CC BY
13
УДК 667.6
Лвин Ко Ко, Пелясова Д.А., Квасников М.Ю.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КАДМИЙ-ПОЛИМЕРНЫХ ПОКРЫТИЙ, НАНЕСЕННЫХ МЕТОДОМ КАТОДНОГО ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЯ
Лвин Ко Ко, аспирант 3-го года обучения кафедры химической технологии полимерных композиционных лакокрасочных материалов и покрытий,е-таЛ: lugyangyi2041@gmail.com;
Пелясова Дарья Александровна, магистрант 1-го года обучения кафедры химической технологии полимерных композиционных лакокрасочных материалов и покрытий;
Квасников Михаил Юрьевич, д.т.н., профессор кафедры химической технологии полимерных композиционных лакокрасочных материалов и покрытий;
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева; Россия, 125047, Москва, Миусская пл., 9.
Работа посвящена определению физико-химических свойств кадмий-полимерных покрытий, получаемых методом катодного электроосаждения. Были проведены коррозионные испытания, гель-фракция и равновесное набухание.
Ключевые слова: кадмий-полимерные покрытия, полимерное покрытие, степень набухания, гель-фракция, коррозия.
DETERMINATION OF PHYSICO-MECHANICAL PROPERTIES OF CADMIUM-POLYMER COATINGS APPLIED BY CATHODIC ELECTRODEPOSITION
Lwin Ko Ko, Pelyasova D.A., Kvasnikov M. Y.
D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia.
The work is devoted to the determination ofphysical and chemical properties of cadmium-polymer coatings obtained by cathodic electrodeposition. Corrosion tests, gel fraction and equilibrium swelling were carried out.
Keywords: cadmium-polymer coatings; polymer coating; swelling degree; gel fraction; corrosion.
Набухание - это самопроизвольный процесс поглощения низкомолекулярного растворителя высокомолекулярным веществом. Набухание часто является начальным этапом растворения высокомолекулярных веществ [1]. При набухании молекулы низкомолекулярной жидкости (или ее пара) проникают между элементами структуры полимера, вызывая межструктурное набухание, или внутрь структур, раздвигая макромолекулы, что называется внутрипористым набуханием. В отличие от набухания линейных полимеров, набухание сшитых полимеров сопровождается
высокоэластической деформацией, проявляющейся в распрямлении отрезков цепей между узлами сетки [2].
При набухании полимер иногда значительно увеличивается в весе без потери микроскопической однородности. Объем при этом может увеличиваться до 1000-1500 %. Различают ограниченное и неограниченное набухание. Неограниченное набухание - это набухание, самопроизвольно переходящее в растворение. Набухший полимер, представляющий собой раствор низкомолекулярной жидкости в полимере, какое-то время сосуществует со слоем чистой низкомолекулярной жидкости. Неограниченное набухание характерно для линейных аморфных полимеров, сольватированные молекулы которых легко переходят в раствор и равномерно распределяются по всему объему
растворителя, образуя гомогенную систему [3]. Можно сказать, что процесс набухания - это поглощение низкомолекулярного вещества полимером, сопровождаемое увеличением его массы, объема и изменением структуры.
На практике очень важно знать способность полимеров к набуханию в различных жидких и парообразных средах. Эта способность оценивается по степени набухания, которая выражается количеством поглощенной полимером жидкости (или ее пара), отнесенным к единице массы или объема полимера. Степень набухания можно определить только у ограниченно набухающих полимеров, так как при неограниченном набухании сам полимер начинает растворяться, и масса образца уменьшается. Степень набухания изменяется во времени [4].
У полученных нами кадмий-полимерных покрытий [5] необходимо было определить физико-механические характеристики. Пластины с отвержденным кадмий-полимерным покрытием и полимерным покрытием, взятые в качестве сравнительного образца, были помещены в эксикатор с парами бутилцеллозольва, ранее определенным как самый термодинамически активный растворитель. Через каждые 24 часа в течение 9 дней измеряли массу бутилцеллозольва, поглощенного полимером. На рисунке 1 представлены данные по равновесному набуханию
кадмии-полимерного покрытия полимерным покрытием.
в сравнении с
Таблица 1. Сравнение свойств полимерного и кадмий-
Рис. 1. Кинетика набухания кадмий-полимерного и полимерного покрытий в бутилцеллозольве
Из рисунка 1видно, что максимальная скорость набухания для всех покрытий наблюдается в первые дни. При дальнейшей выдержке в растворителе масса покрытий не изменяется, что свидетельствует о завершении процесса набухания. Из рисунка видно, что полимерное покрытие обладает более чем в 3 раза большей степенью набухания, что может свидетельствовать о большей степени сшивки полимерных макромолекул в присутствии кадмия.
Для изучения физико-механических свойств из каждой опытной партии были взяты образцы, полученные при оптимальных значениях напряжения и времени электроосаждения. Все испытания производились в соответствии с методиками ГОСТ для лакокрасочных материалов.
В таблице 1 представлены сравнительные результаты измерений для полимерного и металл-полимерного покрытий.
полиме рного покрытий
Свойства Полимерное покрытие Кадмий-полимерное покрытие
Толщина, мкм ГОСТ 31993-2013 23-25 9-10
Адгезия, балл ГОСТ 31149-2014 0 0
Прочность при ударе, см ГОСТ Р 530072008 70 100
Твердость по карандашу ГОСТ 54586-2011 3Н 8Н
Из представленных результатов видно, что кадмий-полимерное покрытие является более тонкослойным и при этом обладает столь же хорошей адгезией к подложке и большими показателями прочности при ударе и твердости по карандашу.
Метод, выбранный для исследования коррозионных свойств, заключается в определении декоративных и защитных свойств покрытий после воздействия 3% раствора соли №С1 в течение определенного времени. Перед испытаниями покрытия выдерживались в течение одного дня. На рисунке 2 представлены фотографии пластин с кадмий-полимерным покрытием и полимерным покрытием после коррозионных испытаний. Они находились в дистиллированной воде в течение 2920 часов (122 дня), рисунок 2 А, и в 3%-ном рабочем растворе №С1 в течение 1656 часов (69 дней), рисунок 2 Б. Из представленных рисунков видно, что наилучшие антикоррозионные свойства проявил образец с кадмий-полимерным покрытием, так как в дистиллированной воде он не подвергся коррозии в отличие от полимерного покрытия.
Си-полимер
(А)
Полимер
Сополимер
(Б)
Полимер
Рис. 2. Внешний вид покрытий после 2920 часов (122 дня) испытаний на коррозионную стойкость в дистиллированной воде (А) и внешний вид покрытий после 1656 часов (69 дней) испытаний на коррозионную стойкость в 3%-ном растворе ^О (Б)
Образцы кадмий-полимерного покрытия, выдержанные в растворе соли, сохранили свои адгезионные свойства к подложке, в то время как полимерное покрытие от нее отделилось.
Предположение о большей степени сшивки подтверждаются определением гель-фракции в аппарате Сокслета. Результаты определения гель-фракции кадмий-полимерных покрытий и полимерных покрытий, полученных при различном напряжении нанесения, представлены на рисунке 3.
степени сшивки для кадмий -полимерных покрытий, можно объяснить каталитическим действием кадмия, снижающим необходимую энергию активации процесса, а также усиливающим влиянием кадмия на полимерную матрицу покрытия.
Работа выполнена в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 - 2020 годы» (идентификатор проекта RFMEFI57417X0133).
Рис. 3. Данные по гель-фракции кадмий-полимерных покрытий и полимерных покрытий
Видно, что гель-фракция кадмий-полимерных Пк (94 %) превышает гель-фракцию покрытия без кадмия (70 %). Высокие значения гель-фракции и
Список литературы
1. Кузнецов А.К., Захаров И.М. Лабораторный практикум по курсу «Физико-химия полимеров». -2007. - С. 49-53.
2. Гиббс Дж.В. Термодинамические работы. Пер. с англ. под ред. В.К. Семенченко. М.-Л., Гостехтеоретиздат. -1950. - 492 с.
3. Круглицкий Н.Н. Основы физико-химической механики. Часть 3. Практикум и задачи.- 1977. -136 с.
4. Воюцкий С. С. Растворы высокомолекулярных соединений. 2 изд. - М. - 1960. - 132 с.
5. Квасников М.Ю., Пелясова Д.А., Лвин Ко Ко Лакокрасочные кадмий-полимерные покрытия, получаемые методом катодного электроосаждения // Лакокрасочные материалы и их применение. - 2017. - № 12. - С. 38-42.
