Мастербатч с фуллереном для полиуретановых покрытий

masterbatch-s-fullerenom-dlya-poliuretanovyh-pokrytiy-2 Материалы с уникальными свойствами

Полиуретан (ПУ) — одно из основных покрытий, используемых в авиастроении и многих других отраслях промышленности. Полиуретан имеет важное применение в покрытиях из-за его выдающихся свойств, таких как высокая прочность на разрыв, химическая стойкость и устойчивость к атмосферным воздействиям, хорошая обрабатываемость и прочие механические характеристики.

Однако, полиуретан представляет собой органическое покрытие и подвержен износу, поэтому его разложение исследовалось в течение многих лет.

masterbatch-s-fullerenom-dlya-poliuretanovyh-pokrytiy-4

Тремя критическими факторами деградации окружающей среды являются ультрафиолетовый (УФ) свет, вода и кислород. Полимерный материал обычно разрушается, когда он подвергается этим воздействиям окружающей среды.

УФ-облучение необратимо изменяет химическую структуру пленок и, таким образом, влияет как на физические свойства (потеря блеска, пожелтение, образование пузырей, растрескивание и т.д), так и на механические свойства — потерю прочности на разрыв, хрупкость, изменения температуры стеклования и так далее.

masterbatch-s-fullerenom-dlya-poliuretanovyh-pokrytiy-3

В теории разрушения покрытия присутствие кислорода приводит к образованию гидропероксидов, что, в свою очередь, ускоряет фотодеградацию полиуретана. Наличие молекул воды также является еще одним фактором, ускоряющим этот процесс износа.

Пути улучшения характеристики полиуретановых покрытий

Ненасыщенные связи полимеров можно активировать сначала под воздействием ультрафиолета, а затем заставить их вступить в реакцию с кислородом с образованием карбонильных или пероксидных групп. Это процесс приводит к образованию карбонильных, пероксидных, кетоновых или альдегидных групп вблизи поверхности покрытия.

Для улучшения внешнего вида и защиты поверхности, в том числе и полиуретановые часто покрывают краской.

masterbatch-s-fullerenom-dlya-poliuretanovyh-pokrytiy-9

Однако кроме дополнительных функциональных возможностей ученые ищут материалы для покрытия, которые бы придавали материалу непрерывные свойства самоочищения и стойкости покрытия.

Для того, чтобы улучшить показатели мастербатчей (концентрация пигментов красок) к ним добавляют усиливающие свойства вещества. Фотохимические добавки на основе фуллерена были включены учеными в полиуретановые покрытия для исследования их совместимости с покрытиями и способности придавать поверхности покрытия химическую обеззараживающую способность.

Фуллерен демонстрирует уникальные фотофизические свойства, включая способность генерировать синглетный кислород при воздействии видимого света. Модифицированный C60, содержащий гидрофильный фрагмент, был синтезирован для улучшения совместимости с полиуретаном и облегчения сегрегации на границе раздела полимер-воздух.

masterbatch-s-fullerenom-dlya-poliuretanovyh-pokrytiy-6

Объемные свойства полиуретановых пленок были проанализированы для исследования совместимости добавок и покрытий.

Покрытия, содержащие фотоактивные добавки, подвергались проблемам самодезактивации от характерных химических загрязнителей, и устанавливалось влияние концентрации добавок, воздействия света и времени на химическое обеззараживание. Присоединение полиуретана к фуллерену улучшило его растворимость и дисперсию в гидрофобной полиуретановой матрице.

masterbatch-s-fullerenom-dlya-poliuretanovyh-pokrytiy-1

Продукты разложения, возникающие в результате окисления, наблюдались в дополнение к прямой корреляции между концентрацией загрузки добавки и разложением поверхностных загрязняющих веществ.

Химические токсиканты, такие как пестициды и токсичные промышленные химикаты, могут загрязнять поверхности материалов в течение продолжительных периодов времени. Часто естественное ослабление токсичных веществ за счет испарения и разложения в окружающей среде происходит медленно из-за низкого давления пара, плохой растворимости.

masterbatch-s-fullerenom-dlya-poliuretanovyh-pokrytiy-5

Из-за такой стойкости поверхности, на которых находятся токсичные химические вещества, представляют риск воздействия на человека, что требует применения дезинфицирующих растворов для полной защиты поверхности. Однако растворы и процедуры дезактивации объемны, дороги и часто повреждают загрязненный субстрат.

Мастербатч с фуллереном: особенности

Мастербатч с фуллереном наносят на многие поверхности для улучшения внешнего вида и обеспечения защиты от коррозии или атмосферных воздействий. Таким образом, фуллереновый пигмент представляет собой идеальный субстрат для включения в добавки для покрытий, позволяющий придать поверхности непрерывное самодегазирующее действие и уменьшить последующие загрязнения.

masterbatch-s-fullerenom-dlya-poliuretanovyh-pokrytiy-8

Кроме того, фуллерен обеспечивает гидрофобность на поверхности покрытий и замедляет процесс деградации покрытий под воздействием окружающей среды, такой как вода, ультрафиолетовый свет и кислород.

Молекулы фуллерена обладают интересными фотохимическими свойствами, в том числе окислительными способностями, которые являются захватывающим потенциалом для создания самодегазирующего покрытия. Под воздействием видимого света фуллерен сначала возбуждается до нужного состояния, которое затем посредством межсистемного пересечения образует разновидность «триплетного» состояния.

masterbatch-s-fullerenom-dlya-poliuretanovyh-pokrytiy-7

Эта форма фуллерена в триплетном состоянии способна преобразовывать триплетный кислород в основном состоянии в активную форму кислорода. Такая характеристика фуллеренового мастербатча делает эту молекулу чрезвычайно привлекательной в качестве фотоактивной добавки.

Введение наночастиц в мастербатч — один из наиболее перспективных методов улучшения как механических, так и атмосферостойких свойств полимерных покрытий.
Универсальные и уникальные свойства фуллерена сделали его очень популярным материалом для приложений в различных областях, таких как электроника, оптика, датчики и механика. 

Следовательно, система покрытий, содержащая фуллерен, имеет преимущества по сравнению с существующими мастербатчами для полиуретановых покрытий, поскольку фуллерен поглощает большую часть падающего света и предотвращает деградацию полиуретановых покрытий под действием солнечного излучения.

Оцените статью
Добавить комментарий

error: Alert: Content is protected! Внимание! Контент защищен!