Ученые создали 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, покрытие стало в два раза прочнее и устойчивее к коррозии. Результаты фундаментальных исследований опубликованы в журнале Polymers и сборниках статей Materials Science Forum и 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 своем 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 Сибирского федерального университета 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.

Образец с покрытием модифицированной нанокомпозитной порошковой краскиОбразец с покрытием модифицированной нанокомпозитной порошковой краски

Для создания нанокомпозитных порошковых красок ученые добавили в смолу — полимерную основу краски — нановолокна прочного оксида алюминия, которые как бы армируют полимер и упрочняют его. При этом добавку высокотехнологичного материала, благодаря разработанным приемам, можно реализовывать обычным производственным оборудованием на промышленной линии изготовления 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 ее 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. 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 ведущий инженер отдела молекулярной электроники ФИЦ КНЦ СО РАН, доцент Сибирского федерального университета кандидат технических наук Михаил Максимович Симунин.

Ученые отмечают, что покрывать такой краской можно любой проводящий материал, например, корпуса холодильников и многих других приборов. Антикоррозионные качества 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, Красноярский краевой фонд науки и ООО «Поливест-Железногорск».

Группа научных коммуникаций ФИЦ КНЦ СО РАН