Красноярские ученые запустили в производство нанокомпозитные порошковые краски
Красноярские ученые разработали и запустили в производство новые порошковые краски с добавлением нановолокон оксида алюминия. Основная их функция – армирование полимерного покрытия. Благодаря добавке этих нановолокон, разработанное покрытие стало в два раза прочнее и устойчивее к коррозии. Результаты исследования новых добавок и самих красок были опубликованы в журнале Polymers и сборниках статей Materials Science Forum; Journal of Physics: Conference Series по докладам конференций.
В настоящее время в качестве покрытий для металлических корпусов и профилей используются порошковые краски на основе полиэфирных и эпоксидных смол. Такие покрытия несут как декоративную, так и защитную функцию. Они напыляются на металл и отверждаются посредством нагрева, поскольку уже имеют в своём составе сшивающие агенты. Однако прочность получаемых полимерных цепей всё же невелика по сравнению с неорганическими оксидами, широко распространёнными в природе, например, оксид кремния или оксид алюминия.
Цветные глазури на основе оксида кремния и керамика на основе оксида алюминия настолько долговечны, что изделия, созданные в глубокой древности, до сих пор могут радовать нас своими формами и изображениями на них. Подобные материалы требуют, например, высоких температур обработки и сложных приёмов изготовления в целом. Даже эмалирование металлической посуды требует температур около 800-850ºС, в отличие от порошковых красок, которые нагреваются до 160-200ºС. Предложенная красноярскими учёными добавка нановолокон оксида алюминия скрепляет минеральные наполнители краски и пигменты в стеклокерамическую сеть внутри полимерной связки покрытия, приближая тем самым покрытие к долговечным эмалям и керамикам.
Для создания нанокомпозитных порошковых красок ученые добавляли в смолу – полимерную основу краски –нановолокна оксида алюминия. Процесс добавления этого высокотехнологичного материала, благодаря разработанным приёмам, можно реализовывать обычным производственным оборудованием на промышленной линии производства порошковых красок. Чтобы добавка лучше размешивалась в смоле и наиболее прочно с ней связывалась после процедуры отверждения, на поверхность нановолокон химически закреплялись специальные молекулы – функциональные группы, похожие на молекулы отвердителя. В результате оказалось, что добавка химически связывалась со смолой в краске и, по сути, получалась новая молекула из разветвлённой полиэфирной цепи и нановолокон оксида алюминия. Причём нановолокна оксида алюминия всё ещё механически сцеплялись с другими наполнителями краски, образуя стеклокерамическую сеть. Такой комплексный эффект приводит к тому, что даже малые добавки нановолокон (около 0,01...0,05%) в краску приводят к улучшению её товарных характеристик.
«Полиэфирные порошковые краски – очень удобны и просты в использовании. Но полимеры неустойчивы и разрушаются под действием солнечного излучения. Мы добавляем волокна оксида алюминия – это один из самых прочных материалов, – и они как бы армируют этот полимер и упрочняют его. Преимущества таких покрытий в их основных товарных характеристиках. Это прочность на удар, эластичность на изгиб и коррозионная стойкость. По всем этим параметрам мы имеем улучшение. Например, коррозионная стойкость увеличивается на 50%. То есть если эталонное покрытие служит десять лет, то в новом составе краска может прослужить около пятнадцати лет. При этом ее стоимость практически не повышается. Мы уже выпустили промышленную партию краски. Образцы такого типа уже прошли тестирование в испытательном сертификационном центре. Помимо того, разработанные краски могут заменить импортные дорогостоящие аналоги», – резюмирует Михаил Симунин, кандидат технических наук, ведущий инженер отдела молекулярной электроники КНЦ СО РАН, доцент Сибирского федерального университета.
Ученые отмечают, что покрывать такой краской можно любой проводящий материал, например, корпуса холодильников и многих других приборов. Антикоррозионные качества таких красок будут важны для корабельного такелажа, чтобы уберечь его от агрессивного воздействия солнца, воды и соли. С их помощью можно защищать от коррозионной нагрузки и другое оборудование, например, дорожные знаки и трансформаторные ящики, сервера и ретранслирующее оборудование.

Работа была выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, Красноярского краевого фонда науки и ООО «Поливест-Железногорск».