Сб. тезисов Наукоемкие технологии 20 марта 2014

латексов и повышением степени упорядоченности укладки частиц в высыхающих пленках, что способствует повышению их свойств.

Вероятно, в случае твердости и предела прочности при растяжении (рис.2,3) в определенном диапазоне рН преобладает действие данного фактора, в результате чего имеет место их возрастание. Как видно, в большей степени этот эффект характерен для пленок на основе латекса А2ФР, что обусловлено его высокой дисперсностью и большим проявлением действия рН на параметры структуры, определяющие ее плотность.

Показатель прозрачности латексных пленок в увлажненном состоянии характеризует плотность структуры. Как видно из рис. 4, для пленок на основе латекса А2ФР, имеющего высокую плотность структуры, влияние рН практически не проявляется. В случае латекса АКФ3М2, пленки которого изначально имеют менее плотную структуру, наблюдается повышение прозрачности увлажненных пленок при увеличении рН, что является свидетельством уплотнения их структуры.

Рисунок 4 – Изменение прозрачности пленок на основе безэмульгаторных латексов при повышении рН

Таким образом, можно заключить, что повышение рН безэмульгаторных латексов карбоксилированных акрилатных сополимеров является достаточно эффективным методом повышения их устойчивости и свойств пленок на их основе, что позволяет расширить их возможности как пленкообразующих систем для полимерных композиционных материалов.

Литература

1.Толмачев И. А., Петренко Н. А. Водно-дисперсионные краски. – М.: Пэйнт-Медиа, 2010. 106 с.

2.Нейман Р.Э. Практикум по коллоидной химии (коллоидная химия латексов и поверхностно-активных веществ). – М.: Высшая шко-

ла,1971.176 с.

101

УДК 667.6

ЗАЩИТНЫЕ УФ-ОТВЕРЖДАЕМЫЕ ПОКРЫТИЯ

О. Э. Бабкин, Л. А. Бабкина, Н. Н. Казаченко

Санкт-Петербургский государственный университет кино и телевидения

Аннотация. Статья посвящена изучению возможности использования кремнийорганического модификатора в композициях с использованием технологии УФ-отверждения. Изучено влияние триалкоксисилана на свойства УФ-отверждаемых двухкомпонентных покрытий.

Ключевые слова: двойное УФ-отверждение, силаны, паропроницаемость, поверхностная энергия.

Сегодня широко применяются УФ-отверждаемые системы. Материалы, которые не содержат растворителей и могут полимеризоваться с использованием ультрафиолетовой энергии, обладают рядом преимуществ: большая производительность, невысокие затраты энергии, экологичность.

Разработка УФ-покрытий двойного отверждения, которые в начале отверждаются в течение нескольких секунд под действием УФ-излучения, а затем в течение нескольких часов в затененных зонах за счет взаимодействия NCO/OH групп олигомеров, значительно расширило возможности применения УФ-технологий, позволив окрашивать изделия сложных конфигураций [1].

В последние годы в производстве лакокрасочных материалов широко используются модификаторы, представляющие собой соединения кремнийорганической природы, в частности органоалкоксисиланы. Они имеют общую формулу R-Si(OR1)3, где OR1 – алкоксигруппа (метокси-, этокси- и др.), а R – органический радикал (алифатический, ароматический), и сочетают таким образом в своей структуре органическую группу и алкоксильные группы, связанные с атомом кремния. Это делает возможным их использование для создания органо-неорганических гибридных полимерных покрытий.

Создание олигомеров, содержащих группы с двойными связями и изоцианатные группы (рис. 1), позволило получать покрытия с использованием технологии УФ-отверждения.

102

нальностью 2 по изоционатным группам) и различных гидроксилсодержащих сложных полиэфиракрилатов. Компонент А – сложный гидроксилсодержащий полиэфиракрилат с молекулярной массой 1500 г/моль, содержащий 7,5 С=С-связей, функциональность равна 1 по гидроксильным группам. Компонент В – сложный гидроксилсодержащий полиэфиракрилат, содержит 4,6 С=С-связей, с молекулярной массой 1000 г/моль, функциональность по гидроксильным группам равна 1. Характеристики используемых олигомеров указаны в табл.1.

Таблица 1 – Характеристики применяемых полиэфиракрилатов в композициях двойного УФ-отверждения

Эти компоненты брались в соотношении NCO/OH (1:1) и в количестве с превышением гидроксилсодержащего компонента на 20%.

Для повышения физико-механических характеристик покрытий, увеличения водо- и солестойкости проводилась модификация кремнийорганическими соединениями винилтриэтоксисилана и винилтри(2- метоксиэтокси)силана (табл. 2) этих композиций. Получили композиции с разной степенью модификации (0, 2, 5, 7 и 10% по весу).

Таблица 2 – Характеристики кремнийорганических модификаторов

104

Композиции наносили на стандартные стекла аппликатором толщиной 30 мкм и проводили отверждение ртутно-кварцевым облучателем марки ОРК-21М1 с лампой ДРТ в течение 15 с. Образцы выдерживали в эксикаторе, где поддерживалась относительная влажность 50% и температура 25 оС. Раз в сутки, в течение 14 суток, определяли твердость на маятниковом приборе ТМЛ 2124 по ГОСТ 5233-89.

Для определения паропроницаемости получали свободные пленки нанесением композиций аппликатором толщиной 100 мкм на фторопластовые пластины и отверждением на установке ОРК-21М1 с ртутной лампой ДРТ 400 в течение 15 с. Паропроницаемость пленок определяли прямым методом по методике рег.№1 (2006 г.) «ИНМА», заключающейся в определении количества паров воды, прошедших сквозь пленку [г/м2×сут]. Поверхностную энергию пленок рассчитывали по уравнению Оуэнса-

Вендта:

cos θ + 1 = 2[(σdmг)1/2 × (σdжг)1/2 + (σрmг)1/2 × (σржг)1/2] / σжт,

где θ – угол смачивания воды или глицерина,

σd и σp – дисперсионная и полярная составляющая поверхностной энергии на границах раздела фаз.

Значения углов смачивания воды и глицерина получали при помощи компьютеризованного гониометра ГЛ-1 фирмы «Open Science».

Определение времени формирования пленки показало, что композиции с превышением гидроксилсодержащего олигомера на 20% в процессе уретанового отверждения покрытия формировались за 9 суток, в то время как композиции с соотношением 1:1 NCO/ОН групп набирали свои физи- ко-механические характеристики в течение 14 суток. Это, видимо, объясняется тем, что при несоблюдении стехиометрического соотношения NCO/OH избыток непрореагировавших гидроксильных групп увеличивает гидрофильность и паропроницаемость покрытия.

Материалы с добавлением кремнийорганических модификаторов применяются там, где требуется высокая стойкость к воздействию хлоридов и воды. Поэтому проведение испытаний исследуемых композиций в камере соляного тумана является одним из основных. Защитные характеристики покрытий толщиной 50 мкм изучились на стойкость к соляному туману по ГОСТ 20.57.406-81, метод 215-3. Образцы покрытий, полученные из композиций без модифицирующих добавок и с соотношением 1:1 NCO/OH, выдерживают 200 часов в камере соляного тумана. Наилучший результат показал образец покрытия с добавкой винилтри(2- метоксиэтокси)силана в количестве 2% с соотношением 1:1 NCO/OH, выдерживает в камере соляного тумана 500 часов. С добавкой винилтриэтоксисилана покрытие в камере соляного тумана выдерживает 400 часов.

В результате проведенных испытаний было выявлено, что композиции с гидроксилсодержащим полимером с большей плотностью двойных

105

связей (компонент А) с алифатическим уретанакрилатом в соотношении 1:1 NCO/OH обладают наилучшими физико-механическими и защитными характеристиками (твердость = 0,7 у.е., удар 50 см, поверхностная энергия

– 34мДж/м2, паропроницаемость – 4,8 г/м2/сут.).

Проведенные испытания с применением в композиции двойного УФотверждения кремнийорганических добавок различного строения, позволили выбрать органоалкоксисиланы, которые повышают защитные характеристики пленки 2-компонентных композиций алифатического уретанакрилата и ненасыщенного полиэфиракрилата. Взаимодействие органических функциональных групп винилтри(2-метоксиэтокси)силана приводит к образованию молекулярных мостиков [4], в результате образуется паронепроницаемая, гидрофобная полимерная пленка, это позволило покрытию толщиной 50 мкм выдержать испытание в камере соляного тумана в течение 500 ч.

Литература

1.Ульрих Майер Вестус. Полиуретаны. Покрытия, клеи и герметики. – М.: Пейнт-Медиа.2009. 400 с.

2.Казаченко Н.Н., Бабкин О.Э., Бабкина Л.А., Есеновский А.Г., Проскуряков С.В. Влагозащитные покрытия на основе УФ-лаков двойного отверждения // ЛКМ. 2010. № 12. С. 24-27.

3.Казаченко Н.Н., Бабкин О.Э., Бабкина Л.А. Влагозащита для плат // Наука и современность-2011: сборник материалов XIII Международной научно-практической конференции: в 3-х частях. – Новосибирск: издво НГТУ, 2011. С. 88-93.

4.Сперлинг Л. Взаимопроникающие полимерные сетки и аналогичные материалы: пер. с англ. – М.: Мир, 1984. 327 с.

106

УДК 661.097.3

ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ОКСИДНЫХ ПЛЕНОК МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КАТАЛИЗАТОРОВ

Ю.Н. Нагурянская Санкт-Петербургский государственный технологический институт

(Технический университет)

Аннтотация. В работе исследованы свойства оксидных пленок различных металлических носителей для катализаторов окисления, влияние температуры и времени оксидирования на толщину оксидной пленки металлических носителей, влияние механической обработки металла на толщину оксидного слоя и, следовательно, на каталитические свойства. Установлено влияние оксидной пленки и состава сплава на протекание реакций окисления.

Ключевые слова: металлические пластины, оксидирование, оксидная пленка, реакции окисления, сплавы металлов, механическая обработка металлов.

В настоящее время довольно остро стоит проблема загрязнения атмосферы выбросами СО и несгоревшими остатками углеводородов. Для ее решения применяются нейтрализаторы выхлопных газов, рабочим элементом которых является катализатор, содержащий благородные металлы [3]. Применение катализаторов для управления химизмом процессов окисления имеет большое научное и практическое значение. В некоторых случаях окисление должно быть полным, например, при нейтрализации СО и углеводородных загрязнений в выхлопных газах автомобилей. Катализаторы гетерогенного окисления обычно являются сложными твердыми оксидами. Каталитическое окисление проходит в два этапа [1].

Материалы, выступающие в качестве первичных носителей катализаторов, должны обладать множеством характеристик, основными из которых являются высокие коэффициент теплопроводности и механическая прочность при малых толщинах; химическая инертность к осаждаемым веществам; термическая стойкость и хорошая адгезия с осаждаемой суспензией [4]. Поэтому в качестве первичных носителей при формировании каталитических покрытий микрореакторов и блоков сотовой структуры используют ряд металлов и их сплавов, как правило, в виде фольги толщи-

ной 50-100 мкм.

Химический состав материалов представлен в табл.1.

107

Таблица 1 – Элементный состав сплавов, масс. %

Латунь – двойной и многокомпонентный медный сплав, с основным легирующим элементом – цинком. Коррозионная стойкость латуней в атмосферных условиях оказывается средней между стойкостью элементов, образующих сплав, т.е. цинка и меди. Медь применяется для изготовления различных полуфабрикатов и в качестве шихтового материала для выплавки медных сплавов. Химический состав технической меди определяется ГОСТ 859-41. Примеси Р, Sb, Bi, Si, As сильно ухудшают электропроводность меди и в марках МО и Ml их допускается не более 0,002%.

Cплав Х18Н10Т – сталь конструкционная, криогенная, применяется для изготовления сварных аппаратов и сосудов, работающих в разбавленных растворах азотной, уксусной, фосфорной кислот, сталь аустенитного класса [2].

Сплавы Х23Ю5, Х15Ю5, Х20Н80 применяют для изготовления различных проволок. Проволоку изготовляют в мягком термически обработанном состоянии. По согласованию изготовителя с потребителем проволоку производят с травленой поверхностью. Допускаемое отклонение электрического сопротивления 1 м проволоки от номинального не должно превышать ±5%.

Номинальные значения электрического сопротивления 1 м. Разброс электрического сопротивления 1 м проволоки в пределах одного мотка (катушки, оправки) не должен превышать 4%, по требованию потребителя для ТЭН – 3%.

Алюминий – наиболее распространенный материал благодаря его жесткости. Поэтому из него делают главные элементы двигателя, напри-

108

мер головки цилиндров, блоки цилиндров, поршни. Многие из этих компонентов производят из специальных алюминиевых сплавов, например Metal Matrix Composite (MMC), который только начал появляться в Фор- муле-1. Дополнительным плюсом в использовании алюминия является его высокая теплопроводность. В результате этого тепло, создаваемое внутри двигателя, быстро отводится наружу и эффективно рассеивается [2].

На основе литературных данных были выбраны 3 наиболее перспективных образца для исследований наращивания оксидного слоя, а также применения в качестве катализаторов в реакциях окисления.

Оксидирование металлических образцов проводили путем обжига в предварительно разогретой лабораторной трубчатой электропечи типа СУОЛ при температурах 200-600 °С в течение 8-12 ч при объемном расходе воздуха 40 ч-1. Степень оксидирования образцов оценивали по удельной массе оксидной пленки (Δm, г/м2), равной отношению прироста массы к площади пластин [4]. Исследования проводили путем сравнения обычных образцов и образцов с применением механической обработки поверхности.

Механическая обработка поверхности

Механическое воздействие ведет к химическому активированию поверхности металла на контактных точках и инициированию реакций на поверхности. C точки зрения химической природы идет разупорядочение и разрыв химических связей, сопровождающиеся высокой концентрацией активных центров на поверхности металла. Если учитывать только механику процесса, то шероховатость обрабатываемой поверхности Rz будет зависеть от среднего размера основной фракции. За очень короткую продолжительность химико-механическое воздействие (если применять еще и химическое воздействие) приводит к возникновению оксидного слоя, имеющего достаточно сильное адгезионное сцепление с металлической основой. Особый интерес вызывает образование тонких пленок, которые представляют собой уникальные микроструктурные объекты и могут создаваться в виде монокристаллических, поликристаллических или аморфных слоев. При исследовании оксидных пленок, образующихся в процессе полирования легированной стали, было установлено [3], что толщина пленки возрастает со степенью полирования. Учитывая химический состав после полирования подповерхностного слоя металла, высокую производительность, а также аномальное увеличение массы полируемого образца в начальный период в течение первых 15 мин, что связано с окислением подповерхностного слоя, весь процесс следует отнести к механохимическому.

Механическая обработка проводилась путем обработки поверхности металла наждачной бумагой с зернистостью Р400, размер зерна 28-40 мкм. Такая бумага подходит для полировки финальных покрытий, шлифовки между покрасками, мокрой шлифовки, шлифовки металлов.

109