CC BY
40
_Успехи в химии и химической технологии. ТОМ XXIX. 2015. № 10_
УДК 667.6, 544.654.2, 544.022
А.А. Силаева *, А.В. Варанкин, А.И. Лукъянскова, А. В. Боровкова, Е.О.Точилкина, И.Ф. Уткина, М.Ю. Квасников
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, Миусская площадь, дом 9 * e-mail: silushka92@mail.ru
МЕТАЛЛОПОЛИМЕРНЫЕ ПОКРЫТИЯ НА ОСНОВЕ АМИНОСОДЕРЖАЩЕГО ПОЛИЭЛЕКТРОЛИТА И АЦЕТАТА МЕДИ, ПОЛУЧАЕМЫЕ МЕТОДОМ КАТОДНОГО ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЯ
Аннотация
Получены медь-полимерные покрытия, в ходе совмещения процессов катодного электроосаждения аминосодержащего пленкообразователя - полиэлектролита и электролитического восстановления меди. Изучен состав и свойства покрытий.
Ключевые слова: электроосаждение, полиэлектролиты, металлополимерные покрытия, ацетат меди
Одним из наиболее перспективных методов нанесения лакокрасочных материалов является метод электроосаждения. Покрытия, получаемые данным методом, обеспечивают необходимую коррозионную стойкость, являются равномерными по толщине. Одно из значимых достоинств этого метода -возможность использования материалов без органических растворителей, так как процесс проводится в водных растворах связующего -полиэлектролита [1]. Именно этот факт позволил провести совмещение процессов катодного электроосаждения полиэлектролита и
электролитического восстановления металлов. В результате были получены металлополимерные покрытия на основе никелевого, цинкового и медного электролитов, сохраняющие превосходные свойства полимерного покрытия и при этом обладающие новыми необычными для полимерных покрытий свойствами, обычно присущими металлическим покрытиям, такими как твердость, прочность [2,3].
Медь-полимерные покрытия, были получены путем постепенного введения раствора ацетата меди II с концентрацией 5,5-10_3 г/л в раствор связующего, рабочей концентрации 15%, представляющего собой эпоксиаминный аддукт с блокированными изоцианатами [1]. В потенциостатическом режиме в течение 120 с проводили окраску стальных пластин при температуре T=30oC. Для композиций с различной концентрацией медного электролита провели выбор оптимального напряжения и изучили свойства полученных покрытий, по стандартным методикам ГОСТа. Известно, что медь обладает высокой теплопроводностью [4], поэтому ожидали повышенной теплопроводности для медь-полимерных покрытий, и, действительно, теплопроводность медь-полимерных покрытий превзошла полимерные в два раза.
Таблица 1. Свойства покрытий
Свойства Полимерное покрытие Медь-полимерное покрытие
Толщина, мкм ГОСТ Р 51694-2000 23-25 10-15
Адгезия, балл ГОСТ 15140 1 1
Прочность на изгиб, мм ГОСТ Р 52740-2007 1 1
Сопротивление удару, кг*с/см ГОСТ Р 53007-2008 70 100
Твёрдость по карандашу ГОСТ Р 54586-2011 3-4Н 5-7Н
Микротвёрдость, Н/м2 ГОСТ 9450-76 25,07 39,15
Теплопроводность, Вт/м-К 0,95 1,8
Таким образом, были получены покрытия с высокими показателями прочности, высокой адгезией, а так- же повышенной твердостью при неизменной прочности на изгиб.
О наличии меди в полученном покрытии судили по данным энергодисперсионного
рентгеноспектрального микроанализа. На рисунке 1 представлена зависимость содержания меди в покрытии от массовой концентрации ацетата меди в рабочем растворе. Видно, что доля меди в покрытии возрастает при увеличении ее содержания в рабочем растворе.
Рис. 1. Корреляция содержания меди в покрытии с ее содержанием в рабочем растворе
При исследовании антикоррозионных свойств, в соответствии с ГОСТ 9.403-80, выяснилось, что наибольшую стойкость в течение 744 часов проявляют покрытия с содержанием ацетата меди в рабочем растворе 0,55 г/л, причем по этому
показателю медь-полимерные покрытия превзошли покрытия на основе связующего без добавки медного электролита.
Для того, чтобы изучить влияние меди на структуру и механические характеристики покрытий, провели термомеханический анализ.
200 250
к 1 .-,41 'С
б
Рис. 2. Кривые ТМА для полимерного (а) и медь-полимерного (б) покрытий
а
Как видно из представленных кривых, присутствие меди и её соединений значительно смещает характеристические пики в область больших температур. Причём первый пик на термомеханических кривых (рис. 2) соответствует температуре, при которой происходит релаксация остаточных напряжений, а второй пик - температуре стеклования. Таким образом, можно заключить, что с введением ацетата меди в рабочий раствор и последующем его взаимодействии в объеме покрытия со связующим, в ходе процесса термоотверждения происходит качественное изменение свойств покрытия, определенным образом меняющее его характеристики.
С полученными данными согласуются также результаты определения гель-фракции; выяснили, что гель-фракция изменилась от 65% для полимерных до 95% для медь-полимерных покрытий. Эти данные свидетельствуют о формировании более жесткой, плотной структуры.
Полученные покрытия представляют большой технологический интерес, так как потенциально могут служить основой для получения покрытий специального назначения для разных отраслей промышленности, особое значение имеет значительное увеличение теплопроводности относительно покрытий, полученных без добавления медного электролита.
Силаева Анна Александровна, аспирант кафедры ХТПКЛКМиП РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Варанкин Александр Витальевич, студент кафедры ХТПКЛКМиП РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Лукъянскова Анастасия Игоревна, студентка кафедры ХТПКЛКМиП РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Боровкова Александра Валерьевна, студентка кафедры ХТПКЛКМиП РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Точилкина Евгения Олеговна, студентка кафедры ХТПКЛКМиП РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Уткина Ирина Федоровна, к.х.н., инженер кафедры ХТПКЛКМиП РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Квасников Михаил Юрьевич, д.т.н., профессор кафедры ХТПКЛКМиП РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Литература
1. Krylova I.A. Painting by electrodeposition on the eve of the 21st century // Progress in Organic Coating, 2001. Vol.42, Р.119-131.
2. Павлов А.В., Квасников М.Ю., Уткина И.Ф., Лукашина К.В. Цинк-полимерные покрытия, получаемые одновременным электроосаждением на катоде аминосодержащего полиэлектролита и электрическим восстановлением цинка// Химическая промышленность сегодня. 2015. №2. С.18-23.
3. Квасников М.Ю., Уткина И.Ф., Крылова И.А., Романова О.А., Смирнов К.Н. Получение металлополимерных покрытий сочетанием в одном технологическом процессе электролитического осаждения металлов с катодным электроосаждением водоразбавляемых олигомерных полиэлектролитов// Химическая промышленность сегодня, 2014.№2. С.51-56.
4. Беленький М. А., Иванов А. Ф. Электроосаждение металлических покрытий. Справочное издание. -Металлургия, 1985. С.31-34.
Silaeva Anna Alexandrovna*, Varankin Alexandr Vitalievich, Luk'yanskova Anastasia Igorevna, Borovkova Aleksandra Valer'evna, Arhipova Anastasia Sergeevna, Tochilkina Evgeniya Olegovna, Utkina Irina Fedorovna, Kvasnikov Michail Yur'evich
D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia.
* e-mail: silushka92@mail.ru
METAL-POLYMER COATINGS, AMINE-BASED CONTAINING POLYELECTROLYTES AND COPPER ACETATE PREPARED BY METHODS CATHODIC ELECTRODEPOSITION
Abstract
Copper-polymer coating was obtained during the combined of cathodic electrodeposition process of amine film former -polyelectrolyte and electrolytic copper-plating. The composition and properties of the coatings were examined.
Key words: electrodeposition, polyelectrolytes, metal-coating, copper acetate
