Повышение устойчивости к механическим воздействиям и агрессивным средам эпоксидных покрытий наночастицами разной природы

Abstract

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.