Влияние наполнителей на эксплуатационные свойства тонкослойных полимерных композитов

Работа посвящена исследованию влияния факторов окружающей среды на эксплуатационные свойства покрытий на основе водных дисперсий, полученных в присутствии наполнителей разного типа. В качестве полимерной основы использовали дисперсию акрилового латекса и эпоксидной смолы, предварительно эмульгированную с полиакрилатом натрия. Диспергирование осуществляли при температуре 60 °С. В качестве наполнителей использовали дробленый мрамор, осадочный мел, химически осаждённый мел, каолин. Отвердителем служил полиэтиленполиамин. Компаундирование осуществляли в лабораторном дисольвере: в дисперсию вводили наполнитель, после чего осуществляли его диспергирование. Отвердитель вводили непосредственно перед нанесением покрытий. Исследовано влияние выбранных наполнителей на свойства получаемых покрытий. Изучен процесс гидрофилизации поверхности покрытия, протекающий за счет окисления полимерной фазы. Оценена эксплуатационная надежность покрытий при действии агрессивных факторов в зависимости от типа наполнителя. Показано, что при замене карбоната кальция каолином наблюдается повышение устойчивости покрытий к образованию дефектов, при этом адгезионные свойства сохраняется на высоком уровне. Установлено, что по влиянию на свойства покрытия факторы окружающей среды располагаются в ряду: тепло-влажностное старение > действие растворов электролитов > действие ультрафиолета. Под действием ультрафиолета имеет место гидрофилизация поверхности покрытия за счет окисления полимерной фазы.

1. Smolka P, Musilová L, Mráček A, Sedláček T. Stability of aqueous polymeric dispersions for ultra-thin coating of bi-axially oriented polyethylene terephthalate films. Coatings. 2017;7(12):234. DOI:10.3390/coatings7120234

2. The main task is to provide the industry with raw materials. Lakokrasochnyye materialy i ikh primeneniye. 2022;11(549):22-23 (In Russ.)

3. Steward PA, Hearn J, Wilkinson MC. An overview of polymer latex film formation and properties. Advances in Colloid and Interface Science. 2000;86(3):195-267. DOI:10.1016/S0001-8686(99)00037-8

4. Jiao C, Sun L, Shao Q, Song J, et al. Advances in waterborne acrylic resins: Synthesis principle, modification strategies, and their applications. ACS Omega. 2021;6(4):2443-2449. DOI:10.1021/acsomega.0c05593

5. Vojtovich VA, Hryapchenkova IN. And waterdispersioned will be called revolutionary. Lakokrasochnye materialy i ikh primenenie. 2023;5(554):20-24 (In Russ.)

6. Ma YK, Rigolet S, Michelin L, Paillaud JL, Mintova S, et al. Facile and fast determination of Si/Al ratio of zeolites using FTIR spectroscopy technique. Microporous and Mesoporous Materials. 2021;311:110683. DOI:10.1016/j.micromeso.2020.110683

7. Maier C, Calafut T. Fillers and reinforcements. In: Polypropylene. NY: Plastics Design Library; 1998. p. 49-56.

8. Rudawska A. Experimental study of mechanical properties of epoxy compounds modified with calcium carbonate and carbon after hygrothermal exposure. Materials. 2020;13(23):5439. DOI:10.3390/ma13235439

9. Rothon R, Paynter C. Calcium carbonate fillers. In: Fillers for Polymer Applications. UK: Springer Cham; 2017. p. 149-160. DOI:10.1007/978-3-319-28117-9_35

10. Hu Z, Zen X, Gong J, Deng Y. Water resistance improvement of paper by superhydrophobic modification with microsized CaCO3 and fatty acid coating. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2009;1-3(351):65-70.

11. Kovrizhkina NA, Kuznetsova VA, Silaeva AA, Marchenko SA. Ways to improve the properties of paint coatings by adding different fillers (review). Aviation materials and technologies. 2019;4(57):41-48. DOI: 10.18577/2071-9140-2019-0-4-41-48

12. Didik OM. Chemically precipitated calcium carbonate (chalk) as a high-quality functional additive for solvent-diluentable and water-dispersive paints. Lakokrasochnye materialy i ikh primenenie. 2018;7-8:50-51. (In Russ.)

13. Stroganov VF, Amel`chenko MO, Ligina TZ, Naumkina NI. Possibility of regulating technological and operational properties of styrene-acrylic paints when using kaolins of various types of activation. Izvestiya Kazanskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel′nogo universiteta. 2016;2(36):207-211. (In Russ.)

14. Fujitani T. Stability of pigment and resin dispersions in waterborne paint. Progress in Organic Coatings. 1996;1-4(29):97-105. DOI:10.1016/S0300-9440(96)00661-3

15. Miniotatie R. Vapour permeability and water absorption of different exterior paint systems. Available from: https://webpages.tuni.fi/nsb2011/sites/www.tut.fi.nsb2011/files/b5_02_miniotaite.pdf [Accessed 10 January 2024]

16. Alvarez V, Paulis M. Effect of acrylic binder type and calcium carbonate filler amount on the properties of paint-like blends. Progress in Organic Coatings. 2017;112:210-218. DOI:10.1016/j.porgcoat.2017.07.023

17. Geurts J, Bouman J, Overbeek A. New waterborne acrylic binders for Zero VOC paints. Journal of Coatings Technology and Research. 2007;1(5):57-63. DOI:10.1007/s11998-007-9036-x

18. Rudawska A. Experimental study of mechanical properties of epoxy compounds modified with calcium carbonate and carbon after hygrothermal exposure. Materials. 2020;13(23):5439. DOI:10.3390/ma13235439

19. Saikia BJ, Parthasarathy G. Fourier transform infrared spectroscopic characterization of kaolinite from Assam and Meghalaya, Northeastern India. Journal of Modern Physics. 2010;1(4):206-210. DOI:10.4236/jmp.2010.14031

20. Rissa K, Lepistö T, Yrjölä K. Effect of kaolin content on structure and functional properties of waterbased coatings. Progress in Organic Coatings. 2006;55(2): 137-141. DOI:10.1016/j.porgcoat.2005.09.009

21. Merezhko N, Sirenko S, Shulga O. Analysis of properties of modified kaolins and water-dispersion paints developed on their base. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2016;5(6):11-16. DOI:10.15587/1729-4061.2016.79358