Диссертация (1091956), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Ковалентное связывание (оксид металла).Соединение через силановый связующий агент, однако, частооказывается более сложным, чем простая связь [52]. На границе силанреагирует сам с собой, а также с полимером, механически сшиваясь исцепляясь с полимером таким образом, что его сложно выделить. Явлениевзаимной диффузии и явление полувзаимнопроникающей сети встречаются вмежфазной области и играют решающее значение в общей эффективностикомпозита (рис. 13) [53,54].
Ключевыми факторами, которые контролируютобразованиеэтойсети,являютсяскоростьгидролиза/конденсации,параметры растворимости, структурные характеристики двух материалов иих термическая стабильность.30Рисунок 13. Взаимопроникающая сеть (ВПС).Еще одним способом присоединения силанов к поверхности являетсяукреплениематериала.Силановыйсвязующийагентсоединяетсясполимерной цепью для создания межфазной зоны с определеннымисвойствами. Пластифицированная переходная зона создается между твердым,стекловидным наполнителем, и мягкой, эластичной матрицей, рис.
14.31Рисунок 14. Модель укрепления (армирования).Другой способ связан с областью образования частиц в золь-гельпроцессе. (Рис. 15).Рисунок 15. Основные принципы золь-гель процесса.В этом процессе вода добавляется к молекуле силана, создавая оксидкремния, который является твердой частицей. Продуктом устраненияявляется спирт. Контролируя гидролиз и условия конденсации, включая pH,присутствие или отсутствие солей, и время, становится возможным влиять наморфологию и, в зависимости от выбранного пути, создавать либо золи(твердые суспензии), либо трехмерные гелевые сети.
Через добавлениешаблонных агентов, становится возможным упорядочивать частицы исобирать их в предварительно функционализированные наноблоки.Спомощьюзоль-гельтехнологиистановитсявозможнымсинтезировать и обрабатывать материалы в очень мягких условиях ипроводить синтез наночастиц, которые придают прозрачность, низкий вес,твердость и функциональность покрытиям, см. рис. 16.32Рисунок 16. «Архитектура» золь-гель материала.Покрытия на основе золь-гель технологии могут быть разработаны дляулучшения изностойкости пластиковых линз в очках. Кремний обладаетвысокой устойчивостью к истиранию, а золь-гель технология делаетвозможным создание частиц настолько маленьких, что они не видныневооруженным глазом, делая их идеальным для такого применения.Рисунок 17 иллюстрирует значительное улучшение в стойкости к царапинами истиранию пластиковых линз, которое может быть достигнуто благодаряиспользованию рецептур покрытий на основе золь-гель технологии.33Рисунок 17.
Сравнение эффективности износостойкости (зольгель).Сегодня органосилановая химия делает возможным разработку новых,более экологически чистых технологий для коррозийной защиты и создание«умных» покрытий [55]. Так, например, она делает возможным дляразработчиков покрытий достойно отвечать на вызовы, включающие переходот покрытий на основе растворителей к покрытиям на основе воды, в ихстремлении соблюдать более строгие правила по летучим органическимсоединениям.Таким образом, органосилановая химия привносит огромную пользу вразработку покрытий, включая:- адгезию на «трудных» подложках;- сильное связывание с гидрофильными реакционноспособнымиучастками (через ковалентное связывание и создание взаимопроникающихсетей);- низкую поглощаемость влаги (баланс гидрофобности);- термическую стабильность;- устойчивость к ультрафиолетовому излучению;- низкое поверхностное натяжение;34-снижениезагрязняемостииустойчивостькцарапинам(гидрофобность/олеофобность).1.5 Классификация свойств поверхностиСостав органического [56] или неорганического [57] покрытия можетбыть простым (из одного химического компонента), либо являться сложнойформулой из ряда материалов, каждый из которых имеет особую функцию.Покрытия обычно применяются как мультислоистые системы [58].
Каждыйслой покрытия применяется для выполнения определенной специфическойфункции, хотя на его деятельность влияют другие слои системы.Взаимодействие между различными слоями и межфазный обмен играютважную роль в общей производительности системы.А) Функциональные покрытияТермин «функциональные покрытия» описывает системы, которыеобладают помимо классических свойств поверхности (например, защита идекорация),дополнительнымисвойствами.Типичнымипримерамифункциональных покрытий являются самоочищающиеся покрытия [59],покрытия, устойчивые к царапинам [60], устойчивые к обрастанию [61,62],мягкие на ощупь [63], антибактериальные [64] и т.д.
Основнымитребованиями, предъявляемыми к функциональным покрытиям, являются:ДолговечностьВоспроизводимостьЛегкость в применении и эффективность затратАдаптивная морфология поверхностиБезвредность для окружающей средыПоэтому функциональные покрытия могут быть классифицированы взависимости от функциональных характеристик.1)Антикоррозионные покрытия [65]35Коррозияистощениемприводитнашихкгромаднымприродныхпромышленнымресурсов.Коррозияпотерямсявляетсяэлектрохимическим процессом. Для того, чтобы избежать пагубного влияниякоррозии, на металлических поверхностях применяются специальныеорганическиепокрытия.Антикоррозионнаяхарактеристикапокрытиязависит от нескольких параметров, включающих: адгезию к металлу,толщину, проницаемость и различные свойства покрытия.Одним из методов защиты металлической поверхности (например,гальванизированной стали) является нанесение цинкового слоя, которыйухудшается при воздействии неблагоприятных условий, что защищает нижележащую поверхность.
Используя подобный метод, были разработаны какорганические, так и неорганические, богатые цинком покрытия, для защитыряда металлических поверхностей.Другим методом защиты от коррозии является нанесение полимерныхпокрытий на поверхность металлического субстрата. Однако, дефекты иповреждения в слое покрытия могут обеспечить пути, по которым коррозиядоберется до поверхности металла, вследствие чего может возникнутьлокализованная коррозия. Введение в покрытие специальных добавок,например, оксида железа, увеличивает длину путей диффузии для коррозии.Слоистые глиняные вещества, такие как монтмориллонит [66], также можетбыть введен в систему для улучшения барьерного эффекта по отношению ккислороду и молекулам воды, таким образом, повышая антикоррозионныехарактеристики покрытия.2)Термостойкие и огнестойкие покрытия [67]Термостойкие покрытия востребованы для широкого диапазонаметаллических субстратов, с которыми мы сталкиваемся в повседневнойжизни, в том числе анти пригарная посуда, барбекю, котлы.
Продукты наоснове кремния используются для получения термостойких покрытий длявыше упомянутых предметов. Кремнийсодержащие полимеры предлагаютболее высокую термическую устойчивость благодаря более высокой энергии,36требуемой для разрыва силиконовой связи в сравнении с карбоновой связьюв аналогичных молекулах.Недавно разработанные силиконовые покрытия способны выдерживатьтемпературы до 1000 ºС. Производные кремния, такие как силоксаны илинеорганические силикаты обычно используются для высоко термическихприменений.
Кремнийсодержащие материалы являются дорогостоящими,однако, сополимеры [68] или смеси силиконов с акрилатами, уретанами частоиспользуются для сокращения расходов.В настоящее время, графиты используются в качестве огнестойкихагентов. При воздействии высоких температур, происходит эксфолиацияграфита, что обеспечивает изолирующий слой для субстрата. Сочетаниеполиуретана и фосфата [69] служит как система, замедляющая горение.Сегодня,силиконовыеилинеорганическиеогнестойкиепокрытияиспользуются в широком спектре промышленных применений.
Недавно,полимерные глиняные (слоистые силикаты) нано композиты [70] также былиисследованы для разработки огнестойких покрытий.3) Покрытия, устойчивые к царапинам и истираниюМногие компании по всему миру приняли вызов по улучшениюстойкости покрытия к царапинам без негативного влияния на другиесвойства покрытия. Устойчивость к царапинам может быть полученапосредством введения большого числа сшивок в покрытие, но, к сожалению,высокосшитые (твердые) пленки имеют плохую ударопрочность из-заменьшей гибкости.
Менее сшитая (мягкая) пленка демонстрирует лучшуюпроизводительность по отношению к другим свойствам, таким какударопрочность и отсутствие отпечатков пальцев, но будет иметь меньшуюстойкость к царапинам и истиранию. Таким образом, для полученияоптимальной стойкости к царапинам, требуется правильное сочетаниегибкости и твердости. В этом контексте, органо-неорганические гибридныепленки [71] зарекомендовали себя для разработки устойчивых к царапинампокрытий. Последние достижения в нано технологии играют немало важную37роль в разработке таких покрытий.
Также возможно использование SiO2наночастиц для разработки покрытий, устойчивых к царапинам и истиранию.4) Антибактериальные покрытия [72]Микроорганизмы,такиекакбактерии,грибкииливирусыпредставляют потенциальную угрозу для нашей гигиены [73]. Микробныйрост на покрытых субстратах может иметь несколько неблагоприятныхпоследствий, включая проблемы эстетики (обесцвечивание покрытия), рискдля здоровья и гигиены, неприятный запах, развитие биопленки илимикробной коррозии в случае металлических субстратов. Органическиепокрытия подвержены микробным атакам и свойства покрытия, а также егосостав, присутствие питательных веществ на поверхности и природасубстрата, представляют главные параметры, которые определяют видымикроорганизмов, способных колонизировать покрытие.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
