ПОВЫШЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ К МЕХАНИЧЕСКИМ ВОЗДЕЙСТВИЯМ И АГРЕССИВНЫМ СРЕДАМ ЭПОКСИДНЫХ ПОКРЫТИЙ НАНОЧАСТИЦАМИ РАЗНОЙ ПРИРОДЫ

УДК 678.06:544.72

 

Прокопчук Николай Романович – член-корреспондент Национальной академии наук Беларуси, доктор химических наук, профессор, профессор кафедры полимерных композиционных материалов. Белорусский государственный технологический университет (220006, г. Минск, ул. Свердлова, 13а, Республика Беларусь). E-mail: nrprok@mail.com

Клюев Андрей Юрьевич – доктор технических наук, профессор кафедры технологии деревообрабатывающих производств. Белорусский государственный технологический университет (220006, г. Минск, ул. Свердлова, 13а, Республика Беларусь). E-mail: andrey_kluev_bstu@mail.ru Лаптик Инна Олеговна – инженер кафедры полимерных композиционных материалов. Белорусский государственный технологический университет (220006, г. Минск, ул. Свердлова, 13а, Республика Беларусь). E-mail: inna.laptik@yandex.ru

 

DOI: https://doi.org/ 10.52065/2520-2669-2024-277-5.

 

Ключевые слова: эпоксидная смола, отвердитель, пластификатор, наноалмазные частицы, наночастицы TiO2 и ZnO, адгезия, твердость, прочность при ударе.

 

Для цитирования: Прокопчук Н. Р., Клюев А. Ю., Лаптик И. О. Повышение устойчивости к механическим воздействиям и агрессивным средам эпоксидных покрытий наночастицами разной природы // Труды БГТУ. Сер. 2, Химические технологии, биотехнологии, геоэкология. 2024. № 1 (277). С. 43–49. DOI: 10.52065/2520-2669-2024-277-5.

 

 Аннотация

Разработаны нетоксичные эпоксидные композиции для противокоррозионной обработки металлов на основе эпоксидной смолы ЭД-20 и нового отвердителя – канифолетерпеностирольномалеинового аддукта (КТСМА), получаемого из возобновляемого растительного сырья. Для повышения устойчивости отвержденной смолы к ударным нагрузкам в композиции смола – отвердитель вводили пластификатор ДЭГ-1 в количестве 7% от массы смолы. Отвердитель КТСМА в своем составе имеет функциональные ангидридные и карбоксильные группы, необходимые для взаимодействия с эпоксидными и гидроксильными группами эпоксидной смолы с образованием пространственной сшитой структуры покрытия. Для повышения устойчивости к механическим воздействиям и химическим агрессивным средам покрытия по стали модифицированы наночастицами различной природы: оксидами цветных металлов TiO2, ZnO и ультрадисперсным алмазом УДА. Установлено, что наномодифицирование разработанных композиций наночастицами TiO2, ZnO и ударопрочными алмазами (УДА СП, АШ-А) в сверхмалых количествах (0,005; 0,010; 0,020 мас. %) позволяет существенно повысить эксплуатационные свойства антикоррозионных покрытий. Возрастает твердость покрытий с 0,2 до 0,71 отн. ед. при содержании 0,02 мас. % УДА; до 0,80 отн. ед. при содержании 0,005 мас. % TiO2 и 0,02 мас. % ZnO. Повышается прочность при ударе с 30 до 90 см при введении 0,01 мас. % УДА СП, 0005 мас. % TiO2, 0,02 мас. % ZnO. Улучшается адгезия покрытий с 4 до 1 балла при введении 0,01 мас. % УДА СП, 0005 мас. % TiO2, 0,01 мас. % ZnO. По эффективности повышения стойкости покрытий к воде и 3%-ному водному раствору хлорида натрия наночастицы располагаются в ряду TiO2 > ZnO > УДА. Предложена гипотеза образования надмолекулярной структуры разработанных покрытий по типу взаимопроникающих сеток. Наночастицы, имея на своей поверхности функциональные полярные группы и нескомпенсированный электрический заряд, активно взаимодействуют с олигомерными молекулами эпоксидной смолы по ее функциональным эпоксидным и гидроксильным группам, образуя пространственную систему физических связей, дополнительных к химическим связям отвердителя КТСМА и молекул эпоксидной смолы. Образование физических связей между функциональными группами эпоксидной смолы ЭД-20 и наночастицами доказано увеличением динамической вязкости на ротационном вискозиметре Брукфильда DV-II+Pro. Рост вязкости значительный: с 15 до 25–29 мПа·с.

 Скачать

Список литературы

  1. Свистков А. Л., Елисеева А. Ю., Кондюрин А. В. Математическая модель реакции отверждения ЭД-20 с отвердителем ТЭАТ-1 // Вестник Пермского университета. Физика. 2019. № 1. C. 9–16.
  2. Разработка коррозионностойких материалов с использованием эпоксидной смолы ЭД-20, модифицированной винифлексом / Зо У Хлаинг [и др.] // Клеи. Герметики. Технологии. 2020. № 10. С. 38–41.
  3. Подготовка и характеризация механических свойств нанокомпозитов TiO2/эпоксидная смола методами дифференциальной сканирующей калориметрии и спектроскопии комбинационного рассеяния света / L. Merad [и др.] // Журнал прикладной спектроскопии. 2019. № 1. С. 78–83.
  4. Бормотов А. Н. Оптимизация полимерной матрицы эпоксидных композитов // Международный научно-исследовательский журнал. 2022. № 1. 115 с.
  5. Сызранцев В. В. Вариация свойств отвержденной эпоксидной смолы с наночастицами различных методов синтеза // Нанофизика и наноматериалы: сб. науч. тр. Междунар. симпоз., СанктПетербург, 23–24 ноября 2022 г. СПб., 2022. С. 280–285.
  6. Ганзуленко О. У., Маскова М. С., Иванцова Н. Ю. Опыт применения наноразмерных покрытий в различных отраслях промышленности // Нанофизика и наноматериалы: сб. науч. тр. Междунар. симпоз., Санкт-Петербург, 23–24 ноября 2022 г. СПб., 2022. С. 87–92.
  7. Помогайло А. Д., Розенберг А. С., Уфлянд И. Е. Наночастицы металлов в полимерах. М.: Химия, 2000. 401 с.
  8. Ли Х., Невилле К. Эпоксидные смолы // Энциклопедия полимеров. М.: Большая Советская энциклопедия, 1971. Т. 3. С. 992–1001.
  9. Марголин В. И., Мироненко И. Г., Иванов А. А. Развитие нанотехнологий на основе нанокомпозитов. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2016. 190 с.
  10. Влияние многократного отверждения на механические характеристики эпоксидной матрицы и ее адгезию к волокнам / П. М. Путилина [и др.] // Клеи. Герметики. Технологии. 2021. № 11. С. 12–19.
  11. Улучшение механических свойств эпоксидных покрытий по металлу наночастицами разной природы / Н. Р. Прокопчук [и др.] // Цветные металлы. 2023. № 8. С. 25–29.
  12. Радбиль А. Б., Клюев А. Ю., Прокопчук Н. Р. Разработка научно-прикладных основ глубо-кой и комплексной переработки живицы сосны обыкновенной Pinus Silvestris L. Минск: БГТУ, 2021. 312 с.
  13. Клюев А. Ю., Прокопчук Н. Р. Новые направления переработки и использования сосновой живицы. Минск: БГТУ, 2020. 412 с.
  14. Улучшение свойств покрытий по металлу наноалмазными частицами / Н. Р. Прокопчук [и др.] // Цветные металлы. 2021. № 6. С. 55−58.
  15. Сызранцев В. В. Улучшение свойств полимерной эпоксидной матрицы добавками нанооксидов алюминия и кремния // Цветные металлы. 2023. № 8. С. 34–38.

Поступила 15.11.2023