CC BY
109
УДК: 667.6, 544.654.2, 544.022
О. А Романова, М.Ю Квасников *, А.И Логашёв, А. А Силаева, И.Ф Уткина, Л.Б Ялкапова
Российский химико-технологический университет им. Д.И Менделеева, Москва, Россия 125047,Москва, Миусская пл, д.9 *e-mail: kvasnikovm@mail.ru
МЕТАЛЛОПОЛИМЕРНЫЕ ПОКРЫТИЯ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ И ПОЛИМЕРНОГО ЭЛЕКТРОЛИТА, ПОЛУЧАЕМЫЕ ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЕМ НА КАТОДЕ
Получены металлополимерные покрытия сочетанием в едином технологическом процессе ([тИы) электроосаждения на катоде олигомерных электролитов с электролитическим осаждением металлов. Изучены свойства, структура и морфология образующихся систем.
Ключевые слова: полиэлектролиты; электролитическое осаждение металлов; наноразмерные частицы; электрофорез.
Металлополимеры- гетерогенные системы на основе полимеров и адсорбционно-связанных с ними высокодисперсных металлических частиц. Они сочетают преимущества полимеров, такие как низкая плотность, эластичность и прочность, с характерными для металлов высокими антифрикционными, каталитическими,
магнитными свойствами и электропроводностью. Представляет интерес использование их в качестве покрытий[1].
Целью данной работы являлось получение никель-полимерных покрытий сочетанием в одном технологическом процессе
электроосаждения на катоде аминосодержащего олигомерного плёнкообразователя с
электролитическим осаждением никеля из их общего электролита и изучение свойств получающихся покрытий[2].
Исследования проводились в 2 -х направлениях:
1. Матрицей покрытий является металл, а полимерная фаза рассматривается как модифицирующая добавк.
2. Матрицей покрытия является полимер, а металлическая фаза в виде наноструктур диспергирована в среде полимера.
Разработан метод получения покрытия методом электроосаждения на основе полимерной матрицы, а металлическая фаза в виде наноструктур диспергирована в среде полимера.
В целом данный метод технологически схож с гальваническим процессом осаждения металлов, однако имеет и принципиальные отличия. Он основан на способности полиэлектролитов изменять свою растворимость в зависимости от рН среды. Основной электрохимический процесс -это электролиз воды, в результате которого прикатодное пространство подщелачивается (рН стремится к 14), при этом происходит регенерация аминогрупп, потеря
растворимости олигомера и осаждение его на катоде. Пигменты и наполнители осаждаются за
счет электрофореза, осмоса и синерезиса. По этому же механизму происходит процесс уплотнения полимерного осадка.
Технологические и физико-химические принципы электроосаждения и гальванического осаждения настолько различаются, что возможно именно поэтому никто в мире пока не предпринимал попытки объединить оба процесса.
Лучшие и воспроизводимые результаты получились на матрице полимера с добавкой никелевого электролита при выдержанном соотношении [3,4].
Электроосаждение проводили в лабораторной установке с ванной 0,5 л в гальваностатическом (I=const=1-2 A\дм2) и потенциостатическом (U=const=120-220 в) режимах, при температуре раствора 27-32°C. Катодом служили предварительно обезжиренные пластинки из стали 0,8 КП.
Состав смешанного электролита и условия электроосаждения подбирались таким образом, чтобы получалось равномерное бездефектное покрытие (Пк) толщиной до 25 мкм. Для изучения свойств покрытий отбирались бездефектные ровные Пк, удовлетворяющие по внешнему виду ГОСТ 9.032, ГОСТ Р 51691-2008.[5]
Полученные металлополимерные покрытия исследовались с помощью стандартных методов ГОСТ, принятых в ЛКМ и гальванотехнике. Также был исследован элементный состав и морфология покрытия с помощью энергодисперсионного рентгеновского анализа. Результаты представлены на рис.1.
В результате проведения элементного анализа было установлено наличие никеля в покрытии в концентрации 6%.
Морфология покрытий, представленная на рис.2, оценивалась с помощью сканирующего атомного силового микроскопа Nanoscop-4 фирмы «Nico» (США). Фотографирование
микроструктуры покрытии проводилось при увеличении 1х107.
Видно, что в №-полимерном покрытии содержатся неправильной формы агрегаты наноразмерных металлических частиц первичного размера 80-200 нм.
полученных гальваническим методом никелевых покрытий. Использовались стандартные испытания, принятые в лакокрасочной и гальванической промышленности. В табл.1 представлены свойства полученных покрытий в сравнении с чисто металлическим и полимерным покрытием.
Рис.1. Элементный состав композиции М-полимер
Для сравнения свойств проводились испытания металлополимерных, полимерных и
Рис.2. Микроструктура покрытия никель-полимер
Таблица 1. Свойства покрытия
Свойства/ вид ПК Полимерное Никелевое Никель-Полимер.
Толщина, мкм 18-20 15-17 20-22
(ГОСТ Р 51694-2000,180
2808-97)
Адгезия, балл 1 2 1
(ГОСТ 15140,180 2409)
Прочность на изгиб, мм (ГОСТ 6806,180 1519) 2 6 1
Сопротивление удару, кг*с/см 70 30 90
(ГОСТ 4765,180 6272)
Микротвердость, кгс/мм2 98 600-1200 1820
(ГОСТ 9450)
Солестойкость, часы 720 96 Более 1500
(ГОСТ 9.401-91)
Из табл.1. видно, что при неизменно хорошей адгезии, по сравнению с полимерным, металлополимерные покрытия имеют большую эластичность, чем у полимерного покрытия. При этом микротвердость металлополимерных покрытий также аномально большая. Более того, металлополимерное покрытие обладает поверхностной твердостью большей, чем чисто металлическое. Результаты на солестойкость (ГОСТ 9.401): никель-полимерного Пк более 1500 часов, полимерного 96 часов. Следует заметить, что данные результаты имеют воспроизводимость.
Исходя из выше изложенного можем сделать вывод, что на примере №-полимерного покрытия (Пк) предложен новый метод получения антикоррозионных покрытий комбинацией одновременного проведения сразу двух процессов - электроосаждения на катоде аминосодержащих полиэлектролитных плёнкообразователей и электролитического осаждения металлов.
Полученные покрытия обладают высокими защитными свойствами при хорошей адгезии и эластичности покрытия.
Квасников Михаил Юрьевич д.т.н., профессор кафедры композиционных лакокрасочных материалов и покрытий РХТУ им. Д.И.Менделеева, Россия, Москва
Логашёв Артем Ильич студент группы П-35 РХТУ им. Д.И Менделеева, Россия, Москва
Романова Ольга Алексеевна инженер - исследователь кафедры композиционных лакокрасочных материалов и покрытий РХТУ им Д.И.Менделеева, Россия, Москва
Силаева Анна Александровна студентка группы П-55 РХТУ им. Д.И.Менделеева, Россия, Москва
Уткина Ирина Фёдоровна к.х.н., научный сотрудник кафедры композиционных лакокрасочных материалов и покрытий, РХТУ им. Д.И.Менделеева, Россия, Москва
Ялкапова Лейли Батыровна студентка группы П-35 РХТУ им. Д.ИМенделеева, Россия, Москва
Литература
1. Помогайло А. Д., Розенберг А.Н., Уфлянд В.К. Наночастицы металлов в полимерах. М.Химия.2000. 672с.
2. Krylova I.A. Painting by electrodepositiononthe eve of 21-st cеnture //Progress in Organic Coatings//2001,V.42.P.120-131
3. Дейнега Ю.Ф., Ульберг З.Р. Электрофоретические композиционные Пк. М. Химия. 1989г. 238с.
4. Кузнецова Е.В. Электроосаждение никеля, модифицированного полимером// Журнал прикладной химии. 1993г. вып.5. С.1155-1158
5. Квасников М.Ю., Крылова И.А. Окраска методом электроосаждения. Часть 1-3// Лакокрасочные материалы и их применение. 2001. № 4-6. С.10-15, C.24-39, C.26-31
Romanova Olga Alekseevna , Kvasnikov Mihail Yur'evich*, Logashjov Artem Il'ich, Silaeva Anna Aleksandrovna, Utkina Irina Fedorovna, Yalkapova Leili Batyrovna
D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. *e-mail: kvasnikovm@mail.ru
A METHOD FOR OBTAINING OF NICKEL-POLYMER COATING BY ELECTOLYTIC DEPOSITION AT THE CATHODE
Abstract
A new way to obtain the original metal-polymeric coating by a combination of two mechanisms: the electrical deposition of polymer electrolyte and metal electroplating on the cathode. Properties, structure and morphology of the resulting coatings were examined.
Key words: polyelectrolytes; electrolytic coating of metals; nanoparticle; electrophoresis.
