Термодинамика межфазного взаимодействия в полимерных композитах, наполненных порошками цинка и оксида цинка

• Автор: Истомина, Айгуль Салаватовна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 128 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ЗАЩИТНЫЕ НАПОЛНЕННЫЕ ПОЛИМЕРНЫЕ ПОКРЫТИЯ

1.1 Классификация защитных покрытий

1.2 Функционализация покрытий путем наполнения

1.3 Основные закономерности адсорбции полимеров из растворов

1.3.1 Факторы, влияющие на адсорбцию полимеров из растворов

1.3.2 Модели структуры полимера в адсорбционном слое

1.4 Адгезия полимеров к поверхности наполнителей и межфазное взаимодействие в наполненных композитах

1.5 Защитные полимерные покрытия, наполненные металлическим цинком

1.5.1 Методы изучения протекторных свойств цинкнаполненных покрытий
1.6 Перколяционные свойства металлонаполненных покрытий
1.7 Основные результаты главы
Глава 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Объекты исследования
2.1.1 Полимеры
2.1.2 Наполнители
2.1.3 Приготовление композиций
2.2 Методы и методики исследования
Глава 3. АДСОРБЦИЯ ПОЛИМЕРОВ НА ПОВЕРХНОСТИ ЧАСТИЦ Zn и гпО из РАСТВОРОВ
3.1 Адсорбция полимеров на поверхности Zn из растворов в о-ксилоле
3.2 Адсорбция полимеров на поверхности ZnO из растворов в о-ксилоле
3.3 Основные результаты главы
Глава 4. ТЕРМОДИНАМИКА МЕЖФАЗНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИЯХ, НАПОЛНЕННЫХ гп и гпО
4.1 Энтальпия межфазного взаимодействия в наполненных композитах на основе СКД
4.2 Энтальпия межфазного взаимодействия в наполненных композитах на основе ПС
4.3 Учет стеклообразного состояния полимерной матрицы в энтальпии смешения наполненного композита
4.4 Энтальпия межфазного взаимодействия в наполненных композитах на основе УПС
4.4 Основные результаты главы
Глава 5. ПРОТЕКТОРНЫЕ СВОЙСТВА ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ ПОЛИСТИРОЛА, НАПОЛНЕННОГО ВЫСОКОДИСПЕРСНЫМИ ПОРОШКАМИ ЦИНКА
5.1 Влияние межфазного взаимодействия в композите на потенциал катодной защиты стали
5.2 Влияние термодинамического качества растворителя, использованного для нанесения покрытия
5.3 Основные результаты главы
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ
Создание полимерных композиционных материалов является актуальным направлением развития современной науки и техники. Наполнение полимеров металлическими частицами позволяет получать композиты с особыми свойствами. Так, наполнение полимеров частицами высокодисперсных порошков цинка используется для получения антикоррозионных покрытий для металлических и железобетонных конструкций. Защитное действие таких покрытий основано на том, что электрохимический потенциал цинка (-760 мВ) ниже, чем железа (-400 мВ), и в электрохимической паре цинк-железо в присутствии коррозионной среды частицы цинка играют роль анода, растворяясь в процессе эксплуатации покрытия. Этот процесс также определяется такими факторами, как степень наполнения, химическая чистота порошка цинка, морфология и дисперсность частиц цинка, а также природой полимерной матрицы.
Большое число работ по цинкнаполненным композитам сделано на кафедре технологии электрохимических производств Уральского федерального университета и посвящены исследованию их электрохимических свойств. Так теоретически и экспериментально обосновано, что электропроводность цинкнаполненных покрытий относится к перколяционным явлениям, т.е. защитное действие цинкнаполненных покрытий возможно при возникновении бесконечного кластера диспергированных металлических частиц Ъп, обусловленного распределением частиц в композитной пленке. С учетом того, что характер распределения частиц определяется фундаментальными процессами взаимодействия на границе раздела металлическая частица - полимерная матрица, исследования межфазного взаимодействия на этой границе приобретают особое значение. Для цинкнаполненных композиций такие исследования отсутствуют. В связи с этим изучение энергии межфазного взаимодействия в цинкнаполненных полимерных композитах и установление его связи с протекторными свойствами данных покрытий является актуальной проблемой современной науки и технологии полимерных композиционных материалов.
Работа выполнена в соответствии с основными направлениями научных исследований кафедры высокомолекулярных соединений Института естественных наук Уральского федерального университета при поддержке грантов РФФИ (грант 08-02-99079-р-офи, грант 10-02-96015-урал-а, грант 12-03-31417-мол_а), СЫХ)Р (грант №Рв

Авторами работы [81] был использован гальваностатический метод исследования цинкнаполненных покрытий, заключающийся в анодной поляризации образцов постоянным током. При искусственной анодной поляризации частицы цинка, находящиеся на поверхности и являющиеся составной частью сплошных цепочек, контактирующих с поверхностью, начинают растворяться. Первоначально происходит растворение поверхностных частиц цинка, которые имели электролитический контакт со средой сразу после погружения. Этот момент характеризуется резким смещением потенциала в положительную область. Одновременно происходит разрушение полимерного связующего с поверхности покрытия. В этом случае образуются новые, открытые для доступа электролита каналы, и поверхность растворения постепенно увеличивается, что приводит к уменьшению потенциала. На втором этапе граница растворения продвигается в глубину покрытия. При этом активная поверхность статистически остается постоянной, глубина каналов возрастает, концентрация продуктов растворения в каналах увеличивается, а потенциал смещается в положительную область. Третий этап характеризуется пассивацией поверхности активных частиц цинка труднорастворимыми соединениями.
Для описания электрохимического поведения металлонаполненных покрытий была разработана модель, в основе которой лежит предположение, что растворение цинка происходит по механизму замедленной ионизации, и было получено выражение, позволившее по экспериментальным хронопотенциограммам рассчитать параметр, характеризующий долю электрохимически активной поверхности покрытия. Проанализировав расчетные кривые, авторы установили [81], что момент наступления пассивности характеризуется резким уменьшением доли активной поверхности, поэтому этот параметр можно рассматривать как количественный критерий протекторных свойств цинкнаполненных покрытий. Был предложен ускоренный метод оценки продолжительности катодной защиты цинкнаполненными покрытиями. В качестве параметра продолжительности времени катодной защиты было взято переходное время до наступления пассивного состояния. Авторы в следующей работе [82] предложили метод оценки продолжительности катодной защиты по результатам измерения переходного времени с учетом фрактальных свойств процесса.
Для изучения свойств цинкнаполненных покрытий большое число авторов уделяют внимание методу импедансной спектроскопии, заключающемуся в измерении