Что такое полимерное покрытие металла


Что такое полимерное покрытие? Полимерное покрытие металла

Полимерное покрытие – это уникальная возможность защитить металлические поверхности. Это самый эффективный и современный способ борьбы с коррозией, которая рано или поздно все равно появляется на металлических изделиях.

В чем суть?

Для улучшения эксплуатационных свойств металла используются полимеры, которые могут вступать в реакцию в определенных условиях. Подобные покрытия представляют собой сухие составы на основе порошка мелкой дисперсии, куда дополнительно добавляются отвердители, наполнители и пигменты. Полимерное покрытие было выбрано для повышения защитных средств металла не случайно: металлы проводят электрический ток, как следствие, заряд передается изделию, в результате чего образуется электростатическое поле. Оно притягивает частицы порошка, удерживая их на поверхности обрабатываемого изделия. Особенность полимерного покрытия – в высокой степени устойчивости к любым видам воздействия. Кроме того, оно эстетично.

Как проходит полимеризация

Цех порошковой окраски состоит из нескольких участков:

  • Участка подготовки изделий: чтобы полимерное покрытие было нанесено правильно и равномерно, металлическое изделие сначала тщательно очищается от пыли, ржавчины, грязи. Целесообразно использовать эффективную пескоструйную обработку и фосфатирование. Обязательный этап – обезжиривание металлической поверхности.
  • Камеры напыления: в окрасочной камере выполняется непосредственно покраска. Камера термическая, она способна нагреться до температуры в 200 градусов и прогревается равномерно. Порошок начинает плавиться, за счет чего образуется ровное и гладкое покрытие по всей поверхности металла, заполняются и его поры.
  • Полимеризация изделия выполняется в камере охлаждения: здесь температура постепенно падает, а полимерная пленка становится тверже. Спустя 24 часа полимерное покрытие уже готово к эксплуатации.

Технология окраски: в чем суть

Нанесение порошкового покрытия выполняется в несколько этапов. На первом обрабатываются поверхности. Очень важно, чтобы металлические изделия были тщательно очищены от загрязнений, окислов, а обезжиривание поверхности будет способствовать улучшенной сцепляемости. После подготовки выполняется этап маскировки, то есть скрываются те элементы металлического изделия, на которые не должен попасть порошковый состав.

Детали, которые должны быть обработаны, завешиваются на транспортную систему, затем отправляются в камеру покраски. После напыления на металле образуется порошковый слой. На этапе полимеризации формируется покрытие, которое представляет собой оплавление слоя краски.

В чем особенности?

Металл, обработанный полимерным покрытием, отличается надежностью и повышенной прочностью. Объясняется это тем, что образуется герметичная монолитная пленка, полностью покрывающая поверхность изделия и прочно держащаяся на нем. Благодаря полимерному покрытию металл обладает:

  • высокой адгезией к поверхности;
  • высокой прочностью и износоустойчивостью;
  • длительным сроком эксплуатации при сохранении первоначальных свойств;
  • богатой цветовой гаммой;
  • быстрым производственным циклом.

Полимерное покрытие металла выполняется на основе различных материалов и красящих порошков. Выбор конкретного вещества зависит от того, для каких целей наносится покрытие, насколько важны декоративные свойства.

Полиэстер

Для полимерного покрытия металла чаще всего используется именно полиэстер. Это недорогой материал, обладающий высоким уровнем гибкости, формуемости, к тому же он может эксплуатироваться в любых климатических условиях. Лист с полимерным покрытием на основе полиэстера отличается стойкостью к ультрафиолетовому излучению и коррозии. Материал образует качественную и прочную пленку на поверхности, благодаря чему при любых условиях транспортировки стальные листы доставляются в целости.

Широко используется и матовый полиэстер: покрытие имеет совсем маленькую толщину, а поверхность металла получается матовой. Особенность данного материала – в высокой цветостойкости, хорошей стойкости к коррозии и механическому воздействию.

Пластизоль

Еще одно популярное полимерное покрытие металла – пластизоль. В составе этого декоративного материала - поливинилхлорид, пластификаторы; внешне он привлекает внимание тисненой поверхностью. Это самое дорогое покрытие, и в то же время самое стойкое к механическим повреждениям благодаря большой толщине покрытия. С другой стороны, материал не обладает высокой температурной стойкостью, а потому под воздействием солнечных лучей при высокой температуре покрытие будет портиться. За счет большой толщины стойкость к коррозии пластизоля высокая.

Популярна сталь с полимерным покрытием на основе пурала, которая отличается шелковисто-матовой структурной поверхностью. Стойкость к перепадам температуры и воздействию химических веществ делает данный состав популярным для обработки металлов.

Характеристики стали с полимерным покрытием

Особенности материалов с полимерным покрытием – в прочности, формуемости, высокой коррозийной стойкости. После обработки сталь обретает прекрасный внешний вид, которому можно придать любые цвета и оттенки. Прокат выполняется по ГОСТ, полимерное покрытие получается качественным. Окрашенный прокат может иметь одно- или двухслойное покрытие, возможны варианты, когда вещество наносится с одной или с обеих сторон. Благодаря полимерному покрытию улучшаются эксплуатационные свойства стали:

  • металл с полимерным покрытием может быть переработан в готовые изделия;
  • покрытие распределяется по поверхности равномерно, поэтому и степень защиты равномерная;
  • отсутствие пор служит залогом хорошего уровня защитных свойств;
  • сталь отличается хорошей адгезией;
  • металл может сохранять защитные и декоративные свойства больше 10 лет.

С экономической точки зрения сталь оцинкованная с полимерным покрытием более выгодна: во-первых, она способствует высокой производительности и качеству, так как снижается себестоимость нанесения покрытий. Во-вторых, покупателю не нужно самому вкладывать средства в дополнительную обработку стали для защиты ее поверхности. Отметим, что антикоррозионные свойства оцинкованной стали, которая обработана полимерным покрытием, зависит от толщины слоя. Чтобы повысить срок эксплуатации стальных изделий, они дополнительно покрываются двумя слоями полимера, что делает защиту металла еще выше.

Особенности покрытия

Полимерное покрытие – это пленка, которая обладает целым комплексом уникальных эксплуатационных характеристик. Предварительно окрашенный прокат создается на основе нескольких типов полимеров. Любой материал, обработанный на основе такого метода – стальной лист или сетка с полимерным покрытием – отличается ударопрочностью, стойкостью к воздействию коррозии и высокой адгезией. Немаловажно и то, что порошковое окрашивание позволяет сделать поверхность металла любой с точки зрения цвета, в том числе и искусственно состаренной, например, под стиль антик.

Сегодня популярен такой способ окраски стального проката, как Coil Coating. Суть метода в том, что покрытие наносится на автоматизированной линии, то есть листы рулонного проката обрабатываются на линии, после чего на них валиковыми машинами наносится покрытие. Данная технология получила распространение благодаря тому, что нет потерь материалов, а сама линия более производительна, а потому и выгодна.

Как и при любых других отделочных работах, сначала требуется подготовить поверхность, после чего выполняется ее окраска. Данная технология позволяет вести качественную обработку стали, алюминия и белой жести. Таким образом, полимерное покрытие – это возможность улучшить эксплуатационные свойства металла, повысить его защитные свойства и обеспечить длительность эксплуатации.

Что такое полимерное покрытие? Полимерное покрытие металла

Полимерное покрытие - это уникальная возможность защиты металлических поверхностей. Это наиболее эффективный и современный способ борьбы с коррозией, которая рано или поздно все же появляется на металлических изделиях.

В чем суть?

Для улучшения характеристик металлов используются полимеры, которые могут вступать в реакцию при определенных условиях. Такие покрытия представляют собой сухие составы на основе тонкодисперсного порошка, в который добавлены дополнительные отвердители, наполнители и пигменты.Полимерное покрытие выбрано для повышения защитных свойств металла не случайно: металлы проводят электрический ток, в результате на изделие передается заряд, в результате чего возникает электростатическое поле. Он притягивает частицы порошка, удерживая их на поверхности заготовки. Особенность полимерного покрытия - высокая устойчивость к любым ударам. К тому же это эстетично.

Как проходит полимеризация?

Цех порошковой покраски состоит из нескольких участков:

  • Подготовка площадки: для правильного и равномерного нанесения полимерного покрытия металлическое изделие предварительно тщательно очищают от пыли, ржавчины, грязи.Желательно использовать эффективную пескоструйную очистку и фосфатирование. Обязательный этап - обезжиривание металлической поверхности.
  • Распылительные камеры: Покраска выполняется непосредственно в покрасочной камере. Камера тепловая, способна нагреваться до температуры 200 градусов и прогревается равномерно. Порошок начинает плавиться, из-за чего по всей поверхности металла образуется гладкое и гладкое покрытие, а его поры заполняются.
  • Полимеризация продукта происходит в охлаждающей камере: здесь температура постепенно понижается, и полимерная пленка становится тверже.Через 24 часа полимерное покрытие готово к использованию.

Цветовая технология: в чем суть

Нанесение порошковой краски осуществляется в несколько этапов. Обработана первая поверхность. Очень важно, чтобы металлические изделия были тщательно очищены от примесей, оксидов, а обезжиривание поверхности будет способствовать улучшению адгезии. После подготовки выполняется этап маскировки, то есть скрываются те элементы металлического изделия, в которые не должен попадать порошковый состав.

Детали, подлежащие обработке, навешиваются на транспортную систему, затем отправляются в покрасочную камеру. После нанесения на металл образуется слой порошка. На стадии полимеризации образуется покрытие, которое представляет собой сплав красочного слоя.

Какие особенности?

Металл, обработанный полимерным покрытием, отличается надежностью и повышенной прочностью. Объясняется это тем, что образуется герметичная монолитная пленка, полностью покрывающая поверхность изделия и прочно удерживающая ее.Благодаря полимерному покрытию металл имеет:

  • высокую адгезию к поверхности;
  • высокая прочность и долговечность;
  • длительный срок службы при сохранении исходных свойств;
  • богатая цветовая гамма;
  • быстрый производственный цикл.

Полимерное покрытие металла выполняется на основе различных материалов и красящих порошков. Выбор того или иного вещества зависит от цели, для которой оно применяется, насколько важны декоративные свойства.

Полиэстер

Для полимерного покрытия металла чаще всего используется полиэстер. Это недорогой материал с высоким уровнем гибкости, формуемости, к тому же он может эксплуатироваться в любых климатических условиях. Лист покрытия на основе полиэстера устойчив к ультрафиолетовому излучению и коррозии. Материал образует на поверхности качественную и прочную пленку, поэтому при любых условиях транспортировки стальные листы доставляются в целости и сохранности.

Широко используемый и матовый полиэстер: покрытие имеет очень небольшую толщину, а поверхность металла матовая.Особенность этого материала - высокая стойкость окраски, хорошая устойчивость к коррозии и механическим воздействиям.

Пластизол

Еще одно популярное полимерное покрытие из металла - пластизол. В составе этого декоративного материала - поливинилхлорид, пластификаторы; внешне обращает внимание на рельефную поверхность. Это самое дорогое покрытие, и в то же время наиболее устойчивое к механическим повреждениям из-за большой толщины покрытия. С другой стороны, материал не обладает высокой температурной стабильностью, а потому под воздействием солнечных лучей при высоких температурах покрытие испортится.За счет большой толщины пластизоль имеет высокую коррозионную стойкость.

Популярная сталь с полимерным покрытием на основе Pearala, отличающаяся шелковисто-матовой структурной поверхностью. Устойчивость к перепадам температур и химическим воздействиям делает этот состав популярным для обработки металлов.

Характеристики стали с полимерным покрытием

Характеристики материалов с полимерным покрытием - непрочность, формуемость, высокая коррозионная стойкость. После обработки сталь приобретает красивый внешний вид, которому можно придать любые цвета и оттенки.Прокатка выполняется по ГОСТу, полимерное покрытие получается качественно. Окрашенный прокат может иметь одно- или двухслойное покрытие, есть варианты, когда вещество наносится с одной или двух сторон. Благодаря полимерному покрытию улучшаются эксплуатационные свойства стали:

  • металл с полимерным покрытием может быть переработан в готовую продукцию;
  • покрытие равномерно распределено по поверхности, поэтому степень защиты одинакова;
  • отсутствие пор - залог хорошего уровня защитных свойств; Сталь
  • отличается хорошей адгезией; Металл
  • может сохранять защитные и декоративные свойства более 10 лет.

С экономической точки зрения оцинковка стали с полимерным покрытием более выгодна: во-первых, это способствует высокой производительности и качеству, так как снижается стоимость покрытий. Во-вторых, покупателю не нужно вкладывать деньги в дополнительную обработку стали для защиты ее поверхности. Отметим, что антикоррозионные свойства оцинкованной стали, на которую нанесено полимерное покрытие, зависят от толщины слоя. Для увеличения срока службы стальных изделий их дополнительно покрывают двумя слоями полимера, что делает защиту металла еще выше.

Характеристики покрытия

Полимерное покрытие - это пленка, обладающая целым комплексом уникальных эксплуатационных характеристик. Предварительно окрашенный прокат создается на основе нескольких видов полимеров. Любой материал, обработанный по этому методу, - стальной лист или сетка с полимерным покрытием - отличается ударопрочностью, коррозионной стойкостью и высокой адгезией. Немаловажно и то, что порошковая окраска дает возможность сделать поверхность металла с точки зрения цвета, в том числе искусственно состаренную, например, под стиль антик.

Сегодня такой метод покраски сталепроката, как Coil Coating. Суть метода заключается в том, что покрытие наносится на автоматизированной линии, то есть на линии обрабатываются валки, после чего ролики покрываются ими. Эта технология получила широкое распространение благодаря тому, что нет потерь материалов, а сама линия более производительна, а значит, прибыльна.

Как и при любых других отделочных работах, для начала нужно подготовить поверхность, после чего ее покрасят.Эта технология позволяет проводить качественную обработку стали, алюминия и белой жести. Таким образом, полимерное покрытие дает возможность улучшить качество

.

Понимание основ композиции

Связующее в полимерных покрытиях

Связующее (или смола) является основным компонентом покрытия или футеровки (продукта) и пленкообразующим элементом продукта. Он обеспечивает адгезию к субстрату, связывает пигменты и другие добавки вместе и определяет такие важные свойства, как долговечность, гибкость и твердость.

Большинство покрытий, доступных сегодня на рынке, известны под названиями их связующих смол, и вы знаете о большинстве хорошо известных типов, таких как:

Это все связующие смолы, и все они имеют очень разные физические свойства, некоторые хорошие, а иногда не очень хорошие, в зависимости от того, как они применяются, отверждаются и с чем они сталкиваются в условиях эксплуатации.

Что касается связующей смолы, то наиболее важным фактором с точки зрения рабочих характеристик является адгезия. Как указано выше, связующее на основе смолы отвечает за другие физические свойства, все из которых не имеют значения, если продукт не будет оставаться там, где он был нанесен.

Функция растворителя в полимерном покрытии

Растворители используются для разжижения связующей смолы, так что ее можно наносить тонкой пленкой на основу. После нанесения покрытия растворитель становится полностью лишним.Важность растворителя, отличного от разжижения связующего, связана со способом нанесения. Если он испарится слишком быстро, не будет достаточно времени, чтобы нанести покрытие до нужной толщины. Слишком медленное, и время отверждения увеличится до неприемлемых значений, что приведет к увеличению вероятности захвата растворителя внутри отвержденного покрытия.

Следовательно, скорость испарения растворителя, известная как летучесть, тщательно выбирается в соответствии с методом нанесения.Например, более медленное испарение для покрытий, наносимых вручную, и быстрое испарение при нанесении распылением.

Летучесть растворителя

Летучесть растворителя обычно сравнивается со стандартным растворителем, обычно N-бутилацетатом, скорость испарения которого равна 1. Растворители со скоростью испарения более 1 испаряются быстрее, а менее 1 испаряются медленнее, чем N-бутилацетат.

Растворители и скорость, с которой они покидают нанесенную пленку покрытия, оказывают заметное влияние на смачивание поверхности и проникновение покрытия (профиля поверхности), выравнивание пленки, скорость потока, провисание и блеск.

.

Проводящее полимерно-металлическое нанокомпозитное покрытие на волокнах

3.2.1.1. Полимерные волокна с покрытием из PPy-Pd нанокомпозитом

После добавления окислителя PdCl 2 в водную среду, содержащую полимерные волокна с растворенным мономером пиррола, система полимеризации стала черной в течение 10 минут, что указывает на образование компонента PPy-Pd . Цвет волокон изменился с белого на черный, что свидетельствует о нанесении нанокомпозита PPy-Pd черного цвета на волокна.Морфологию синтезированных волокон оценивали с помощью оптической микроскопии. Оптическая микроскопия не показала признаков заметного разрушения фиброзной морфологии во всех системах. Исследования SEM показали, что волокна микрометрового размера с размером ядра от 50 до 250 нм были получены после химической окислительной полимеризации во всех системах волокон (см. Вставку на рис. 2). Зародыши на поверхности, по-видимому, являются результатом осаждения зародышей нанокомпозита PPy-Pd из водной среды, которые затем адсорбируются поверхностями волокон.Подобные зародыши на поверхности полимерной подложки наблюдались также в случае частиц полистирола, покрытых нанокомпозитом PPy-Pd (Fujii et al., 2010). Ожидалось, что пиррольный мономер будет полимеризоваться исключительно в водном растворе и / или на поверхности волокна, поскольку ионный окислитель Pd 2+ не должен диффундировать в гидрофобные полимерные волокна; поэтому полимеризация пиррола внутри волокна была маловероятной. Компонент нанокомпозита PPy-Pd, осажденный в водной среде и на поверхности волокна, должен накапливаться на поверхности волокна, чтобы минимизировать межфазную свободную энергию (Lovell et al., 1997; Okubo et al., 1999) и волокна с нанокомпозитным покрытием PPy-Pd с морфологией сердцевина-оболочка.

Сводка данных микроанализа, нанокомпозита PPy-Pd, нагрузок PPy и Pd, толщины оболочки и электропроводности волокон без покрытия и волокон с покрытием из нанокомпозита PPy-Pd приведена в таблице 1. Микроаналитические исследования указывают на PPy-Pd. Объемный порошок нанокомпозита состоит из 38,6 мас.% PPy и 61,4 мас.% Pd, что хорошо согласуется с теоретическими значениями, рассчитанными с использованием схемы реакции, показанной на схеме 1 (PPy, 38.3 мас.% И Pd 61,7 мас.%). Этот результат показывает, что пиррол количественно полимеризовался с окислителем Pd 2+ . Массовую долю нанокомпозита PPy-Pd, нанесенную на композитное волокно, определяли путем сравнения содержания азота с массовым порошком композита PPy-Pd (N = 6,36%), синтезированным в отсутствие волокон. Массовый процент загрузки компонента PPy также рассчитывали путем сравнения содержания азота с содержанием азота в порошке гомополимера PPy, легированного хлором, полученном методом химической окислительной полимеризации с осаждением с использованием окислителя FeCl 3 , предполагая, что компонент PPy в нанокомпозите PPy-Pd и гомополимер PPy имеют одинаковую химическую структуру.Уровни содержания нанокомопсита PPy-Pd (Py, системы 100 мас.%) Находились в диапазоне от 3,5 до 5,2 мас.%, И большой разницы не было.

Рис. 2.

СЭМ-изображения полимерных волокон, покрытых нанокомпозитом PPy-Pd (Py, 100 мас.% В расчете на волокно).

Учитывая, что все волокна имеют одинаковый диаметр и удельную поверхность, разумно, чтобы волокна имели одинаковую нагрузку на нанокомпозит PPy-Pd. Эти результаты также указывают на то, что химический состав поверхности не оказывает большого влияния на количество загружаемого нанокомпозита PPy-Pd.Массовые отношения компонентов PPy и Pd в волокнах с нанокомпозитным покрытием были рассчитаны и составили около 39:61 для всех систем, что опять же хорошо согласуется с теоретическими значениями. Эти результаты показывают, что полимерные волокна не мешают химической окислительной полимеризации пиррола с использованием Pd 2+ .

Измеренная удельная электропроводность прессованных гранул из волокон с нанокомпозитным покрытием PPy-Pd (Py, 100% -ная система) составляет порядка 10 -5 ~ 10 -6 Scm -1 (Таблица 1), которые выше, чем у чистых волокон (<10 -8 Scm -1 ).Хотя проводимость волокон с нанокомпозитным покрытием PPy-Pd относительно низка, стоит подчеркнуть, что прессованные гранулы, полученные из гетерогенной смеси 95 мас.% Полимерных волокон и 5 мас.% Порошка нанокомпозита PPy-Pd, имели еще более низкую электропроводность. что было ниже нижнего предела для установки с четырехточечным датчиком (<10 -8 См -1 ). Более эффективная электрическая проводимость возникает в волокнах, покрытых нанокомпозитом PPy-Pd, поскольку электроны могут течь с меньшим сопротивлением между соседними волокнами по проводящему пути, обеспечиваемому перекрывающими слоями PPy-Pd, без помех от нижележащих электрически изолирующих волокнистых сердечников.Этот результат указывает на то, что композитные волокна имеют более низкий порог перколяции по сравнению с гетерогенной смесью полимерных волокон с порошком нанокомпозита PPy-Pd. Тот же механизм был предложен и в покрытых проводящим полимером латексных частицах (Fujii et al., 2010; Lascelles et al., 1997; Okubo et al., 2001).

Рис. 3.

Спектры XRD, полученные для диацетатного волокна с нанокомпозитным покрытием PPy-Pd, порошка нанокомпозита PPy-Pd и диацетатного волокна.

FT-IR исследования были проведены для диацетатных волокон PPy-Pd с покрытием из нанокомпозита (система 100 мас.% Пиррола), порошка нанокомпозита PPy-Pd в массе (синтезированного методом водной преципитации в отсутствие полимерного волокна) и диацетата без покрытия волокна.Спектр диацетатных волокон без покрытия показывает характеристические значения поглощения карбонильной группы при 1766 см -1 и гидроксильной группы в диапазоне от 3100 до 3700 см -1 . ИК-Фурье-спектр порошка нанокомпозита PPy-Pd, который показывает характерные биполяронные полосы при 1196 и 934 см -1 и широкие полосы при 1538 и 1043 см -1 , указывает на образование PPy в его легированном состоянии. (Bjorklund et al., 1986). Спектр диацетатных волокон, покрытых нанокомпозитом PPy-Pd, очень похож на спектр, полученный для первичных диацетатных волокон.Это не особенно удивительно, учитывая, что эти композитные волокна содержат более 96% диацетата по массе, и диацетатный компонент доминирует в спектре FT-IR.

Для подтверждения присутствия компонента Pd в композитных волокнах были проведены исследования XRD. Рентгенограммы диацетатных волокон, покрытых нанокомпозитом PPy-Pd (100 мас.% Пиррола), порошка нанокомпозита PPy-Pd и диацетатных волокон показаны на рисунке 3. Четыре пика при 39,5 °, 45,1 °, 67,4 ° и 82,1 ° 2 θ , которые соответствуют дифракции на плоскости решетки (111), (200), (220) и (311) кристаллов Pd, четко наблюдаются для диацетатных волокон, покрытых нанокомпозитом PPy-Pd, и для основной массы нанокомпозита PPy-Pd. порошок.Эти пики согласуются с пиками для наночастиц Pd (Zhang et al., 2008; Wen et al., 2008). Отсутствуют обнаруживаемые пики, связанные с PdCl 2 (, например, 16,7 °, 28,7 °, 37,6 ° и 56,0 ° 2 θ ), что дает однозначное свидетельство того, что восстановление Pd (II) до Pd (0) имеет состоялось. С другой стороны, для аморфного диацетатного волокна наблюдался только очень широкий пик при 18 ° (данные не показаны).

Для подтверждения присутствия компонентов Pd и PPy на поверхности волокна (~ 10 нм) были проведены исследования РФЭС.На рис. 4 показаны обзорные спектры РФЭС диацетатных волокон с покрытием из PPy-Pd нанокомпозита (система 100 мас.% Пиррола), порошка нанокомпозита PPy-Pd в массе и диацетатных волокон. Сигналы из-за Pd и N, в дополнение к сигналам из-за C и O, четко видны для насыпного порошка PPy-Pd и диацетатного волокна с нанокомпозитным покрытием PPy-Pd, что указывает на наличие компонентов PPy и Pd на волокне поверхность. Рассчитанные процентные содержания Pd на поверхности составили 4,97 мол.% И 6,39 мол.% Для диацетатного волокна, покрытого нанокомпозитом PPy-Pd, и порошка в массе соответственно.Сигнал O 1s, наблюдаемый в спектре объемного порошка нанокомпозита, должен возникать из-за частичного переокисления основной цепи PPy. Сигнал, связанный с Cl 2p, также наблюдался в спектре объемного порошка нанокомпозита PPy-Pd, который указывает на то, что катионные цепи PPy легированы хлорид-анионами (из окислителя PdCl 2 и NaCl): было трудно наблюдать Cl 2p-сигнал в волокнах с нанокомпозитным покрытием PPy-Pd находится в обзорном спектре, но может быть обнаружен в узком спектре сканирования.Атомные отношения Cl / N в массивном порошке PPy-Pd и композитных волокнах были оценены из спектров XPS как 0,34 и 0,036 соответственно. Атомное отношение Cl / N для насыпного порошка хорошо согласуется с расчетным на основе химической структуры, показанной на схеме 1 (0,33). Более низкое атомное отношение Cl / N для композитных волокон может быть связано с вероятностью деградации поверхности и сопутствующей потерей примеси Cl. Было определено, что поверхностное атомное отношение C / N диацетата, покрытого нанокомпозитом PPy-Pd, составляет 3.13, что согласуется с порошком порошка нанокомпозита PPy-Pd (3.29). Эти отношения C / N хорошо согласуются с теоретическим значением, рассчитанным для компонента PPy (3.33). Результаты XPS подтверждают, что нанокомпозит PPy-Pd покрывает полимерные волокнистые подложки.

Для картирования элемента Pd на синтезированных композитных диацетатных волокнах было проведено EDX-исследование. EDX-изображение для Pd-элемента диацетатных волокон, покрытых PPy-Pd нанокомпозитом, показано на рисунке 5. EDX-изображение композитных волокон показало, что Pd-элемент существует однородно на поверхности диацетатных волокон, покрытых PPy-Pd нанокомпозитом.

Рис. 4.

Обзорные спектры XPS, полученные для диацетатного волокна с нанокомпозитным покрытием PPy-Pd, порошка нанокомпозита PPy-Pd и диацетатного волокна.

Рис. 5.

a) EDX-изображение для элемента Pd и (b) SEM-изображение диацетатного волокна, покрытого нанокомпозитом PPy-Pd.

Покрытие поверхности нанокомпозитом PPy-Pd также может быть подтверждено исследованиями измерения краевого угла. Измерение краевого угла - это общепринятый метод исследования гидрофильных / гидрофобных свойств поверхности.Был измерен статический угол смачивания сидящей капли воды на прессованной таблетке волокон. Углы смачивания первичных шерстяных волокон и порошка нанокомпозита PPy-Pd были измерены и составили 141º и 60º соответственно. Угол смачивания шерстяных волокон с покрытием из нанокмопсота PPy-Pd составлял 121 °, что находится между двумя значениями угла смачивания. Этот результат можно объяснить нанесением нанокомпозитного покрытия PPy-Pd на шерстяные волокна, которое увеличивает гидрофильность поверхности волокна.

Характер "ядро-оболочка" волокон с нанокомпозитным покрытием PPy-Pd легко подтверждается экстракцией растворителем сердцевины волокна с последующим морфологическим исследованием нерастворимых остатков PPy-Pd. ДМСО использовали для экстракции диацетатных и вискозных волокон. Горячий водный раствор КОН (80 ºC) и муравьиная кислота использовались для извлечения шерсти и полиамидных волокон соответственно. Экстракция сердцевинного компонента из композитных волокон с использованием растворителей привела к образованию нерастворимых черных остатков: композитные волокна диспергировали в растворителях в течение 24 часов и промывали путем замены растворителей (пять циклов) чистыми растворителями.Анализ черных остатков с помощью ИК-Фурье спектроскопии и элементного микроанализа CHN подтвердил, что этот материал был нанокомпозитом PPy-Pd и содержал небольшое количество компонентов ядра. Эти результаты показывают, что почти сердцевина была извлечена из исходных композитных волокон. Исследование остатков черного нанокомпозита PPy-Pd с помощью оптического микроскопа выявило «трубчатую» морфологию с диаметром, соответствующим диаметрам исходных покрытых волокон (рис. 6). Эксперимент по экстракции растворителя подтверждает, что композитные волокна действительно обладают морфологией сердцевина-оболочка. что согласуется с результатами XPS, EDX и краевого угла.Толщина оболочки, по расчетам, находится в диапазоне от 55 до 98 нм, принимая во внимание гладкую поверхность оболочки с использованием% загрузки нанокомпозита PPy-Pd и плотностей волокон и нанокомпозита PPy-Pd (Таблица 1). Структура нанокомпозитной оболочки PPy-Pd (100 мас.% Пиррола) была подробно исследована с помощью просвечивающего электронного микроскопа (рис. 7). Изображения ПЭМ показали, что существует два распределения Pd по размерам в диацетатной, полиамидной и вискозной системах (приблизительно 6 нм и 1,4 нм). Наночастицы Pd размером 6 нм образовывали агрегаты (50 ~ 250 нм), которые наблюдались в виде выступов на поверхности волокна.Гетерогенный характер непрерывной оболочки был составлен из более прозрачного материала-хозяина (предположительно полимера PPy) с включенными наночастицами Pd размером 1,4 нм, которые имеют более высокое поглощение электронов TEM (темные элементы, диспергированные в матрице PPy). Механизм, приводящий к этим двум распределениям Pd по размерам (6 нм и 1,4 нм), на данном этапе не ясен, и в настоящее время мы изучаем влияние условий полимеризации на распределение наночастиц Pd по размерам. Интересной характеристикой проводящих полимерных трубок является то, что на скорость переноса небольших молекул в сердцевину трубки влияет степень окисления проводящего полимера (Abidian et al., 2006), функция с потенциальным применением во многих сценариях молекулярного поглощения и высвобождения. Загрузку нанокомпозита PPy-Pd просто контролировали путем изменения количества мономера пиррола на основе волокнистых субстратов в рецепте полимеризации: увеличение отношения пиррол / диацетатное волокно увеличивало загрузку нанокомпозита PPy-Pd. Химическую окислительную полимеризацию проводили в присутствии диацетатных волокон при различных концентрациях Py (2 ~ 20 мас.% В расчете на волокна). По мере увеличения площади поверхности волокна, доступной для нанесения нанокомпозита PPy-Pd, количество свободных побочных ядер PPy-Pd уменьшалось.Во всех системах волокна микрометрового размера с ядрами на поверхности от 50 до 250 нм были получены после химической окислительной полимеризации. Загрузки PPy-Pd были ниже теоретических значений, рассчитанных по реакциям полимеризации. Более низкие загрузки PPy-Pd обусловлены удалением свободных побочных продуктов PPy-Pd промывкой водной средой перед элементным анализом. Исследование остатков нанокомпозита PPy-Pd черного цвета, полученных после экстракции диацетата из композитных волокон с помощью оптического микроскопа, выявило «трубчатую» морфологию с диаметром, соответствующим диаметру исходных композитных волокон, при 20 мас.% Системы (фиг. 8).В случае систем с 10, 5 и 2 мас.% Нанокомпозитное покрытие PPy-Pd было относительно неоднородным из-за низких нагрузок нанокомпозита PPy-Pd, так что оболочка не могла сохранять полную трубчатую морфологию и была частично разрушена. , два размера наночастиц Pd

Рис. 6.

Оптические микрофотографии полимерных волокон, покрытых нанокомпозитом PPy-Pd, до и после экстракции волокон.

Рис. 7.

ПЭМ-изображения волокон, покрытых нанокомпозитом PPy-Pd, после извлечения волокон.ДМСО (для диацетата и вискозы) и муравьиная кислота (для полиамида) использовались для экстракции полимерных волокон.

распределения снова наблюдались ТЕА. К сожалению, измеренная проводимость была ниже 10 -8 См · см -1 , что является нижним пределом измерения с помощью нашей установки с четырьмя точками зонда для диацетатных волокон, покрытых нанокомпозитом PPy-Pd, синтезированных при концентрациях Py. 20, 10, 5 и 2 мас.%.

Наконец, было исследовано нанесение нанокомпозита PPy-Pd в большом масштабе.Нанокомпозитное покрытие можно наносить на тканую ткань, состоящую из волокон, например футболку. На рис. 9 показаны изображения футболки с цифровой камеры до и после нанесения нанокомпозитного покрытия PPy-Pd путем химической окислительной полимеризации в водной среде при комнатной температуре. В этой системе концентрация Py была установлена ​​на уровне 1,0 мас.% В расчете на футболку. После химической окислительной полимеризации цвет футболки изменился с белого на черный, что свидетельствует о нанокомпозитном покрытии. Цвет футболки не изменился даже после пятикратной обработки ультразвуком в водной среде, что показало, что волокна были прочно покрыты нанокомпозитом PPy-Pd.Этот способ синтеза является выгодным, поскольку реакция протекает в водной среде при комнатной температуре, и производство в промышленном масштабе более вероятно по сравнению с двухстадийным путем синтеза.

Рис. 8.

Оптические микрофотографии диацетатных волокон, покрытых нанокомпозитом PPy-Pd, с различной загрузкой нанокомпозита PPy-Pd после экстракции диацетатного волокна ДМСО.

.

полимер | Описание, примеры и типы

Полимер , любой из класса природных или синтетических веществ, состоящих из очень больших молекул, называемых макромолекулами, которые кратны более простым химическим единицам, называемым мономерами. Полимеры составляют многие материалы в живых организмах, включая, например, белки, целлюлозу и нуклеиновые кислоты. Более того, они составляют основу таких минералов, как алмаз, кварц и полевой шпат, а также таких искусственных материалов, как бетон, стекло, бумага, пластмассы и каучуки.

химическая структура поливинилхлорида (ПВХ)

Промышленные полимеры синтезируются из простых соединений, соединенных вместе в длинные цепи. Например, поливинилхлорид - это промышленный гомополимер, синтезированный из повторяющихся звеньев винилхлорида.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Подробнее по этой теме

life: Производство полимеров

Образование полимеров, длинноцепочечных молекул, состоящих из повторяющихся звеньев мономеров (основных строительных блоков, упомянутых выше), является...

Слово полимер обозначает неопределенное количество мономерных звеньев. Когда количество мономеров очень велико, соединение иногда называют высокополимером. Полимеры не ограничиваются мономерами того же химического состава или молекулярной массы и структуры. Некоторые природные полимеры состоят из одного вида мономеров. Однако большинство природных и синтетических полимеров состоит из двух или более различных типов мономеров; такие полимеры известны как сополимеры.

Органические полимеры играют решающую роль в живых существах, обеспечивая основные конструкционные материалы и участвуя в жизненно важных процессах. Например, твердые части всех растений состоят из полимеров. К ним относятся целлюлоза, лигнин и различные смолы. Целлюлоза - это полисахарид, полимер, состоящий из молекул сахара. Лигнин состоит из сложной трехмерной сети полимеров. Смолы для дерева - это полимеры простого углеводорода изопрена. Другой известный изопреновый полимер - это каучук.

натуральный каучук

Латекс, изготовленный из каучукового дерева ( Hevea brasiliensis ) в Малайзии.

© Стюарт Тейлор / Fotolia

Другие важные природные полимеры включают белки, которые являются полимерами аминокислот, и нуклеиновые кислоты, которые представляют собой полимеры нуклеотидов - сложных молекул, состоящих из азотсодержащих оснований, сахаров и фосфорной кислоты. Нуклеиновые кислоты несут генетическую информацию в клетке. Крахмалы, важные источники пищевой энергии, получаемые из растений, представляют собой натуральные полимеры, состоящие из глюкозы.

полинуклеотидная цепь дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК)

Часть полинуклеотидной цепи дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). На вставке показаны соответствующие пентозный сахар и пиримидиновое основание в рибонуклеиновой кислоте (РНК).

Encyclopædia Britannica, Inc. Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 с вашей подпиской. Подпишитесь сегодня

Многие неорганические полимеры также встречаются в природе, включая алмаз и графит. Оба состоят из углерода.В алмазе атомы углерода связаны в трехмерную сеть, которая придает материалу твердость. В графите, который используется в качестве смазки и в «грифелях» карандашей, атомы углерода соединяются в плоскостях, которые могут скользить друг по другу.

Синтетические полимеры получают с помощью различных типов реакций. Многие простые углеводороды, такие как этилен и пропилен, можно превратить в полимеры, добавляя один мономер за другим к растущей цепи. Полиэтилен, состоящий из повторяющихся мономеров этилена, является аддитивным полимером.Он может иметь до 10 000 мономеров, соединенных в длинные спиральные цепи. Полиэтилен кристаллический, полупрозрачный и термопластичный, то есть он размягчается при нагревании. Он используется для покрытий, упаковки, формованных деталей, а также для изготовления бутылок и контейнеров. Полипропилен также кристаллический и термопластичный, но тверже полиэтилена. Его молекулы могут состоять из 50 000–200 000 мономеров. Этот состав используется в текстильной промышленности и для изготовления лепных изделий.

Другие аддитивные полимеры включают полибутадиен, полиизопрен и полихлоропрен, которые играют важную роль в производстве синтетических каучуков.Некоторые полимеры, такие как полистирол, стекловидны и прозрачны при комнатной температуре, а также термопластичны. Полистирол может быть окрашен в любой оттенок и используется при изготовлении игрушек и других пластиковых предметов.

полистирол

Упаковка из полистирола.

Acdx

Если один атом водорода в этилене заменить на атом хлора, образуется винилхлорид. Он полимеризуется в поливинилхлорид (ПВХ), бесцветный, твердый, прочный термопластический материал, который можно производить в различных формах, включая пену, пленки и волокна.Винилацетат, полученный в результате реакции этилена и уксусной кислоты, полимеризуется с образованием аморфных мягких смол, используемых в качестве покрытий и клеев. Он сополимеризуется с винилхлоридом с образованием большого семейства термопластичных материалов.

Трубы из ПВХ

Трубы из поливинилхлорида (ПВХ).

AdstockRF

Многие важные полимеры содержат атомы кислорода или азота наряду с атомами углерода в основной цепи. К таким макромолекулярным материалам с атомами кислорода относятся полиацетали.Самый простой полиацеталь - это полиформальдегид. Он имеет высокую температуру плавления, кристаллический и устойчивый к истиранию и действию растворителей. Ацеталевые смолы больше похожи на металл, чем любые другие пластмассы, и используются при производстве деталей машин, таких как шестерни и подшипники.

Линейный полимер, для которого характерно повторение сложноэфирных групп вдоль основной цепи, называется полиэфиром. Сложные полиэфиры с открытой цепью представляют собой бесцветные кристаллические термопластичные материалы. Те с высоким молекулярным весом (от 10 000 до 15 000 молекул) используются в производстве пленок, формованных изделий и волокон, таких как дакрон.

Полиамиды включают встречающийся в природе белки казеин, содержащийся в молоке, и зеин, содержащийся в кукурузе (кукурузе), из которой изготавливаются пластмассы, волокна, клеи и покрытия. К синтетическим полиамидам относятся карбамидоформальдегидные смолы, которые являются термореактивными. Они используются для изготовления формованных изделий, а также в качестве клеев и покрытий для текстиля и бумаги. Также важны полиамидные смолы, известные как нейлон. Они прочные, устойчивые к нагреванию и истиранию, негорючие и нетоксичные, их можно окрашивать.Наиболее известно их использование в качестве текстильных волокон, но у них есть много других применений.

нейлон

Образование нейлона, полимера.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Другое важное семейство синтетических органических полимеров образовано из линейных повторов уретановой группы. Полиуретаны используются для изготовления эластомерных волокон, известных как спандекс, и для производства основ покрытий, а также мягких и жестких пен.

Другой класс полимеров - это смешанные органические и неорганические соединения.Наиболее важными представителями этого семейства полимеров являются силиконы. Их основа состоит из чередующихся атомов кремния и кислорода с органическими группами, присоединенными к каждому из атомов кремния. Силиконы с низкой молекулярной массой - это масла и смазки. Соединения с более высокой молекулярной массой представляют собой универсальные эластичные материалы, которые остаются мягкими и эластичными при очень низких температурах. Они также относительно стабильны при высоких температурах.

герметик

Силиконовый герметик выдается из пистолета для герметика.

Achim Hering

Фторуглеродосодержащие полимеры, известные как фторполимеры, состоят из углеродно-фторных связей, которые обладают высокой стабильностью и делают соединение устойчивым к растворителям. Природа углеродно-фторной связи дополнительно придает фторполимерам антипригарные свойства; это наиболее широко проявляется в тефлоне из политетрафторэтилена (PFTE).

.

Смотрите также