Атмосферостойкие органосиликатные покрытия с улучшенными показателями водостойкости

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В настоящее время для изготовления различных элементов конструкций успешно используются композиты на основе стекловолокна и эпоксидной смолы. Подобные конструкции нередко должны эксплуатироваться в экстремальных условиях как Крайнего Севера, так и тропиков, которые оказывают разрушительное воздействие на материал, способствуя деградации его свойств. При этом важной характеристикой материалов является их водостойкость. Одним из способов защиты является использование органосиликатных покрытий (ОСП), получаемых на основе кремнийорганических лаков и высокодисперсных гидросиликатов. В статье представлены результаты лабораторных исследований и натурных испытаний, проведенных в районах с очень холодным, а также тропическим саванным и субэкваториальным климатом, композитных и металлических материалов, защищенных ОСП. Объектами исследований были ОСП, полученные на основе связующего – лака КО-921, модифицированного для улучшения атмосферостойкости, в первую очередь, влагостойкости, полидиметилсилоксаном и эпоксидной смолой. Прослежена зависимость водопоглощения, угла смачивания и твердости ОСП от состава полимерных связующих; выявлены оптимальные концентрации этих прекурсоров. Результаты натурных испытаний показали, что разработанные ОСП сохраняют свои водооталкивающие свойства при длительной экспозиции в разных климатических условиях, что подтверждает их пригодность для защиты различных материалов как в условиях тропиков, так и Крайнего Севера.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Л. Н. Красильникова

Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: yarikh2001@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

Я. А. Хамидулин

Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова РАН

Email: yarikh2001@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

В. И. Вощиков

Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова РАН

Email: yarikh2001@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

Е. Д. Васильева

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

Email: yarikh2001@mail.ru
Россия, Якутск

А. К. Кычкин

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

Email: yarikh2001@mail.ru
Россия, Якутск

Чи Ван Нгуен

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

Email: yarikh2001@mail.ru
Вьетнам, Нячанг

А. М. Николаев

Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова РАН

Email: yarikh2001@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

Ю. Е. Горшкова

Объединенный институт ядерных исследований; Казанский федеральный университет

Email: yarikh2001@mail.ru
Россия, Дубна; Казань

О. А. Шилова

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

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

Список литературы

  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

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. АСМ-изображения покрытий из ОСК на основе кремнийорганического лака КО-921, модифицированных 17 масс. % ПДМС с отвердителями: а, б) – 0/2 масс. % ТБТ; в, г) – 2 масс. % АГМ-9

Скачать (436KB)
Метаданные
3. Рис. 2. АСМ-изображения покрытий из ОСК на основе лака КО-921, без ПДМС. а, б) топология; в) фазовый контраст

Скачать (352KB)
Метаданные
4. Рис. 3. СЭМ-изображения покрытий на основе кремнийорганического лака КО-921 с разной концентрацией ПДМС

Скачать (1MB)
Метаданные
5. Рис. 4. Зависимости степени гидрофобности и водопоглощения ОСП на основе кремнийорганического лака КО-921, от концентрации модифицирующей добавки ПДМС: ● – угол смачивания водой, ■ – водопоглощение

Скачать (111KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Зависимости показателей твердости, степени гидрофобности и водопоглощения, ОСП на основе кремнийорганического лака КО-921, модифицированного 17 масс. % ПДМС и эпоксидной смолой, от количества эпоксидной смолы: ■ – водопоглощение, ► – угол смачивания водой, ● – твердость

Скачать (102KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Изменение блеска ОСП на основе кремнийорганического лака КО-921, модифицированного 17 масс. % ПДМС и 20 масс. % эпоксидной смолы за 16 месяцев экспозиции: ► – в условиях субэкваториального климата, ● – в условиях тропического саванного климата

Скачать (83KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Смещение цветового тона ОСП на основе кремнийорганического лака КО-921, модифицированных 17 масс. % ПДМС и 20 масс. % эпоксидной смолы. На врезке: смещение цветового тона ΔE в условиях тропического саванного (Нячанг – Н) и субэкваториального климата (Хошимин – Х) за 16 месяцев экспозиции по отношению к моменту постановки (П)

Скачать (102KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Фотоснимки, иллюстрирующие изменение состояния поверхности ОСП на основе кремнийорганического лака КО-921, модифицированных 17 масс. % ПДМС и 20 масс. % эпоксидной смолы, за время экспозиции в Тропцентре (СР Вьетнам): а) исходное состояние при постанове на МНИИС Дам Бай, б) через 16 месяцев в тропическом саванном климате; в) исходное состояние при постанове на КИС Кон Зо; г) спустя 16 месяцев в субэкваториальном климате

Скачать (51KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Снимок капли воды на поверхности ОСП на основе кремнийорганического лака КО-921, модифицированного 17 масс. % ПДМС и 20 масс. % эпоксидной смолы, через 16 месяцев экспозиции в субэкваториальном климате. На врезке: фотоснимок покрытия, на котором измерен угол смачивания водой

Скачать (45KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Фотоснимки ОСП на основе кремнийорганического лака КО-921, модифицированные 17 масс. % ПДМС и 20 масс. % эпоксидной смолы, нанесенные на стеклопластик, через 8 месяцев экспозиции в очень холодном климате

Скачать (80KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024