Введение к работе
Актуальность работы. В связи с увеличением производства высокотехнологичных материалов и развития наукоемких технологий современной промышленностью выдвигаются повышенные требования к полимерным материалам и в частности к лакокрасочным покрытиям (Пк). Большое внимание уделяется созданию полимерных покрытий нового поколения с высоким уровнем эксплуатационных свойств, в том числе покрытий с низкой поверхностной энергией обладающих высокими гидро- и олеофобными свойствами, повышенной износостойкостью и способностью к самоочищению.
Известны различные подходы к снижению поверхностной энергии полимерных покрытий. Одним из наиболее перспективных путей является использование функциональных добавок, в частности, фторсодержащих. Такие добавки, обладая меньшим поверхностным натяжением по сравнению с остальными компонентами композиционного материала, а также малым сродством к высокоэнергетическим полярным поверхностям даже при весьма их малых концентрациях в композиции (0.1-1.0 мае. %) способны в процессе пленкообразования формировать нанокомпозитные градиентные покрытия. При этом содержание фтора в поверхностном слое покрытия толщиной от 2 до 15 нм может в десятки и сотни раз превышать его содержание в объеме пленки. В последние годы, как показал анализ литературы, максимальную эффективность проявляют модификаторы с гиперразветвленной архитектурой, что обусловлено их уникальной топологической структурой «ядро-оболочка» с очень высокой локальной концентрацией концов цепей в периферическом слое (оболочка) макромолекул и высокой концентрацией узлов разветвления в сердцевине (ядро).
Однако большинство исследований в этой области относится к жидким материалам различного способа отверждения и практически отсутствует информация об использовании таких модификаторов в порошковых лакокрасочных материалах (ЛКМ), производство которых в последние десятилетия интенсивно развивается. Особый интерес представляют порошковые композиционные материалы способные отверждаться при низких температурах и больших скоростях под воздействием УФ-излучения.
В связи с этим разработка реакционноспособных фторсодержащих модификаторов с гиперразветвленной архитектурой для создания УФ-отверждаемых порошковых композиций способных формировать полимерные покрытия с низкой поверхностной энергией является актуальной как с научной, так и с практической точек зрения.
Решение поставленной задачи позволит не только целенаправленно создавать УФ-отверждаемые покрытия нового поколения с оптимальными эксплуатационными свойствами, но и значительно расширить области их практического применения.
Цель работы. Синтез ряда новых реакционноспособных фторсодержащих гиперразветвленных модификаторов с концевыми метакрилатными группами, установление их химического состава и строения, исследование влияния их молекулярной структуры и концентрации на поверхностные и физико-механические свойства полимерных покрытий на основе порошковых УФ-отверждаемых олигоэфирдиметакрилатных композиций.
В связи с поставленной целью в работе решались следующие задачи:
разработка синтеза реакционноспособных фторсодержащих
гиперразветвленных полимеров (ФГРП); исследование состава и химического строения синтезированных соединений;
изучение влияния молекулярной структуры ФГРП на поверхностную энергию отвержденных Пк. Выбор наиболее эффективных модификаторов;
исследование морфологии и химического состава покрытий на межфазных поверхностях полимер/воздух, полимер/субстрат и по толщине пленки методами атомно-силовой микроскопии (АСМ), сканирующей электронной микроскопии (СЭМ), энергодисперсионным рентгеноспектральным микроанализом (РСМА);
получение покрытий из УФ-отверждаемых порошковых композиций на основе олигоэфирдиметакрилата, модифицированных ФГРП, и изучение их поверхностных и физико-механических свойств.
Научная новизна:
-
Разработан и осуществлен синтез акрилированных ФГРП, установлен состав и строение синтезированных модификаторов;
-
Разработаны УФ-отверждаемые порошковые композиции и покрытия на основе твердого олигоэфирдиметакрилата и синтезированных ФГРП с низкой поверхностной энергией (ПЭ);
-
Установлено влияние природы фторсодержащего фрагмента, химического состава спейсерной группы, соотношения реакционноспособных и фторсодержащих групп модификатора на структурно-морфологические характеристики приповерхностных слоев и поверхностную энергию полимерных Пк;
-
Исследованы поверхностные и физико-механические свойства полученных градиентных Пк в зависимости от строения ФГРП и их концентрации.
Практическая значимость. Синтезировании реационноспособные фторсодержащие модификаторы с гиперразветвленной архитектурой для получения порошковых композиций на основе УФ-отверждаемых олигоэфиракрилатов, формирующих градиентные по химическому составу покрытия с низкой поверхностной энергией и высокими физико-механическими свойствами. Применение разработанных композиций позволяет получать покрытия с высокой гидро- и олеофобностью, малым грязеудержанием и повышенной износостойкостью.
Апробация работы. Результаты и исследования по теме диссертации представлены и обсуждены на: XI Международной конференции по химии и физикохимии олигомеров «Олигомеры 2013» (Ярославль 2013), V Всероссийской научной конференции (с международным участием) «Физикохимия процессов переработки полимеров» (Иваново 2013), Научно-практической конференции, посвященной 184-й годовщине образования Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета) (Санкт-Петербург 2012), научно-практической конференции, посвященной 183-й годовщине образования Санкт-Петербургского государственного технологического института (Санкт-Петербург 2011), научно-технической конференции молодых ученых "Неделя науки - 2011" (Санкт-Петербург 2011).
Публикация результатов. По теме диссертации опубликовано 3 статьи в журналах рекомендованных ВАК РФ, 6 тезисов докладов в сборниках российских и международных конференций.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 128 страницах, содержит 39 рисунков и 12 таблиц. Диссертация состоит из введения, 3 глав, выводов и списка литературы (98 наименований).
![Получение и свойства олиго- и поли[алкил(C6-C9)оксиметилен]силоксанов и гидрофобных покрытий на их основе](/i/i/4600/393591.png "Получение и свойства олиго- и поли[алкил(C6-C9)оксиметилен]силоксанов и гидрофобных покрытий на их основе Неделькин Александр Владимирович")