Прочные и устойчивые к коррозии российские нанокомпозитные порошковые краски

Красноярские ученые разработали новые порошковые краски с добавлением нановолокон оксида алюминия. Основная их функция — армирование полимерного покрытия. Благодаря добавке из нановолокон разработанное покрытие стало в два раза прочнее и устойчивее к коррозии. Результаты фундаментальных исследований опубликованы в журнале Polymers и сборниках статей Materials Science Forum; Journal of Physics: Conference Series.

Реальные образцы прошли тестирование в испытательном сертификационном центре, выпущена промышленная партия краски. В настоящее время в качестве покрытий для металлических корпусов и профилей используются порошковые краски на основе полиэфирных и эпоксидных смол. Такие покрытия несут как декоративную, так и защитную функцию. Они напыляются на металл и отверждаются посредством нагрева, поскольку уже имеют в своём составе сшивающие агенты. Однако прочность получаемых полимерных цепей часто невелика, они неустойчивы и разрушаются под действием солнечного излучения.

Коллектив красноярских ученых из ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» и СФУ создал новую порошковую краску с добавками из нановолокон оксида алюминия. Такая добавка приводит к упрочнению покрытия, повышает его эластичность, а также коррозионную стойкость материала. Как следствие, улучшаются эксплуатационные свойства красок.Для создания нанокомпозитных порошковых красок ученые добавили в смолу — полимерную основу краски, нановолокна прочного неорганическими оксидами — оксида алюминия. Нановолокна как бы армируют полимер и упрочняют его. При этом добавку высокотехнологичного материала благодаря разработанным приёмам можно реализовывать обычным производственным оборудованием на промышленной линии производства порошковых красок.

Чтобы добавка лучше размешивалась в смоле и наиболее прочно с ней связывалась после процедуры отверждения, на поверхность нановолокон химически закрепляются специальные молекулы — функциональные группы, похожие на молекулы отвердителя. В результате добавка химически связывается со смолой в краске и, по сути, получается новая молекула из разветвлённой полиэфирной цепи и нановолокон оксида алюминия. Причём нановолокна оксида алюминия механически сцепляются с другими наполнителями краски, образуя стеклокерамическую сеть.

Такой комплексный эффект приводит к тому, что даже небольшие добавки нановолокон в краску (около одной сотой процента от массы) приводят к улучшению её товарных характеристик.

«Цветные глазури на основе оксида кремния и керамика на основе оксида алюминия настолько долговечны, что изделия, созданные в глубокой древности, до сих пор могут радовать нас своими формами и изображениями на них. Подобные материалы требуют, например, высоких температур обработки и сложных приёмов изготовления в целом. Даже эмалирование металлической посуды требует температур около 800-850 °С в отличие от порошковых красок, которые нагреваются до 160-200 °С.

Предложенная нами добавка нановолокон оксида алюминия скрепляет минеральные наполнители краски и пигменты в стеклокерамическую сеть внутри полимерной связки покрытия, приближая таким образом покрытие к тем самым долговечным эмалям и керамикам. Преимущества таких покрытий в их основных товарных характеристиках. Это прочность на удар, эластичность на изгиб и коррозионная стойкость. По всем этим параметрам мы имеем улучшение. Например, коррозионная стойкость увеличивается на 50%. То есть если эталонное покрытие служит десять лет, то в новом составе краска может прослужить около пятнадцати лет. При этом ее стоимость практически не повышается. Мы уже выпустили промышленную партию краски. Образцы такого типа уже прошли тестирование в испытательном сертификационном центре. Помимо того, разработанные краски могут заменить импортные дорогостоящие аналоги», — резюмирует Михаил Симунин, кандидат технических наук, ведущий инженер отдела молекулярной электроники КНЦ СО РАН, доцент Сибирского федерального университета.

Ученые отмечают, что покрывать такой краской можно любой проводящий материал, например, корпуса холодильников и многих других приборов. Антикоррозионные качества таких красок будут важны для корабельного такелажа, чтобы уберечь его от агрессивного воздействия солнца, воды и соли. С их помощью можно защищать от коррозионной нагрузки и другое оборудование, например, дорожные знаки и трансформаторные ящики, сервера и ретранслирующее оборудование.

Работа была выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, Красноярского краевого фонда науки и ООО «Поливест-Железногорск».

Информация и фото предоставлены Федеральным исследовательским центром «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук»