Atmospheric-Resistant Organosilicate Coatings with Improved Water Resistance

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Currently, glass fiber and epoxy resin-based composites are successfully used in the manufacture of various structural elements. Such structures often have to be operated in extreme conditions, both in the Far North and the tropics, which have a destructive effect on the material, contributing to the degradation of its properties. In this case, water resistance is an important characteristic of the materials. One of the ways of protection is the use of organosilicate coatings (OSC), obtained on the basis of organosilicon varnishes and highly dispersed hydrosilicates. This article presents the results of laboratory studies and field tests carried out in areas with very cold, as well as tropical savannah and subequatorial climates, of composite and metallic materials protected by OSC. The objects of the studies were coatings based on a binder - polidimethylphenylsiloxane, modified to improve weather resistance, primarily moisture resistance, with polidimethylsiloxane and epoxy resin. The dependence of water absorption, wetting angle, and hardness of OSC on the composition of the polymer binders was traced; the optimal concentrations of these precursors were identified. The results of field tests have shown that the developed OSC retain their water-repellent properties during long-term exposure in different climatic conditions, which confirms their suitability for protecting various materials, both in the tropics and in the Far North.

Full Text

Restricted Access

About the authors

L. N. Krasilnikova

Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова РАН

Author for correspondence.
Email: yarikh2001@mail.ru
Russian Federation, Санкт-Петербург

Ya. A. Khamidulin

Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова РАН

Email: yarikh2001@mail.ru
Russian Federation, Санкт-Петербург

V. I. Voshchikov

Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова РАН

Email: yarikh2001@mail.ru
Russian Federation, Санкт-Петербург

E. D. Vasilieva

Институт физико-технических проблем Севера им. В.П. Ларионова СО РАН

Email: yarikh2001@mail.ru
Russian Federation, Якутск

A. K. Kychkin

Институт физико-технических проблем Севера им. В.П. Ларионова СО РАН

Email: yarikh2001@mail.ru
Russian Federation, Якутск

Chi Van Nguyen

Приморское отделение Совместного Российско-Вьетнамского Тропического научно-исследовательского и технологического центра

Email: yarikh2001@mail.ru
Viet Nam, Нячанг

A. M. Nikolaev

Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова РАН

Email: yarikh2001@mail.ru
Russian Federation, Санкт-Петербург

Yu. E. Gorshkova

Объединенный институт ядерных исследований; Казанский федеральный университет

Email: yarikh2001@mail.ru
Russian Federation, Дубна; Казань

O. A. Shilova

Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова РАН; Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет “ЛЭТИ”

Email: olgashilova@bk.ru
Russian Federation, Санкт-Петербург; Санкт-Петербург

References

  1. Gu H., Ma C., Gu J., Guo J., Yan X., Huang J., et al. An overview of multifunctional epoxy nanocomposites //J. Mater. Chem. C. 2016. Vol. 25. No. 4. P. 5890–5906. https://doi.org/10.1039/C6TC01210H
  2. Mohammed O. Atteaa Al-hassany, Ali Al-Dulaimy, Amir Al-Sammarraie and Abed Fares Ali. Effect of fiberglass form on the tensile and bending characteristic of epoxy composite material. 2020. AIMS Mater. Sci. Vol. 5. No. 7. P. 583–595. https://doi.org/10.3934/matersci.2020.5.583
  3. Srikanta Moharana and Bibhuti B. Sahu. Synthesis and properties of epoxy-based composites/ S. J. S. Chelladurai, R. Arthanari, M. R. Meera (Eds.) In Epoxy-Based Composites. 2022. IntechOpen. http://dx.doi.org/10.5772/intechopen.104119
  4. Golovin V.A., Il’in A.B. Composite protective coatings. Resistance to acid penetration of coatings based on epoxy resins // Int. J. Corros. Scale Inhib., 2020. Vol. 9. No. 4. P. 1530–1549. https://dx.doi.org/10.17675/2305-6894-2020-9-4-22
  5. Мелехина М.И., Кавун Н.С., Ракитина В.П. Эпоксидные стеклопластики с улучшенной влаго- и водостойкостью. // Авиационные материалы и технологии. 2013. Т. 27. № 2. С. 2931.
  6. Шевченко В. Я., Шилова О. А., Кочина Т. А., Баринова Л. Д., Белый О. В. Ресурсосбережение и безопасность на транспорте за счет внедрения экологически безопасных защитных покрытий // Физика и химия стекла, 2019. T. 45. № 1. С. 3–15.
  7. Torrico Rfao, Harb S.V., Trentin A., et al. Structure and properties of epoxy-siloxane-silica nanocomposite coatings for corrosion protection // J. Colloid Interf. Sci. 2018. Vol. 513. P. 617–628. http://dx.doi.org/10.1016/j.jcis.2017.11.069
  8. Кахраманов Н.Т., Гурбанова Р.В., Кахраманлы Ю.Н. Состояние проблемы получения, исследования и применения кремнийорганических полимеров. // Евразийский союз ученых. 2016. № 6-2 (27). С. 112–118.
  9. Краев И.Д., Попков О.В., Шульдешов Е.М., Сорокин А.Е., Юрков Г.Ю. Перспективы использования кремнийорганических полимеров при создании современных материалов и покрытий различных назначений. // Труды ВИАМ. 2017. № 12 (60). С. 48–62. https://dx.doi.org/2010.18577/2307-6046-2017-0-12-5-5
  10. Ларина М.В., Чуппина С.В. Адсорбционно-физические свойства градиентных органосиликатных покрытий. // Известия Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета). 2012. № 16 (42). С. 86–89.
  11. Inês Teixeira, Inês Castro, Violeta Carvalho, Cristina Rodrigues, Andrews Souza, Rui Lima, Senhorinha Teixeira and João Ribeiro. Polydimethylsiloxane mechanical properties: A systematic review // Materials Science. 2021. Vol. 8 (6). P. 952–973. https://doi.org/10.3934/matersci.2021058
  12. Boinovich L.B., Emelyanenko A.M. Recent progress in understanding the anti-icing behavior of materials // Advances in Colloid and Interface Science. 2024. Vol. 323. https://doi.org/10.1016/j.cis.2023.103057
  13. Emelyanenko K.A., Emelyanenko A.M., Boinovich L.B. Review of the state of the art in studying adhesion phenomena at interfaces of solids with solid and liquid aqueous media. Colloid J. 2022. Vol. 84. P. 265–286. https://doi.org/10.1134/S1061933X22030036
  14. Старцев О.В., Лебедев М.П., Кычкин А.К. Старение полимерных композиционных материаловв условиях экстремально холодного климата. // Известия АлтГУ. Физика. 2020. № 1. с. 41–51. https://doi.org/10.14258/izvasu(2020)1-06
  15. Антонова М.В., Божевалов Д.Г., Котелевец Н.А., Обухов П.В., Соколов Ю.С. Аанализ влияния экстремальных климатических условий на лакокрасочные покрытия и коррозионное поведение металлов. // Научный вестник Московского государственного технического университета гражданской авиации. 2009. № 141. С. 105–112.
  16. Красильникова Л.Н., Макарова Ю.Н., Михалев В.А., Nguyên Văn Chi, Шилова О.А. Исследование цветовых характеристик органосиликатных покрытий с различными пигментами в условиях морского тропического климата. // Физика и химия стекла. 2021. Т. 47. № 6. с. 689–696. https://doi.org/10.1134/S1087659621060146
  17. Красильникова Л.Н., Вощиков В.И., Nguyên C.V., Николаев А.М., Асеев В.А., Шилова О.А. Атмосферостойкость органосиликаных покрытий в условиях тропического климата в зависимости от выбора пигмента. // Физика и химия стекла. 2023. Т. 49. № 6. с. 689–699. https://doi.org/10.31857/S0132665123600346
  18. Нонг Куок Куанг, Нгуен Ван Чьеу, Май Ван Минь, Фан Ба Ты, Нгуен Ван Чи, Донг Ван Кьен, Ле Хонг Куан, Као Ньят Линь, Ануфриев Н.Г. Результаты натурных испытаний лакокрасочных покрытий для прибрежных сооружений и судов в тропическом климате Вьетнама. // Практика противокоррозионной защиты. 2021. Т. 26, № 1 с.17–27. https://doi.org/10.31615/j.corros.prot.2021.99.1-2
  19. Kotnarowska D. Influence of ageing with UV radiation on physicochemical properties of acrylic-polyurethane coatings // Journal or Surface Engineered Materials and Advanced Techonology. 2018. №8. P. 95–109. https://doi.org/10.4236/jsemat.2018.84009
  20. Кычкин А.К., Васильева Е.Д., Гаврильева А.А., Васильева А.А., Иванов А.Н., Тарасова П.Н., Лукачевская И.Г., Лебедев М.П. Исследование деструкции базальто-стеклотекстолитов под воздействием экстремально холодного климата // В сборнике: EURASTRENCOLD-2022. Сборник трудов Х Евразийского симпозиума по проблемам прочности и ресурса в условиях климатически низких температур, посвященный 100-летию образования ЯАССР и 300-летию образования РАН. Якутск, 2022. С. 257–262. https://doi.org/10.52376/978-5-907623-32-3
  21. Лукачевская И.Г., Гаврильева А.А., Кычкин А.К., Кычкин А.А., Стручков Н.Ф., Дьяконов А.А. Оценка начальной стадии климатического старения базальто- и стеклопластиков в условиях экстремально холодного климата // Природные ресурсы Арктики и субарктики. 2021. Т. 26. № 2. С. 159–169. https://doi.org/10.31242/2618-9712-2021-26-2-11
  22. Кычкин А.К., Попов В.В., Кычкин А.А. Исследование влияния экстремально холодного климата на свойства базальтопластиковых стержней // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2020. Т. 22. № 2 (94). с. 25–31.
  23. Кычкин А.А., Кычкин А.К., Тупсов А.Г., Копырин М.М., Габышев А.А., Марков А.Е., Иванов А.Н. // В сборнике: EURASTRENCOLD-2023. Сборник трудов XI Евразийского симпозиума по проблемам прочности и ресурса в условиях климатически низких температур, посвященного 85-летию со дня рождения академика В.П. Ларионова. Киров, 2023. С. 324–329.
  24. Красильникова Л.Н., Цветкова И.Н., Окованцев А.Н., Шилова О.А. Органосиликатные покрытия как современный способ противодействия обледенению // Физика и химия стекла. 2018. Т. 44. № 6. с. S97–S104. https://doi.org/10.1134/S0132665118070089
  25. Соловьянчик Л.В., Кондрашов С.В., Нагорная В.С., Мельников А.А. Особенности получения антиобледенительных покрытий (обзор) // Труды ВИАМ. 2018. № 6 (66). С. 77–98. https://doi.org/10.18577/2307-6046-2018-0-6-77-98
  26. Васильева Е.Д., Ерофеевская Л.А., Стручков Н.Ф., Федеров А.Л., Иванов А.Н., Красильникова Л.Н., Хамидулин Я.А, Кычкин А.П., Лебедев М.П. Поверхностная деструкция полимерных композиционных материалов в условиях севера // В кн.: Всерос. конф. “XXIV Всероссийское совещание по неорганическим и органосиликатным покрытиям”. Сб. тезисов докладов. Санкт-Петербург, 2023. С. 56–59.
  27. Анохина Т.С., Ильин С.О., Игнатенко В.Я., Бахтин Д.С., Костюк А.В., Антонов С.В., Волков А.В. Формирование пористых пленок с гидрофобной поверхностью из смеси полимеров // Высокомолекулярные соединения (серия А). 2019. T. 61. № 5. C. 440–447. http://dx.doi.org/10.1134/S2308112019050018
  28. Бойнович Л.Б., Емельяненко А.М. Гидрофобные материалы и покрытия: принципы создания, свойства, применение // Успехи химии. 2008. Т. 77. № 7. С. 619–638. https://doi.org/10.1070/rc2008v077n07abeh003775

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. AFM images of OSC coatings based on KO-921 organosilicon varnish modified with 17 wt.% PDMS and hardeners: a, b) - 0/2 wt.% TBT; c, d) - 2 wt.% AGM-9

Download (436KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. AFM images of OSC coatings based on KO-921 lacquer, without PDMS. a, b) topology; c) phase contrast

Download (352KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. SEM-images of coatings based on organosilicon varnish KO-921 with different concentration of PDMS

Download (1MB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Dependences of the degree of hydrophobicity and water absorption of OSB based on organosilicon varnish KO-921, on the concentration of modifying additive PDMS: ● - water wetting angle, ■ - water absorption

Download (111KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Dependences of hardness, degree of hydrophobicity and water absorption of OSB based on KO-921 organosilicon varnish modified with 17 wt% PDMS and epoxy resin on the amount of epoxy resin: ■ - water absorption, ► - wetting angle with water, ● - hardness

Download (102KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Gloss variation of OSB based on KO-921 organosilicon varnish modified with 17 wt% PDMS and 20 wt% epoxy resin over 16 months of exposure: ► - under conditions of subequatorial climate, ● - under conditions of tropical savannah climate

Download (83KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Colour tone shift of OSB based on KO-921 organosilicon varnish modified with 17 wt% PDMS and 20 wt% epoxy resin. Inset: colour tone shift ΔE in tropical savanna (Nha Trang - H) and subequatorial climate (Ho Chi Minh City - H) for 16 months of exposure in relation to the time of staging (P)

Download (102KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Photographs illustrating changes in the surface state of OSB based on KO-921 organosilicon varnish modified with 17 wt.% PDMS and 20 wt.% epoxy resin during the exposure time at the Tropcentre (SR Vietnam): a) initial state when staged at the Dam Bai ISIS, b) after 16 months in a tropical savannah climate; c) initial state when staged at the Con Zo ISIS; d) after 16 months in a subequatorial climate

Download (51KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. Photograph of a water drop on the surface of OSB based on organosilicon varnish KO-921 modified with 17 wt wt% PDMS and 20 wt% epoxy resin after 16 months of exposure in the subequatorial climate. Inset: photograph of the coating, where the wetting angle with water was measured

Download (45KB)
Indexing metadata
11. Fig. 10. Photographs of OSB based on organosilicon varnish KO-921 modified with 17 wt% PDMS and 20 wt% epoxy resin applied to fibreglass after 8 months of exposure in a very cold climate

Download (80KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences