Антиадгезионное покрытие
На протяжении всей истории лакокрасочной промышленности ученые-химики пытаются создавать с каждым разом все лучшие лакокрасочные материалы, способные как можно дольше и надежнее защитить различные поверхности. В настоящее время рынок лакокрасочной продукции наполнен самыми разнообразными покрытиями, начиная от обычной водоэмульсионной краски, и заканчивая антивандальными, гидрофобными и антиадгезионными покрытиями. И каждое из существующего разнообразия лакокрасочных покрытий призвано защищать поверхность и придавать ей презентабельный вид. Поговорим об антиадгезионных покрытиях, что это такое и зачем они нужны.
Сначала давайте разберемся с тем, что такое адгезия. Согласно справочникам, «адгезия» с латинского adhaesio переводится как «прилипание». То есть это способность твердых или жидких тел крепко сцепляться друг с другом. Есть лакокрасочные покрытия, имеющие хорошие адгезионные свойства. В основном, они предназначены для качественного сцепления с другими покрытиями, которые наносятся поверх них. А вот антиадгезионное покрытие, наоборот, предназначено для того, чтобы предотвратить налипание на поверхности нежелательных веществ, включая краски, клеевые составы, полимеры и многое другое. Покрытие было создано по той причине, что адгезия ускоряет износ поверхностей и приводит к более быстрому ее приходу к непригодности. Антиадгезионные материалы также называются износостойкими.
Данные лакокрасочные материалы благодаря своим уникальным свойствам на сегодняшний день являются очень популярными. Они нашли широкое применение во многих сферах деятельности человека. Хорошо смогли себя зарекомендовать не только в химической и машиностроительной отрасли, но также в пищевой промышленности, и при производстве эмалированной посуды, имеющей антипригарное покрытие.
Таким образом, основной целью изобретения данного лакокрасочного материала является увеличение срока эксплуатации покрытия вместе с повышением качества его потребительских характеристик.
Антиадгезионное покрытие металла
Одним из наиболее популярных покрытий является антиадгезионное покрытие металла. Это связано с тем, что металл достаточно распространенный материал, из которого изготавливается огромное количество разнообразных конструкций и деталей, начиная от поручней и транспортировочных лент, заканчивая самолетами и автомобилями. В основном, антиадгезионное покрытие наносится на металлические изделия, которыми используются в агрессивных средах, или же те, которые соприкасаются с другими компонентами. Также антиадгезионное покрытие металлов наносится на:
Антиадгезионные материалы
Достаточно распространенными антиадгезионными материалами выступают лаки и смазки, обладающие соответствующими свойствами.
К антиадгезионным смазкам относятся такие, которые имеют в своем составе парафин и смолы. Подобная андиадгезионная смазка отлично способствует предотвращению загрязнения поверхностей, на которые она нанесена.
Разновидностями данных антиадгезионных материалов являются:
Последние два компонента вместе с напыленными металлическими покрытиями являются отличной антиадгезионной смазкой в случае, если они являются одним целым с отвержденным материалом.
Антиадгезионные свойства, которыми обладают определенные лакокрасочные материалы, позволяют:
Таким образом, различные антиадгезионные композиции играют большую роль в различных производственных сферах. Ими обрабатываются рабочие поверхности механизмов машин, емкостей, бункеров, резервуаров, любого промышленного и транспортного оборудования с целью улучшения скольжения, устранения прилипания других компонентов, а также увеличения срока службы покрытий.
материалы по теме
На рынок вышли антикоррозионные нанопокрытия от компаний Tesla и SWeNT
Производство нанопокрытий Teslan, которые являются антикоррозионными покрытиями, предназначенными для металлоконструкций, будет расширено компанией Tesla NanoCoatings.
Популярность на защитные покрытия для стальных труб растет
Положительные тенденции отмечаются представителями лакокрасочной отрасли. Согласно их утверждениям, к качеству продукции производители стали подходить с большей ответственностью.
Инновационные порошковые покрытия от Valspar
Новая линия порошковых покрытий Valspar Valde Extreme Flex Cure (EFC) запущена корпорацией Valspar.
Антиадгезионные покрытия
Антиадгезионные покрытия служат для обработки различного оборудования (конвейерных лент проходных печей, сушильных агрегатов, пресс-форм) для предотвращения налипания остатков обрабатываемых полимеров (каучука, пластмасс и.т.д.) и других загрязнений.
Особенностью покрытия АНТИТЕК 17 является его повышенная механическая прочность и, следовательно, большая долговечность по сравнению, например, с силикатными разделительными смазками или пропитками на основе растворимых фторопластовых полимеров.
Антиадгезионные покрытия также могут использоваться как антивандальные, антизадирные покрытия и разделительные смазки.
Данный продукт является нашей собственной разработкой.
Внешний вид конвеерной ленты в сушильном агрегате после одного месяца работы. Правая часть обработана антиадгезивом, левая не обработана. Соответственно вся необработанная часть покрыта слоем каучука, правая часть почти чистая.
Покрытие наносится на обрабатываемую поверхность либо напылением из окрасочного пистолета либо другим способом (кисть, окунание). Затем покрытие отверждается в течение суток, для ускорения процесса отверждения допускается термообработка покрытия при температурах 200-230 С. При подобной термообработке отверждение происходит за 20-30 минут.
Антитек 17 был успешно испытан и внедрен на Воронежском заводе по производству синтетических каучуков. Антиадгезив наносили на конвейерную ленту термоагрегата, на котором сушится липкая каучуковая крошка. Внедрение покрытия позволило снизить эффект налипания крошки на конвейерную ленту, и тем самым увеличить интервал работы агрегата между остановками на очистку. Также снизилась трудоемкость очистки.
Антиадгезионное покрытие что это
Электронный научный журнал «ТРУДЫ ВИАМ»
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ
«ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ АВИАЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ»
НАЦИОНАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО ЦЕНТРА «КУРЧАТОВСКИЙ ИНСТИТУТ»
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Авторизация
Статьи
Приведены свойства антиадгезионных покрытий на основе кремнийорганических соединений. Показано влияние строения кремнийорганических соединений, катализаторов отверждения и их содержания на основные свойства антиадгезионных покрытий. Приведены режимы отверждения покрытий и показана эффективность применения антиадгезионного покрытия на основе метилсилоксанового олигомера К-21 с температурой отверждения 120°C в течение 2 ч при изготовлении полимерных композиционных материалов способом автоклавного формования.
Введение
Гидрофобизация материалов широко применяется для придания им водоотталкивающих свойств. Она заключается в обработке поверхности различными химическими соединениями, придающими ей свойства несмачиваемости водой. Использование такого приема позволило решить ряд практических задач:
– улучшить видимость через смотровые окна воздушного и водного транспорта в условиях дождя и при забрызгивании морской водой;
– обеспечить защиту оптических стекол от разрушающего воздействия влаги;
– значительно увеличить поверхностное электрическое сопротивление изоляционных материалов во влажных условиях;
– повысить коррозионную устойчивость металлов и атмосферостойкость строительных материалов и конструкций;
– улучшить свойства текстильных материалов и кожаных изделий.
В авиационной промышленности такие составы необходимы для обработки оснастки, используемой при формовании полимерных композиционных материалов (ПКМ), с целью уменьшить адгезию к ней связующих, входящих в состав ПКМ.
В качестве гидрофобизаторов наибольшее распространение получили покрытия на основе кремнийорганических мономеров и олигомеров и фторолигомеров [1–5]. В настоящее время с учетом доступности и стоимости материалов наиболее широко используют гидрофобизаторы на основе кремнийорганических соединений. Гидрофобизаторы на основе фторолигомеров менее доступны и более дорогостоящие.
Наибольшее распространение на предприятиях авиационной отрасли получила антиадгезионная кремнийорганическая смазка К-21 (ТУ6-02-909–79), которая на поверхности оснастки при температуре 200–230°C образует тонкое твердое полимерное покрытие, позволяющее без возобновления получать до пяти запрессовок на основе эпоксидных связующих. Необходимость проведения высокотемпературной обработки покрытий для их отверждения является одним из недостатков смазки К-21 и ограничивает ее применение. Поэтому представляется перспективным проведение исследований по подбору катализаторов холодного отверждения покрытий на основе метилсилоксанового олигомера К-21.
Работа выполнена в рамках реализации комплексной научной проблемы 13.1. «Связующие для полимерных и композиционных материалов конструкционного и специального назначения» («Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года») [6–8].
Материалы и методы
Для проведения исследований применялись следующие материалы:
– антиадгезионная кремнийорганическая смазка К-21 (ТУ6-02-909–79);
– гидрофобизирующая жидкость 136-157М;
– полиметилфенилсилоксан (ГК-10), содержащий высокореакционные гидридные
Si–H-группы.
Структурные формулы указанных соединений представлены в табл. 1.
Полимерные основы антиадгезионных составов
Растворы антиадгезионной смазки К-21 для испытаний с концентрацией 5; 10 и 20% (по массе) приготовлены в лаборатории путем растворения навесок кремнийорганического полимера и катализатора в гексане, а растворы с концентрацией 8 и 15% (по массе) с добавками катализатора получены от коммерческих поставщиков.
Эффективность антиадгезионных покрытий оценивали по адгезионной прочности на границе раздела «покрытие–полимер» в условиях, моделирующих реальные условия эксплуатации материалов. Подготовку материалов для испытаний проводили следующим образом: на металлическую плоскую пластину размером 60×20 мм и толщиной 2 мм из алюминиевого сплава Д16-АТ или нержавеющей стали Х18Н9Т наносили покрытие окунанием в раствор антиадгезионного состава. Предварительную очистку поверхности металла проводили непосредственно перед нанесением покрытия путем протирки ацетоном до и после зашкуривания. Обработанные пластины выдерживали на воздухе в течение 15–20 мин для удаления растворителя, после чего проводили отверждение антиадгезионного покрытия. Образец с отвержденным покрытием склеивали внахлест с другим образцом (без покрытия) полиуретановым клеем ПУ-2 при температуре 105±5°C в течение 4 ч. Испытания склеенных образцов проводили на сдвиг через 24 ч после снятия груза на универсальной разрывной машине. Для подтверждения полноты отверждения образцов сопоставляли адгезионную прочность исходных материалов и материалов после экстракции гексаном в течение 10 ч в приборе Сокслета.
Результаты и обсуждение
Гидрофобные покрытия на основе кремнийорганических соединений приобретают необходимые эксплуатационные свойства только после отверждения. Помимо формирования связей покрытия с материалом, отверждение также сопровождается процессами конденсации и сшивки кремнийорганических олигомеров по гидроксильным или гидридным группам.
Влияние химической природы матрицы и режима отверждения антиадгезионных покрытий на адгезионную прочность клеевых соединений исследовано на примере образцов, нанесенных из 5%-ных растворов в гексане, и показано в табл. 2.
Зависимость прочности клеевого соединения материала Д16-АТ на клее ПУ-2
от химической природы полимерной основы и режима отверждения
антиадгезионного покрытия
Температура, °С, отверждения
покрытия при выдержке в течение 2 ч
* Использовался 8%-ный раствор.
Из приведенных данных видно, что исследуемые составы покрытий позволяют получать низкие значения адгезионной прочности при предложенных режимах отверждения. При использовании покрытия на основе жидкости 136-157М и продолжительности его отверждения 2 ч низкая адгезионная прочность (хорошие антиадгезионные свойства) достигается только при температуре 180°C. После отверждения при рассматриваемых условиях покрытие на основе продукта ГК-10 по антиадгезионным характеристикам также уступает покрытию К-21.
С целью отверждения покрытий из растворов использованных кремнийорганических соединений при умеренных температурах (не более 120°C) опробованы катализаторы (табл. 3), которые вводились в антиадгезионный состав в количестве 2% (по массе) от массы полимерной основы [12–15].
Катализаторы, применявшиеся для холодного отверждения
антиадгезионных покрытий
Смесь АДЭ-3 и АГМ-9 в соотношении 1:1 (мас. ч.)
В табл. 4 показана зависимость адгезионной прочности клеевого соединения от химической природы полимерной основы адгезионного состава и катализатора. Отверждение покрытия из раствора продукта К-21 и жидкости 136-157М проводили при комнатной температуре в течение 24 ч. В случае использования продукта ГК-10 применялся катализатор А-39. Из приведенных данных видно, что лучшими антиадгезионными свойствами обладают покрытия из продукта К-21, отвержденные в присутствии катализаторов 230-15 и АГМ-9.
Зависимость адгезионной прочности клеевого соединения Д16–ПУ-2–Д16 от химической природы полимерной основы и катализатора, наносимых из раствора в гексане
(концентрация основы 5% (по массе) с добавкой 2% (по массе) катализатора)
* Отверждение проводилось при 80°C в течение 30 мин.
На основании полученных результатов и доступности сырьевой базы выбран антиадгезионный состав на основе продукта К-21, отверждаемый в присутствии катализатора 230-15 (или АГМ-9). Представляло интерес установить оптимальное содержание катализатора. На рис. 1 показана зависимость адгезионной прочности клеевого соединения от химической природы и содержания катализатора для отверждения антиадгезионного покрытия при использовании 5%-ного раствора К-21 в гексане. Режим отверждения покрытия – при 20°C в течение 24 ч. Видно, что содержание кислородсодержащего катализатора 230-15 практически не оказывает влияния на антиадгезионные свойства покрытия во всем исследованном диапазоне. При увеличении содержания аминосодержащего отвердителя АГМ-9 с 1 до 2% (по массе) наблюдается существенное снижение адгезионной прочности – с 2,75 до 1,20 МПа. Дальнейшее повышение содержания АГМ-9 до 5% (по массе) практически не оказывает влияния на адгезионную прочность клеевого соединения. Полученные данные подтверждают обоснованность выбора добавления катализаторов холодного отверждения в количестве 2% (по массе) от массы полимерной основы [16–20].
Рис. 1. Зависимость адгезионной прочности клеевого соединения от химической природы и содержания катализатора для отверждения покрытия на основе олигомера К-21
Для ускорения процесса отверждения покрытий на основе олигомера К-21 с добавкой 2% (по массе) катализатора 230-15 и оценки возможности его проведения при умеренных температурах опробовали следующие режимы отверждения:
Отвержденные покрытия по всем исследованным режимам отверждения показали высокие антиадгезионные свойства – tсдв=0,13–0,28 МПа.
При разработке антиадгезионных составов с температурой отверждения не выше 120°C представляло интерес ИК-спектроскопическое исследование процессов, происходящих в пленках олигомера К-21 в присутствии катализатора 230-15 [21–25].
В промышленности олигомер К-21 используется без катализатора в виде 5–10%-ных растворов в бензине или нефрасе в качестве смазки. Для выбора оптимальных состава и концентрации смазки К-21 использованы антиадгезионные покрытия из растворов с концентрацией в диапазоне от 5 до 20% (по массе) с содержанием 2% (по массе) катализатора 230-15 и определена адгезионная прочность клеевого соединения (рис. 3). Сопоставление данных для образцов с концентрациями 5; 10 и 20% (по массе) показывает, что увеличение концентрации полимерной основы антиадгезионного покрытия приводит к уменьшению его адгезионной прочности и улучшению антиадгезионных характеристик, что объясняется увеличением толщины слоя отвержденного покрытия. Следует отметить, что добиться большей толщины слоя покрытия и его требуемой эффективности можно также за счет ухудшения технологичности его нанесения – в частности, путем его многократного нанесения с периодической сушкой.
Рис. 3. Адгезионная прочность клеевых соединений с различной концентрацией смазки К-21 в антиадгезионном составе с добавлением 2% (по массе) катализатора 230-15
С другой стороны, использование коммерчески доступных образцов показывает значительное отклонение полученных данных по адгезионной прочности отвержденных слоев по сравнению с аналогичной характеристикой для лабораторных образцов, что, по-видимому, связано с отличиями их химического состава (растворители, присадки и т. п.). Полученные данные показывают, что коммерчески доступный образец с 15% (по массе) смазки К-21 и добавкой 2% (по массе) катализатора (от массы полимерной основы) позволяет обеспечить минимальные адгезионные характеристики отвержденного слоя и является оптимальным.
Одним из технических требований, предъявляемых к разрабатываемым покрытиям, является отсутствие переноса антиадгезионной смазки на формуемый материал. Для устранения переноса смазки необходимо добиться полного отверждения покрытия и формирования сетки химических связей с подложкой, что можно оценить путем сравнительного изучения исходных и экстрагированных образцов отвержденного покрытия. Экстракцию образцов с покрытием проводили в приборе Сокслета гексаном в течение 10 ч. Из данных, представленных на рис. 4, видно, что уровень антиадгезионных свойств покрытий, полученных из 8- и 15%-ных растворов смазки К-21, для обоих образцов до экстракции заметно выше, чем после ее проведения, и большую пригодность показывает образец с 15%-ной концентрацией антиадгезионной смазки.
Рис. 4. Влияние экстракции образцов из сплава Д16-АТ с антиадгезионным покрытием на основе смазки К-21 и продолжительности отверждения покрытия на прочность клеевых соединений. Покрытия получены из 8- (1, 2) и 15%-ного (3, 4) растворов смазки К-21 – до (2, 4) и после экстракции (1, 3) при температуре отверждения 80°C
Увеличение адгезионной прочности обоих образцов покрытий после проведения экстракции, по-видимому, свидетельствует об их неполном отверждении при данных условиях, поэтому для улучшения антиадгезионных характеристик рекомендуется проводить их отверждение при максимально возможных «мягких» условиях холодного отверждения – при 120°C в течение 2 ч.
Таким образом, на основании проведенных исследований выбран состав для нанесения антиадгезионных покрытий, включающий 15% (по массе) основы – смазки К-21 с добавкой 2% (по массе) катализатора 230-15 или АГМ-9 (по отношению к массе полимерной основы). Отверждение покрытия осуществляется при 120°C в течение 2 ч.
Заключение
Разработаны антиадгезионные составы на основе кремнийорганического олигомера К-21 с добавками катализаторов, отверждающиеся при температуре 120°C в течение 2 ч*. Разработанные составы обеспечивают высокие антиадгезионные свойства при склеивании материалов полиуретановым клеем ПУ-2 – прочность при сдвиге клеевых соединений алюминиевого сплава Д16-АТ с обработкой поверхности антиадгезионным составом не превышает 0,1 МПа (по сравнению с 3 МПа для клеевого соединения, полученного в аналогичных условиях без обработки поверхности).
* Экспериментальная часть работы выполнена Р.В. Артамоновой
1. Для чего нужна силиконизация бумаг и пленок?
Основные области применения силиконизированных субстратов.
2. Какие субстраты используются для нанесения силиконовых покрытий?
В качестве субстратов для силиконизации используют БУМАГИ (крафт-бумаги, жиронепроницаемы бумаги, растительный пергамент, суперкаландрированные бумаги, глассин) и ПЛЕНКИ ( полиэтилентерефталат (ПЭТ), полиэтилен (ПЭ), полипропилен (ПП)).
3. В каком виде выпускаются силиконы серии SYL-OFF ™ ?
Продукты SYL-OFF ™ выпускаются в виде 3-х систем:
4. Какое оборудование используется для нанесения силикона?
Базовая таблица по подбору силиконов серии SYL-OFF ™ в зависимости от типа оборудования
ТИП МАШИНЫ
ТИП МАТЕРИАЛА SYL-OFF ™
Мультивалковые машины ( как правило, 5-валковые)
— 100% СИЛИКОН (без растворителя)
Валковые машины (обычно с дополнительным устройством типа «Mayer Bar» после узла нанесения)
— ЭМУЛЬСИИ (водные эмульсии силикона)
— СИЛИКОН В РАСТВОРИТЕЛЕ (дисперсии силикона в органическом растворителе)
Машины глубокой печати (гравировальные машины)
Общая информация о продуктовой линейке SYL-OFF ™
Состав систем SYL-OFF ™
Основные компоненты :
Дополнительные компоненты :
Особенности разделительных покрытий серии SYL-OFF ™
Удельный вес покрытия
Отверждение
На процесс отверждения покрытий серии SYL-OFF ™ влияет множество факторов; основные из них следующие.
Существуют и другие факторы:
Разделение
Для каждого применения можно подобрать соответствующее покрытие, отвечающее конкретным требованиям. Перед коммерческим использованием необходимо убедиться в том, что выбранные разделительные покрытия подходят к имеющемуся субстрату и наоборот.
Применение продуктов SYL-OFF ™ в зависимости от используемого субстрата (подложки) *
Компонент
Бумага
ПП / ПЭ
Водная эмульсия SYL-OFF ™
Статьи
Антиадгезионные покрытия
Антиадгезионное покрытие предназначено для защиты металлических и других поверхностей от налипания. Адгезия слипание поверхностей двух разнородных твёрдых или жидких тел. Адгезия обусловлена межмолекулярным взаимодействием в поверхностном слое и характеризуется удельной работой, необходимой для разделения поверхностей. Адгезия вызывает повышенный износ трущихся деталей. Для устранения адгезии вводят слой покрытия (антиадгезионное покрытие), препятствующий контакту поверхностей..
Антиадгезионное покрытие предназначено для защиты металлических и других поверхностей от налипания. Антиадгезионное покрытие применяется для обработки рабочих поверхностей механизмов машин, ёмкостей, резервуаров, бункеров, промышленного и транспортирующего оборудования. Такое покрытие улучшает скольжение, устраняет налипание и устраняет истирание металлических поверхностей.
В качестве примера антиадгезионного покрытия можно привести фторопласт. Антиадгезионные покрытия из композиций на основе фторопласта сочетают ценные технические свойства фторполимеров, такие как высокая химическая, атмосферо- и тропикостойкость, а также эластичность, нагрево- и морозостойкость, хорошие диэлектрические показатели, антифрикционные свойства.
ООО «Пластполимер-ПРОМ» производит фторопластовые антиадгезионные покрытия с высокими техническими и технологическими характеристиками. Мы предлагаем следующие защитные покрытия, обладающие антиадгезионными свойствами:
фторопласто-эпоксидный лак ЛФЭ-32лнх – применяется для изготовления антифрикционных, антиадгезионных, стойких к окислителям и атмосферостойких покрытий, пленок, лакотканей и изделий, выдерживающих длительное воздействие агрессивных сред и перепадов температуры без существенного изменения свойств.
фторопластовый лак ЛФ-42л и фторопласто-эпоксидный лак ЛФЭ-42лх – антиадгезионное покрытие, используется для покрытий, отличающихся высокими антифрикционными, антиадгезионными, атмосферостойкими свойствами; стоек к окислителям.
Антиадгезионное покрытие наносится обычным способом (кистью, окунанием, воздушным и безвоздушным распылением и др.) на очищенные от грязи и ржавчины поверхности, подвергнутые пескоструйной, дробеструйной или химической обработке и обезжиренные ацетоном или бензином. При необходимости потребителям предоставляется более подробная методика нанесения антиадгезионного покрытия.
Антиадгезионные покрытия производства компании Пластполимер-ПРОМ изготавливаются в соответствии с ТУ и соответствуют государственным санитарно-эпидемиологическим правилам и нормативам.