Николайчик
А.В., Прокопчук Н.Р.
Исследование термических свойств эпоксидных лакокрасочных покрытий
Важными свойствами эпоксидных лакокрасочных покрытий,
применяемых в судостроении, являются термические.
Особое значение эти характеристики приобретают в связи с эксплуатацией судо- и
машиностроительной техники на открытых площадках и в условиях различных
климатических районов. Поэтому исследование поведения эпоксидных лакокрасочных
материалов в условиях термоокисления представляет большой интерес как с целью
установления зависимости термостойкости от строения пленкообразующего, так и
для выяснения возможных путей стабилизации их против термоокислительного
старения.
Основной объект данного исследования – эпоксидная система смола-отвердитель ‑ состоит из среднемолекулярной (мол. масса 900-2000) эпоксидной диановой смолы Э-41р формулы
и отвердителя Э № 4,
представляющего раствор полиамидной смолы в смеси органических растворителей.
Цель настоящей работы ‑ исследовать термическую
устойчивость покрытий на основе данной пленкообразующей системы, а также
проверить целесообразность использования модификаторов органической и
неорганической природы в качестве добавок, повышающих термическую стойкость
лакокрасочных покрытий.
Пленкообразующие
композиции получали путем введения в смолу Э-41р расчетного количества полипиромеллитамидокислоты (ПАК) и смесей на ее основе
(табл. 1). Для получения пленок использовали растворы полиамидокислот в
диметилформамиде (ДМФА) с концентрацией 9% масс.
Таблица 1
Название |
Химическая формула |
Поли-(4,4’-дифенилоксид)пиромеллит-амидокислота |
|
Фурфурольный олигомер |
|
N,N’-бис-дифенилметан-малеинамидо-кислота |
|
Фосфорный ангидрид |
|
Борный ангидрид |
|
Из
вышеуказанных растворов отливали пленки на различные подложки. Отверждали
композиции отвердителем Э №4 при 100° С в течение
2 ч 40 мин.
Оценка эффективности стабилизирующего влияния
использованных в работе модификаторов на устойчивость эпоксидного пленочного
материала в условиях термоокислительного старения в среде воздуха была
проведена с помощью термогравиметрического анализа. Критерием оценки
эффективности стабилизирующего действия добавок служила энергия активации
термоокислительной деструкции Ед
(кДж/моль), рассчит
Таблица 2
Термические и энергетические характеристики эпоксидных
покрытий
Состав модификатора |
ТдТГ, °С |
ТдДТА, °С |
Тд, °С |
Ед, кДж/моль |
Без модификатора |
288 |
232 |
260 |
86 |
ПАК |
288 |
240 |
264 |
90 |
ПАК+1%ФО |
300 |
270 |
285 |
103 |
ПАК+3%Р2О5 |
280 |
250 |
265 |
90 |
ПАК+3%В2О3 |
295 |
265 |
280 |
101 |
ПАК+10%БАК |
290 |
230 |
260 |
95 |
В целом, повышение термостойкости эпоксидных покрытий в результате их модификации прогнозируемо. Образование новой, более уплотненной сетчатой структуры с участием молекул основной модифицирующей добавки (ПАК) ведет к снижению сегментальной подвижности макромолекул эпоксидного материала, а следовательно, к ослаблению разрушительных воздействий на химическую связь в условиях нахождения образца в термическом поле, что тормозит развитие деструктивных процессов и определяет возрастание термостойкости материала. В случае введения в эпоксидную смолу молекул фосфора и бора при модификации ее фосфорным и борным ангидридами рост Тд и Ед объясняется также ингибирующим действием модификаторов на процесс термоокислительной деструкции.
Наиболее эффективную защиту эпоксидных покрытий от
термических воздействий обеспечивает модифицирующая смесь ПАК – ФО (табл. 1). Введение 3% указанной
добавки в эпоксидную систему смола ‑ отвердитель обеспечивает
максимальное увеличение температуры (на 25° С) и энергии
активации (на 20%) термоокислительной деструкции эпоксидного материала, что
закономерно по причине высокой степени устойчивости продукта отверждения
фурфурольного олигомера к действию повышенных температур, способного увеличивать
термические свойства ряда других полимеров и, в частности, многокомпонентных
систем.
Кроме термогравиметрического анализа, повышенная
устойчивость эпоксидных лаковых систем, модифицированных смесями на основе ПАК,
в температурном поле и кислородсодержащей среде была подтверждена другим
независимым методом. Были определены коэффициенты сохранения основных
физико-химических свойств немодифицированного образца и модифицированных покрытий после теплового старения при 200° С в течение 10 ч.
Результаты исследования свидетельствуют о возможности и целесообразности использования модифицирующих добавок ПАК, ПАК – ФО, ПАК – БАК, ПАК – Р2О5, ПАК – В2О3 к эпоксидным двухкомпонентным системам смола-отвердитель. Эти модификаторы способствуют увеличению термических и энергетических свойств, и как следствие, долговечности эпоксидных лакокрасочных покрытий. Такого рода стабилизация имеет большое практическое значение при использовании эпоксидных материалов в судо- и машиностроении.
Литература:
1.
Прокопчук Н.Р. Определение энергии активации деструкции полимеров по
данным динамической термогравиметрии // Пластические массы. – 1983. ‑ №
10. – С. 24-25.
2.
Прокопчук
Н.Р. Исследование термостойкости полимеров методом дериватографии // Весці АН БССР. Сер. хім. навук.
– 1984. ‑ № 4. – С. 119-121.