CC BY
28
УДК 678.5
Фатеенкова К.А., Радзинский С.А., Кравченко Т.П., Корягина П.С., Яковлева К.А.
РАЗРАБОТКА СОСТАВА ОПТИЧЕСКИ ПРОЗРАЧНЫХ АБРАЗИВОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ ДЛЯ ОРГАНИЧЕСКИХ СТЕКОЛ ИЗ ПОЛИКАРБОНАТА
Фатеенкова Кристина Анатольевна, студентка бакалавриата 4 курса кафедры технологии переработки пластмасс,
e-mail: krista097@rambler.ru;
Радзинский Сергей Анатольевич, к.х.н., начальник лаборатории поликарбонатов АО Института пластмасс имени Г.С. Петрова;
Россия, 111024, Москва, Перовский проезд, д. 35.
Кравченко Татьяна Петровна, к.т.н., с.н.с., главный специалист кафедры технологии переработки пластмасс; e-mail: kravchenkopolimer@gmail.com;
Корягина Полина Сергеевна, студентка бакалавриата 3 курса кафедры технологии переработки пластмасс; Яковлева Ксения Андреевна, студентка бакалавриата 3 курса кафедры технологии переработки пластмасс; Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева; Россия, 125047, Москва, Миусская площадь, д. 9.
Данная работа посвящена разработке оптически прозрачного защитного покрытия для листового поликарбоната. Показано влияние полиуретанового покрытия и добавки коллоидного кремния на свойства поликарбоната. В ходе проведенных исследований предложен способ получения оптически прозрачных полиуретановых покрытий на изделия из поликарбоната с повышенной твердостью и абразивостойкостью, устойчивых к воздействию высоких динамических и температурных воздействий.
Ключевые слова: поликарбонат, абразивостойкость, полиуретановое покрытие, коллоидный кремний.
DEVELOPMENT OF STRUCTURE OPTICALLY TRANSPERENT RESISTANCE TO ABRASION COVERINGS FOR ORGANIC GLASSES FROM POLYCARBONATE
Fateenkova K. A., Radzinsky S. A., Kravchenko T. P., Koriagina P.S., Yakovleva K.A. D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
This paper is devoted to development optically transparent protective coating for sheet polycarbonate. This paper shows the effect of polyurethanec coating and colloidal silicon dioxide additive on the properties of polycarbonate. During the research was proposed a method for obtaining optically transparent polyurethanec coatings on products from polycarbonate with the raised hardness and resistance to abrasion, high dynamic influence high dynamic and temperature influences is offered.
Key words: polycarbonate, polyurethanec coating, colloidal
Поликарбонат (ПК) - один из самых многообещающих конструкционных термопластов. Согласно данным международных конференций объемы производства поликарбоната с каждым годом увеличиваются на 10 %. Основные области применения поликарбоната в России - это строительство, машиностроение, электротехника, светотехника.
Строительная индустрия на данный момент является самой распространенной и эффективной сферой, ведь замена силикатного стекла на ПК листы улучшает эксплуатационные характеристики сооружений, а также уменьшает вес конструкции [1].
Такой большой спрос ПК объясняется также целым комплексом его положительных характеристик. В сочетании с высокими оптическими свойствами (коэффициент пропускания не менее 88%) поликарбонат показывает
Таблица 1. Основные свойства поликарбоната
silicon dioxide.
исключительно высокие физико-механические свойства (таблица 1). ПК является термостабильным, биологически инертным, стабильным в размерах полимером, который также стоек к УФ облучению [2].
Однако, при всем многообразии положительных свойств поликарбоната он имеет существенный недостаток - низкая абразивостойкость поверхности изделий. Этот недостаток ограничивает
использование ПК во многих отраслях промышленности.
Проблема повышения поверхности изделий ПК воздействиях и сохранении оптических свойств является актуальной задачей, решением которой является разработка защитного покрытия, защищающего поверхность покрытия изделия из поликарбоната от абразивного воздействия.
абразивостойкости при механических
р, кг/см3 А, кДж/м2 ор, МПа ои, МПа осж, МПа е, % Ер, ГПа Еи, ГПи
1,20 70 60 60 70 75 2,10 2,20
В настоящее время наиболее часто используют защитные покрытия на основе спиртовых растворов кремнийорганических композиций, которые позволяют получать на поверхности изделий из ПК оптически прозрачные покрытия с высокой поверхностной твердостью и химстойкостью. Однако, вследствие высокой жесткости силоксановых покрытий, они склонны к растрескиванию при воздействии на них циклических температурных и динамических нагрузок [3].
Напротив, полиуретановые (ПУ) покрытия позволяют получать эластичные защитные пленки, гибкость и твердость которых, можно легко регулировать в широких пределах за счет использования большого разнообразия полиолов и изоцианатов, при этом наибольшие возможности для вариации свойств появляются при использовании органоразбавляемых двухкомпонентных систем. Полиуретановые покрытия в высокой степени удовлетворяют техническим требованиям. В автомобильной промышленности, которая установила очень высокие стандарты по светостойкости, атмосферостойкости, эластичности, химической стойкости и стойкости к царапанью, полиуретановые покрытия завоевали прочные позиции. Аналогично применению в автомобильной промышленности, полиуретановая технология все в большей степени используется при промышленной окраске пластмасс [4].
В работе сделана попытка получить покрытие, способное выдерживать циклические динамические и температурные нагрузки, так как данный поликарбонат будет использоваться в авиационной промышленности в качестве органических стекол для иллюминаторов, лобовых стекол и др.
В связи с этим в качестве объекта исследования была использована композиция полиуретанового лака ЯрЛИ стандартного состава в м.ч. (лак ЯрЛИсоат 1104 - 100; отвердитель ЯрЛИ № 31 - 28; разбавитель - 100).
Повышение твердости конечного изделия в данной работе в соответствии с рекомендациями, представленными в [5,6], обеспечивали повышением абразивостойкости за счет введения специальных добавок. В данной работе предлагается использование коллоидного кремния,
стабилизированного в метоксипропилацетате «КАШРОЬ® С 764».
Данный раствор коллоидного кремния вводился в полиуретановое покрытие на стадии приготовления композиции.
Определение абразивостойкости поликарбоната без покрытия и с покрытием проводилось методом карандаша (рис.1).
Результаты показали заметное улучшение поверхностной твердости после нанесения полиуретанового покрытия с 3 В до Б, также наблюдалось дальнейшее увеличение абразивной стойкости с увеличением содержания добавки БЮ2 с Б до 2Н (рис. 2).
I
ПК бвз покрытая ОК 11,00» 22% ЗЗК 44К
Рис. 2. Зависимость твердости полиуретанового покрытия от содержания SiO2 (%)
Поскольку твердость покрытия не является прямым показателем его абразивостойкости, нами были проведены испытания по истиранию образцов ПК без и с полиуретановыми покрытиями. Испытания по истиранию проводились на специальном устройстве MARTINDALE М 235 (табл. 2).
Как следует из таблицы 2, нанесение покрытия незначительно меняет светопропускание образцов поликарбоната, тогда как мутность образцов существенно падает при использовании покрытия и плавно уменьшается при увеличении содержания двуокиси кремния в покрытии.
По результатам двух исследований видно, что данное полиуретановое покрытие защищает поликарбонат от абразивного износа, при этом оно не влияет на оптические свойства. Содержание коллоидного кремния незначительно понижает коэффициент пропускания, но при этом значительно уменьшает изменение мутности.
Важно было также установить влияние данного полиуретанового покрытия на физико-механические свойства поликарбоната. Проводились испытания на прочностные характеристики при растяжении и на ударную вязкость по Шарпи. Было установлено, что прочностные характеристики образцов с покрытием при растяжении незначительно ниже исходных образцов без покрытия, тогда как ударные характеристики полностью сохраняются.
Незначительное понижение характеристик при растяжении связано с негативным влиянием органического растворителя на поликарбонат.
Рис. 1. Шкала твердости карандашей
Таблица 2. Изменение оптических характеристик и мутности образцов поликарбоната с покрытием после истирания
Поликарбонат с покрытием
Состав покрытия в м.ч. Коэффициент пропускания исходный, % Коэффициент пропускания после 50 циклов затирания, % Изменение мутности, %
Лак ЯрЛи - 100 Отвердитель - 28 Разбавитель - 100 Мапоро1 - 0 86,1 64,6 27,3
Лак ЯрЛи - 100 Отвердитель - 28 Разбавитель - 100 Мапоро1 - 25 84,1 75,2 12
Лак ЯрЛи - 100 Отвердитель - 28 Разбавитель - 100 Мапоро1 - 50 82,3 76,8 11,7
Лак ЯрЛи - 100 Отвердитель - 28 Разбавитель - 100 Мапоро1 - 75 82,6 76,9 10,5
Лак ЯрЛи - 100 Отвердитель - 28 Разбавитель - 100 Мапоро! - 100 83,4 77,3 9,95
Для применения ПК в авиационной промышленности важно, чтобы поликарбонат с защитным покрытием выдерживал циклические динамические и температурные нагрузки. В связи с этим, было проведено испытание защитного покрытия на растрескивание при одностороннем нагреве и растяжении, и установлено, что испытание не прошел образец с содержанием коллоидного кремния 44 % в наносимом лаке. Уже на 10 цикле испытаний в покрытии начали появляться трещины. Из этого следует, что повышенное содержание коллоидного кремния существенно повышает жесткость покрытия, в результате чего защитное покрытие не выдерживает циклических динамических и температурных воздействий.
В результате проведенных исследований предложен способ получения оптически прозрачных полиуретановых покрытий на изделия из ПК с повышенной твердостью и абразивостойкостью, устойчивых к воздействию высоких динамических и температурных воздействий.
За счет введения добавки на основе коллоидного кремния ^Ю2) удалось повысить твердость отечественного защитного полиуретанового покрытия ЯрЛИ на 2 степени при практически
полном сохранении оптических характеристик исходных изделий из поликарбоната.
Список литературы
1. Материалы конференции Сгеоп 2012// Полимерные материалы.2012. №6. С. 41-43.
2. Смирнова О.В., Ерофеева С.Б. Поликарбонаты. М.: Химия, 1975. - 288 с.
3. Золкина И.Ю. Абразивостойкие оптически прозрачные полимерные материалы и изделия на основе поликарбоната: дисс. ... канд. техн. наук: 05.17.06. - Моск. гос. акад. тонкой хим. технологии им. М.В. Ломоносова, - Москва, 2013.- 143 с.
4. Майер-Вестус, У. Полиуретаны. Покрытия, клеи и герметики /Ульрих Майер Вестус; [пер. с англ. Л. Н. Машляковского, В. А. Бурмистрова]. - М.: Пэйнт-Медиа, 2009. - 400 с.
5. Абразивостойкое полиуретановое покрытие для поликарбонатных изделий: пат. 2619316 Рос. Федерация. № 2016127901; Заявл. 11.07.2016; опубл. 15.05.2017, Бюл. № 14.
6. Физико-механические свойства силоксанового покрытия на полимерных подложках / А. С. Усеинов, С. А. Радзинский [и др.] // Пластические массы. - 2012. - № 4. - с. 14 - 18.
