Введение к работе
Актуальность работы. Важнейшей задачей современной лакокрасочной промышленности является повышение качества готовой продукции и эффективности ее производства. Одним из путей решения этих задач -модификация существующих пленкообразователей малыми добавками наночастиц. Введение наночастиц в эпоксидные лакокрасочные материалы может приводить к заметному улучшению физико-механических, защитных, трибологических и ряда других свойств покрытий. В связи с жесткими экологическими нормами, предъявляемые к лакокрасочным материалам и покрытиям на их основе, важной задачей является замена органорастворимых лакокрасочных материалов на экологически полноценные порошковые композиции. Однако данные о применении наночастиц для модификации порошковых лакокрасочных материалов и покрытий на их основе практически отсутствуют. Кроме того, применение наноразмерных частиц может способствовать решению одной из важных проблем в технологии порошковой окраски, а именно получение тонкослойных покрытий (20 - 40 мкм). Поэтому задача исследования модификации порошковых лакокрасочных материалов наноразмерными частицами с целью улучшения эксплуатационных свойств покрытий является актуальной.
Цель и задачи диссертационной работы. Исследование процесса диспергирования и распределения, силикатных наночастиц различной морфологии (монтмориллонит, галлуазит, аэросил) в твердом эпоксидном олигомере и разработка эпоксидных порошковых композиций и покрытий на их основе, а также изучение влияния наночастиц на свойства покрытий.
Для достижений поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
Исследовать степень диспергирования и распределения силикатных наночастиц в порошковых эпоксидных композициях, полученных различными способами.
Определить наиболее технологически приемлемый и оптимальный способ диспергирования наночастиц в твердых эпоксидных олигомерах.
Исследовать влияние наночастиц различной морфологии и их концентрации на эксплуатационные свойства покрытий.
- Изучить влияние наночастиц модифицированного диоксида кремния (аэросил) на технологические свойства эпоксидных порошковых красок и получить тонкослойные покрытия на их основе.
Научная новизна. Исследована модификация твердого эпоксидного олигомера наноразмерными силикатными частицами различной морфологии.
С использованием методов рентгеноструктурного анализа, электронной микроскопии и измерением реологических свойств расплавов показано, что путем диспергирования силикатных наночастиц в эпоксидном олигомере в расплаве или растворе могут быть получены наномодифицированные порошковые композиции и покрытия на их основе с равномерным распределением частиц по всей толщине пленки.
Исследована зависимость вязкости расплавов эпоксидного олигомера от содержания наночастиц и скоростей сдвига. Определены величины условного предела текучести, которые использовали для оценки структуры и степени диспергирования наночастиц в эпоксидной матрице.
На основании полученных экспериментальных данных установлено, что наиболее эффективным способом диспергирования наночастиц и получения порошковых эпоксидных композиций является смешение в расплаве. Выбраны оптимальные параметры экструдирования, обеспечивающие разрушение агрегатов наночастиц.
Установлено влияние морфологии силикатных наночастиц на реологические свойства расплавов эпоксидного олигомера.
Впервые выявлены и интерпретированы основные закономерности в изменении свойств порошковых эпоксидных композиций и покрытий на их основе при введении в их состав наноразмерных частиц различной морфологии.
Практическая значимость. Показано, что путем диспергирования силикатных наночастиц в расплаве эпоксидного олигомера могут быть получены порошковые лакокрасочные материалы и покрытия на их основе. При этом могут быть использованы традиционные технологии производства порошковых красок.
Разработаны эпоксидные порошковые композиции, содержащие силикатные наночастипы различной морфологии и покрытия на их основе с
улучшенными термическими, трибологическими и защитными свойствами, которые могут быть использованы в различных отраслях промышленности.
Получены тонкослойные покрытия (20 - 40 мкм) с пониженной отражающей способностью из порошковых эпоксидных и эпоксидно-полиэфирных красок с использованием наноразмерного диоксида кремния. Показана принципиальная возможность использования отходов порошковых красок при их модификации наночастицами диоксида кремния для получения покрытий с хорошими физико-механическими свойствами.
По результатам работы подана заявка на получения патента РФ на тему «Порошковая композиция для покрытий на ее основе», регистрационный номер 2011141923 приоритет от 18.10.2011.
Апробация работы. Основные результаты исследований доложены и обсуждены на следующих конференциях: 6-й и 7-й Санкт-Петербургской конференции молодых ученых «Современные проблемы науки о полимерах», (Санкт-Петербург 2010, 2011), 2-й и 3-й Всероссийской школе-конференции для молодых ученых «Макромолекулярные нанообъекты и полимерные нанокомпозиты» (Московская область 2010, 2011), Научно-технической конференции молодых ученых «Неделя науки - 2011» СПбГТИ (ТУ) (Санкт-Петербург 2011), 12-ой Международной конференция по физике диэлектриков «Диэлектрики-2011» (Санкт-Петербург 2011), 7th INTERNATIONAL IUPAC SYMPOSIUM Molecular Mobility and Order in Polymer Systems (St.Petersburg, 2011), научно-практической конференции, посвященной 183-й годовщине образования СПбГТИ (ТУ) (Санкт-Петербург 2011).
Публикация результатов. По теме диссертации опубликовано 3 статьи в журналах рекомендованных ВАК РФ, 8 тезисов докладов в сборниках российских и международных конференции, подана заявка на патент.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, аналитического обзора, экспериментальной части, обсуждения результатов, выводов и списка использованной литературы. Работа изложена на 161 страницах, содержит 68 рисунков и 14 таблиц.
Похожие диссертации на Исследование и разработка эпоксидных порошковых композиций и покрытий, модифицированных силикатными наночастицами различной морфологии
