Покрытия на основе водных полиакрилатных дисперсий, наполненные наноразмерным оксидом кремния

В. Е. Катнов, С. Н. Степин, Р. Р. Катнова,

Р. Р. Мингалиева, П. В. Гришин

ПОКРЫТИЯ НА ОСНОВЕ ВОДНЫХ ПОЛИАКРИЛАТНЫХ ДИСПЕРСИЙ,

НАПОЛНЕННЫЕ НАНОРАЗМЕРНЫМ ОКСИДОМ КРЕМНИЯ

Ключевые слова: наносуспензия диоксида кремния, водная полиакриловая дисперсия, физико-механических свойства

покрытий, оптические свойства покрытий.

В данной работе исследовано влияние содержания наноразмерного БЮг на свойства полиакрилатных покрытий. Показано улучшение физико-механических свойств покрытий до определенного содержания диоксида кремния без изменения оптических характеристик.

Keywords: nanosuspensions silica, aqueous polyacrylic dispersion, physical and mechanical properties of coatings, optical properties

of coating.

In this paper we studied the effect of nano-sized БЮг content on the properties of the polyacrylate coating. It has been shown to improve physical and mechanical properties of coatings up to a silicon dioxide content without changing the optical characteristics.

Введение

Целью наполнения полимерных покрытий

поверхность субстрата, улучшение физикомеханических характеристик (повышение

твердости, стойкости к царапанию и др.). Однако в ряде случаев Пк служит средством усиления эмоционального воздействия покрываемой

поверхности. Очевидно, выполнение такой функции сопряжено с требованием их максимальной

прозрачности.

Известно, что уменьшение размера частиц до наноуровня придает наполнителю уникальные оптические свойства [1] и способность влиять на структуру и свойства значительной части

полимерной матрицы Пк за счет большой удельной поверхности [2]. С учетом этого была

сформулирована цель данной работы - повысить физико-механические свойства полимерного

покрытия без потери прозрачности.

Экспериментальная часть

В качестве пленкообразующей основы Пк использовали водную полиакрилатную дисперсию Лакротен Э-081 производства ООО «Оргхимпром» (г. Дзержинск). Наполнителем служил SiO2, используемый в виде водной наносуспензии.

Дисперсный состав суспензии SiO2, полученный при помощи лазерного дифракционного анализатора Malvern Zetasizer Nano ZS производства фирмы Malvern instruments, представлен на рис. 1. Полученное распределение частиц по размерам является достаточно узким и берет начало на отметке 11,7 нм с (0,6 %), а заканчивается на 91,28 нм (0,1 %). Максимум кривой распределения (18,7 %) приходится на частицы с диаметром 21 нм и основной массив частиц имеет диаметр 15,7-32,7 нм. Таки образом, использованная суспензия SiO2 по своим

характеристикам относится к наноразмерным объектам.

28т..

201.....................................|.••••••тТ.-.:.:.

t is........|.......:rmk.......I........?................I.

I...........;.......|Ж.........;.......-4................}....

1........1.... ad.....................I..................Ь

о-........................................................

1 10 100 1000 10000 So*

Рис. 1 - Распределение частиц БЮг в водной наносуспензии по размерам

Композиции для получения Пк готовили смешением расчетных количеств

пленкообразующей дисперсии и наносуспензии при помощи лабораторного перемешивающего устройства. Пк наносили на стеклянную подложку при помощи щелевого ракеля и на стальные диски пневмораспылением в несколько слоев с промежуточной сушкой в течение 1 ч и окончательной в течение 4 часов. Толщина сформированных Пк составляла 50±5 мкм (150±5 мкм, для определения износостойкости). Блеск Пк оценивали с помощью блескомера ФБ-2, а для определения отражательной способности Пк использовали ручной спектрофотометр Х-Rite Color Digital Swatchbook, при длине волны Х=550 нм на белом фоне. Для оценки твердости Пк по Кнупу и по Персозу использовали соответственно шариковый твердомера ШТ-1 (ИСО 6441) и

маятниковый прибор ТМЛ типа А (ГОСТ 5233-89). Стойкость к износу определяли путем воздействия абразивной шкурки (марка 100) при нагрузке 500 г на Пк, нанесенное на стальной диск, вращающийся в процессе испытаний. Критерием износостойкости служил тангенс угла наклона прямолинейной зависимости потери массы Пк от числа оборотов,

соответствующий усредненному значению износа Пк за один оборот (I).

Смешение золя 8Ю2 и полиакрилатной дисперсии проводили до образования однородной смеси, при этом расслоения или других изменений внешнего вида дисперсии не наблюдалось. При нанесении Пк все композиции показали хороший розлив, а после отверждения имели гладкую однородную поверхность без включений.

Из представленных на рис. 2

концентрационных зависимостей оптических свойств полученных Пк следует, что блеск и коэффициент отражения коррелируют и до 30 %-го содержания 8Ю2 не наблюдается заметного изменения этих величин. Превышение этого уровня наполнения вызывает резкое уменьшение блеска и отражения Пк, что, по-видимому, обусловлено, соответственно, появлением шероховатости поверхности и снижением светопропускания наполненной полимерной пленки.

Анализ данных, приведенных на рис. 3, показывает, что в интервале содержания наполнителя, соответствующем практической неизменности оптических свойств Пк, происходит рост их твердости и износостойкости.

Рис. 2 - Зависимость блеска (Б) и

отражательной способности (Я) Пк на белом фоне, полученных на основе полиакриловой дисперсии с различным содержанием наноразмерного БЮг

При наполнении выше 30 % -го содержания БЮг наблюдается снижение твердости Пк, и

износостойкости. Очевидно, что 30 % - это критический уровень наполнения, превышение которого отвечает появлению дефектов в объеме и, как следствие, ухудшению физико-механических характеристик Пк [3, с.120].

Рис. 3 - Зависимость износостойкости (I) и твердости по Кнупу (Тк) Пк, полученных на основе полиакриловой дисперсии с различным содержанием наноразмерного SIG2

Таким образом, полученные данные свидетельствуют о возможности улучшения физико-механических характеристик полиакри-латных Пк без ухудшения оптических свойств при введении в них наноразмерного SIO2.

Литература

1. Катнов, В.Е. Исследование возможности использования оптических характеристик суспензий для контроля процесса диспергирования нанодисперсных наполнителей в полимерсодержащих средах / В.Е. Катнов, СН. Степин // Вестник Казан. технол. унта. - 2G1G. - №6. - С. 275-279.

2. Michael, G. Швые дисперсии Aerosil для получения покрытий, стойких к царапанию / G. Michael // ЛКМ и их применение. - 2GG7. - №6. - С. 42-47.

3. Индейкин, Е.А. Пигментирование лакокрасочных материалов / Е.А. Индейкин, Л.К Лейбзон, И.А. Толмачев. - Л.:Химия, 19S6. - 16G с.

© В. Е. Катнов - асп. каф. химической технологии лаков, красок и лакокрасочных покрытий КНИТУ, vkatnov@yandex.ru; С. Н. Степин - д-р хим. наук, проф., зав. каф. химической технологии лаков, красок и лакокрасочных покрытий КНИТУ; Р. Р. Катнова - асп. той же кафедры; Р. Р. Мингалиева - магистр КНИТУ; П. В. Гришин - бакалавр КНИТУ.