CC BY
45
УДК 667.6 : 661.66
И.И. Панферов, H.A. Апанович, О.В. Демичева, O.E. Зайцева
Российский Химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия Негосударственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Российский новый университет (НОУ ВПО РосНОУ), Москва, Россия
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ НА ПРОЦЕСС ДИСПЕРГИРОВАНИЯ УГЛЕРОДНЫХ НА-НОТРУБОК В РАСТВОРАХ ЭПОКСИДНЫХ ОЛИГОМЕРОВ
Работа посвящена разработке наноструктурированных лакокрасочных композиций на основе углеродных нанотрубок. Исследован процесс диспергирования.Показано влияние поверхностно-активных веществ на интенсификацию процесса диспергирования наноструктурированных лакокрасочных композиций.
The paper is devoted to prepare nanostructure paint composition on the basis of carbon nanotubes. The dispergation process is investigation.The influence of surfactant on intensification the dispergation process of nanostructure paint composition was shown.
Наноструктурированные углеродсодержащие лакокрасочные материалы представляют собой гетерогенную систему, у которой дисперсной фазой являются нанотрубки углерода, а дисперсной средой -раствор пленкообразующего.
Отличительной особенностью нанотрубок является их высокая степень дисперсности, наряду с высокой поверхностной энергией. Вследствие этого они являются весьма нестабильными и могут легко агрегировать между собой или вступать во взаимодействие с окружающей средой [1].
Поэтому одной из важных задач при переработке подобных наноструктурированных лакокрасочных материалов является обеспечение их устойчивости.
Стабильность систем определяется равномерным распределением дисперсной фазы в дисперсной среде, которую можно оценить по укрывистости композиций.
В качестве объектов исследований были выбраны углеродные нанотрубоки. Можно предположить, что при введении их в лакокрасочную композицию образуются покрытия, обладающие хорошими электротехническими свойствами [2].
В частности, подобные материалы могут быть использованы для снятия статического электричества.
В качестве пленкообразующего были выбраны эпоксидиановые олигомеры. Эти связующие широко используются для получений покрытий электротехнического назначения и, кроме того, они обладают хорошей стойкостью к воздействию агрессивных сред и ионизирующего излучения.
Основным способом получения качественных наполненных композиций является диспергирование.При диспергировании протекают различные физико-химические процессы, в том числе дезагрегации частиц твердой фазы и образование коагуляционно-флокуляционных структур. Образование подобных структур в ходе процесса оказывает влияние на адсорбцию плен-
кообразующего и добавок, приводя к уменьшению степени дисперсности и других характеристик наполненных систем.
Известно, что разрушение пигмента может быть облегчено при использовании эффекта Ребиндера - адсорбционного понижения прочности твердых тел. Этот эффект заключается в уменьшении поверхностной энергии с помощью поверхностно-активных веществ, в результате чего облегчается деформирование и разрушение твердого тела. Поверхностно-активные вещества улучшают смачивание поверхности пигментов связующим, вытесняют воздух и влагу и оказывают расклинивающее давление, облегчая диспергирование [3].
Диспергирование проводили на лабораторном диспергаторе марки ЛДУ-3МПР. Состав пасты для диспергирования был выбран на основе научных работ, проводимых ранее. Для интенсификации процесса к пасте добавляли стеклянный бисер в количестве 70% масс. Диспергирование проводили надисковой мешалки, диаметр мешалки 30 мм., число оборотов 3000 об/мин. Контроль за диспергированием оценивали по укрывистости. В проведенных нами работ было установлено, что наилучшая укрывистость наблюдается при использовании в качестве поверхностно-активного вещества модифицированного полиуретана (е£ка-4010).
Однако, известно, что для интенсификации процесса диспергирования и улучшения свойств наполненных систем целесообразно использовать не только стабилизаторы и диспергаторы, но и смачиватели.
В качестве смачивающего соединения нами был выбран полиэтиленгликоль моноолеат (олеокс-7).
На рис. 1 представлены зависимости изменения укрывистости во времени при диспергировании системы, содержащий модифицированный полиуретан (е£ка -4010) и полиэтиленгликоль моноолеат (олеокс-7) в различных соотношениях. Все эти зависимости носят аналогичный характер.
При построении временной зависимости укрывистости в полулогарифмических координатах были получены две пересекающиеся прямые, что соответствует двум стадиям диспергирования. По тангенсу наклона касательной были рассчитаны константы скоростей соответствующих стадий (табл.1).
При анализе данных таблицы 1 видно, что максимальные константы диспергирования как первой, так и второй стадии диспергирования наблюдаются при соотношении модифицированный полиуретан (е£ка -4010) : полиэтиленгликоль моноолеат (олеокс-7) = 2:1.
Учитывая различную природу этих двух добавок, можно сделать предположение, что полиэтиленгликоль моноолеат (олеокс-7), являясь смачивателем, тем самым подготавливает поверхность твердой частицы к дальнейшему физико-химическому взаимодействию с модифицированным полиуретаном (е£ка -4010).
£
800
700
600
500
400
300
200
30
60 90 120
время диспергирования, I, мин
150
180
Содержание поверхностно-активных веществ: олеокса- нет.; Содержание ЕБКА-4010 - 1% масс.
• » Содержание олеокса - 1% масс.; Содержание ЕБКА-4010 - 3% масс. » » Содержание олеокса - 5% масс.; Содержание ЕБКА-4010 - 1% масс.
• * Содержание олеокса - 3% масс.; Содержание ЕБКА-4010 - 1% масс.
• ■ Содержание олеокса - 2% масс.; Содержание ЕБКА-4010 - 1% масс. -о—о- Содержание олеокса - 1% масс.; Содержание ЕБКА-4010 - 1% масс. -о—о-Содержание олеокса - 1% масс.; Содержание ЕБКА-4010 - 2 % масс.
Рис. 1. Изменение укрывистости во времени при диспергировании системы,
содержащий модифицированный полиуретан (е1ка -4010) и полиэтиленгликоль
моноолеат (олеокс-7) в различных соотношениях
Табл. 1.Влияние соотношения поверхностно-активных веществ в суспензии на
Соотношение ПАВ в
суспензии олеокс-7/ е&а -4010 Кд!*104 Кд2*105
1:1 2,7 5,3
1:2 2,8 5,5
1:3 1,8 5,1
2:1 1,8 5,2
3:1 2,3 5,0
5:1 1,8 4,8
без олеокса-7 1,5 4,6
С увеличением содержания модифицированного полиуретана (е&а-4010) наблюдалось снижение укрывистости, что, вероятно, связано с тем, что увеличивается доля процесса дезагрегации за счет эффекта Ребиндера (возникновение расклинивающего давления).
В тоже время в системе количество смачивателя -полиэтиленгликоль моноолеата (олеокс-7) велико, что, вероятно, создает благоприятные условия для адсорбции эпоксидного олигомера. При соотношении модифицированный полиуретан (е&а -4010): полиэтиленгликоль моноолеат (олеокс-7) = 2:1 укрывистость достигает своего минимального значения (рис. 2), после чего она начинает возрастать.
По нашему мнению, это связано с недостатком смачивающей добавки, который приводит к процессам вторичной агрегации.
Содержание модифицированного полиуретана, марки EFKA-4010, % масс.
Рис. 2. Влияние содержания модифицированного полиуретана (efka -4010) на укрывистость паст, содержащих углеродные нанотрубки
Таким образом наилучшией укрывистостью, около 240 г/м2, обладает система, которая содержит 2% масс.модифицированного полиуретана (efka-4010) и 1% масс. полиэтиленгликоль моноолеата (олеокс-7).
Библиографические ссылки:
1. Помогайте А.Д., Розенберг A.C., Уфлянд И.Е. Наночастицы металлов в полимерах. М.: Химия, 2000. 672с.
2. Ревина A.A., Егорова Е.М., Кудрявцев Б.Б. Возможности применения нанотехнологий в производстве лакокрасочных материалов и покрытий. //Химическая промышленность. 2001. № 4. С.28-32.
3. Ермилов П.И. Диспергирование пигментов. М.: Химия, 1971. 300с.
