Саранск,
аспирант
Чернов Алексей Николаевич
ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный
университет имени Н.П. Огарёва», Россия, Саранск,
аспирант
Карпов Дмитрий Сергеевич
ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный
университет имени Н.П. Огарёва», Россия, Саранск,
бакалавр
Ситникова Ольга Николаевна
ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный
университет имени Н.П. Огарёва», Россия, Саранск,
бакалавр
АНАЛИЗ МЕТОДОВ ОЦЕНКИ КОЛОРИМЕТРИЧЕСКИХ
ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИТОВ,
ЭКСПОНИРОВАННЫХ В НАТУРНЫХ
КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ
Аннотация. Приведены результаты исследования изменения колориметрических
характеристик защитно-декоративных полимерных покрытий на основе эпоксидных
связующих, экспонированных в условиях воздействия натурных климатических
факторов.
Ключевые слова: защитно-декоративные покрытия, эпоксидные связующие,
колориметрия, полное цветовое различие, различие в цветовом тоне.
Selyaev Vladimir Pavlovich
Federal State-Funded Educational Institution of Higher Professional Education
«Ogarev Mordovia State University», Russia, Saransk,
Academician RAACS, Doctor of Technical Sciences, Professor,
Head of the Department of «Building Construction»
Nizin Dmitriy Rudolfovich
Federal State-Funded Educational Institution of Higher Professional Education
«Ogarev Mordovia State University», Russia, Saransk,
Postgraduate student
Chernov Alexey Nikolaevich
Federal State-Funded Educational Institution of Higher Professional Education
«Ogarev Mordovia State University», Russia, Saransk,
Postgraduate student
Karpov Dmitriy Sergeevich
Federal State-Funded Educational Institution of Higher Professional Education
«Ogarev Mordovia State University», Russia, Saransk,
Bachelor
Sitnikova Olga Nikolaevna
Federal State-Funded Educational Institution of Higher Professional Education
«Ogarev Mordovia State University», Russia, Saransk,
Bachelor
ANALYSIS OF EVALUATION METHODS
OF POLYMER COMPOSITES COLORIMETRIC CHARACTERISTICS
EXIBITED IN NATURAL CLIMATE CONDITIONS
Annotation. Shown the research results of changes in colorimetric characteristics of
protective and decorative coatings based on epoxy resins, which exposed under the impact of
natural climatic factors.
Keywords: protective and decorative coatings, epoxy resins, colorimetry, full color
difference, the difference in color tone.
Известно, что полимерные композиционные материалы обладают низкой
стойкостью к воздействию натурных климатических факторов. Процессы деструкции,
протекающие в полимерных покрытиях, приводят к снижению не только упругопрочностных, 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.
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 защитнодекоративных 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 20×20 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 𝑅 2 = 0,88.
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 УФоблучения / 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.