Полимерное окрашивание металла: Как выполняется полимерная покраска металла

Как выполняется полимерная покраска металла

• СОДЕРЖАНИЕ:


• • Как выполняется операция
• • Способ обработки металлических рулонов
• • Обработка металлоконструкций
• • Виды полимерных красок
• • Преимущества полимерных красок
• • Как выбрать краску
• • Область применения окрашивания
• • Подготовка поверхности

Полимерная покраска металла пришла на смену более традиционным способам. Технология заключается в нанесении на поверхность спекаемого порошкообразного красителя из полимеров. В обиходе его называют «сухой покраской», по причине отсутствия растворителя. Порошковый состав краски состоит из эпоксидных и полиэфирных смол. Термическое воздействие образует плотный слой, сроки службы не менее 20 лет.

Как выполняется операция

• 1 этап – предварительно металл обезжиривают, удаляют с него всю грязь, обрабатывают специальным составом – фосфатирование, который повышает адгезию и антикоррозийные свойства;
• 2 этап – наносится слой краски;
• 3 этап – спекание покрытия и полимеризация в сушильной печи, для формирования пленочного покрытия. К примеру, оцинкованные листы с полимерным покрытием используются в фасадных и кровельных работах.

Способ обработки металлических рулонов

Окрашенный прокат получают путем нанесения полимерной покраски толщиной до 200 мкм, покрытие может быть одно- и двуслойным. Изделия из оцинкованной стали, покрытые специальным составом полимерного слоя, эффективнее справляются с коррозией и обладают широкой сферой применения. Распространенные полимерные краски – полиэстер матовый, алюцинк, пурал и пластизол.

Обработка металлоконструкций

Преимущества обработки металлоконструкций с точки зрения нанесения – отсутствует неприятный запах, после нанесения не оставляет потеков, пузырей и трещин. Полезные свойства порошковой краски:

• • антикоррозионная защита;
• • электроизолирующие свойства;
• • невосприимчивость к ультрафиолету;
• • устойчивость к механическим нагрузкам;
• • широкий диапазон температурной эксплуатации;
• • декоративные свойства.

Виды полимерных красок

Полимерные краски бывают всех цветов и оттенков радуги. Но кроме цвета, есть и другие классификации. Например, в зависимости от материала, который образует полимерную гладкую плёнку при покраске, порошки могут быть: эпоксидными, полиамидными, полиэфирными, полиэфирно-эпоксидными и сделанными на основе эпоксидных смол. Фактура полимерной краски может быть матовой, глянцевой или текстурной, а также различают оттенки «муар» и «металлик». Красители бывают для наружных работ и для внутренней отделки металлоизделий. В зависимости от способа застывания полимеры тоже бывают разные: есть такие, которые «схватываются» на поверхности изделия методом простого нагревания, а есть краски, застывающие только под воздействием ультрафиолетового излучения. Если покрытие формируется в следствие химической реакции – это термоактивная краска, а если методом плавления и нагревания в камере полимеризации, то это – термпластичнае покрытие.

Преимущества полимерных красок

Порошковые красители имеют ряд преимуществ, за счёт которых ими можно обрабатывать наружные и внутренние изделия из разных видов металла.
К достоинствам полимеров относятся:
— им не страшны механические повреждения: если металлоизделие повредится или деформируется, то окраска просто примет новую форму, оставшись на поверхности;
— водо- и влагозащищённость: полимерное покрытие не утрачивает свои качества, даже если изделие длительное время находится в воде или под водой;

— стойкость к воздействию УФ-лучей: в то время, как другие виды красок от солнечного света могут выцвести, разрушиться и потерять все свои свойства, полимерное покрытие останется такими же прочным и ярким, с ним ничего не случится даже в самый солнечный день;
— могут выдерживать огонь и высокую температуру: так как полимерное окрашивание производится под сильным тепловым воздействием, то в дальнейшем высокий температурный режим покрытию не страшен; порошковой краской можно даже покрасить мангал и котёл отопления.
— не разрушается от химических веществ.

Как выбрать краску

Полимерную краску выбирают в зависимости от вида работы, изделия и места его дальнейшего использования. Для отделки элементов в помещении выбирают экологически чистые красители, без резкого запаха. Для окрашивания поверхностей, которые будет использовать снаружи, полимерные краски должны обладать устойчивостью к влаге, солнцу, пыли. Рекомендуют выбирать быстросохнущие типы порошковых красителей. Кроме того, для металлоизделий необходимы краски, обладающие защитой от коррозии. Также необходимо определиться, какая поверхность вам подходит – глянцевая или матовая. Глянцевую легче мыть, она более практична. Но матовой можно замаскировать мелкие дефекты на поверхности металла. Обязательно нужно смотреть на срок годности – чем он ближе к дате изготовления – тем лучше.

Область применения окрашивания

Полимерные красители используют, чтобы обрабатывать металлические изделия для наружного и внутреннего пользования. Красками на основе полимеров покрывают трубопроводы, металлические полы, элементы складских помещений и кораблей. Краску используют не только как декоративное украшение поверхности, но и в качестве защитного покрытия – например, красят конструкции из металла в бассейнах, которые постоянно контактируют с водой. Полимерной краской окрашивают автомобили, бытовую технику (ванные, котлы, бойлеры, холодильники), обрабатывают элементы мостов и виадуков, зданий и других металлических конструкций.

Подготовка поверхности

Перед тем, как наносить полимерное покрытие на поверхность металлического изделия, его нужно подготовить. Это нужно, чтобы краска легла ровно, не создавала комок и быстро застыла. Подготавливая изделие для полимерной окраски, мастер должен очистить поверхность, убрать все дефекты, устранить жировые загрязнения, масляные пятна. Если изделие старое, то сперва нужно избавиться от остатков прошлого окрашивания и удалить продукты коррозии. Очистку и подготовку металлоизделий осуществляют механическими, термическими и химическими способами. Цель подготовки: готовая поверхность должна стать максимально совместимой с полимерным покрытием, не терять при этом свои свойства и качества и не снижать защитное качество окрашивания.

Полимерная покраска — достоинства и недостатки способа

Под полимерной покраской металлических поверхностей принято понимать процесс нанесения на рабочую поверхность порошкового материала. Этот материал нагревается в печах полимеризации, благодаря чему образуется слой, невосприимчивый к воздействию различных внешних факторов. Именно поэтому полимерное окрашивание часто применяется для автомобилей, так как стандартные технологии окраски просто не могут дать такой же прочный слой.

Отличие от обычной краски

Для получения финишного слоя на металлической поверхности в основном используются или жидкие материалы, будь то лак, эмаль или порошковые составы. Между материалами не так много общего, и все говорит о том, что будущее именно за порошковыми материалами:

1. Жидкие составы приходится разбавлять растворителями, которые в дальнейшем будут испаряться. Это вынуждает увеличивать расход энергии на нагрев рабочей поверхности и на вентиляцию. С показателем вязкости материала можно ошибиться, тогда как порошковые составы поставляются в готовом виде, и ничего дополнительно делать не нужно.
2. Жидкие изделия расходуются очень неэкономно, так как потери по сравнению с порошком достигают до 40%. Оборудование для нанесения порошковых составов имеет опцию рекуперации, то есть, рабочий процесс является практически безотходным.
3. Само покрытие у жидкой эмали не такое качественное, которое дает порошковый материал. Пленка имеет высокую пористость и сильную степень усадки. При использовании некачественной краски наблюдаются потеки и сморщивания при сушке. С полимерными порошками таких проблем нет, так как покрытие имеет повышенную адгезию и увеличенную прочность к механическому воздействию.

Особенности нанесения. Используемое оборудование

Для нанесения материала требуется полимерная покрасочная камера, так как работы в гаражных условиях технически провести невозможно. Первый этап включает в себя процесс подготовки поверхности. Она должна быть избавлена от грязи и жира – для этого используются щетки, шлифовальные диски или химические вещества. Далее нужно заделать все неровности при помощи шпаклевки, если они есть. Перед нанесением финального покрытия следует выполнить фосфатирование или хроматирование, в зависимости от металла. Слой защищает краску от разрушения и отслаивания вследствие попадания влаги.

Иногда перед покраской применяют обработку соединениями нитрата натрия и хрома – это вещество противостоит появлению вторичной коррозии. Дальше на поверхность накладывается грунтовка, которая улучшит адгезию и даст дополнительную защиту от коррозии. Перед помещением детали в камеру покраски ее нужно просушить и охладить. В камере происходит нанесение порошка при помощи пневмопистолета-манипулятора. Чаще всего используется метод электростатического напыления, при котором заряженные частицы попадают на заземленную поверхность.

Полимеризация требуется для того, чтобы порошок оплавился, что приведет к созданию защитной пленки. В дальнейшем этот слой пройдет через процедуру охлаждения и отверждения.

Важно. Проводить подобные работы в домашних условиях не рекомендуется, так как из оборудования потребуется взять пистолет для напыления, печь, изоляционные материалы. Также нужен специальный источник бесперебойного питания и сушильная печь.

Плюсы и минусы

Плюсов гораздо больше, чем минусов, поэтому имеет смысл разбить сильные стороны порошковой краски по категориям:

1. Технологически, порошковые материалы более совершенны, так как полимерное покрытие и визуально выглядит приятно, и имеет особые физико-химические качества. Покрытие более прочное и надежное. Далеко не всегда требуется использовать грунтовку. Для качественного покрытия достаточно всего одного слоя. Подготавливать порошок, добавляя туда дополнительные вещества, не требуется. Способ нанесения одинаково эффективен как для стандартных, так и для необычных конструкций.
2. По части экологичности, порошки более безопасны, чем эмаль, так как вредных примесей тем нет, химические запахи почти не выделяются, а сам материал имеет минимальную опасность возгорания.
3. Специфика нанесения сухого материала позволяет минимизировать отходы, за счет чего на поверхность идет практически вся краска. Все, что не осядет на поверхности, можно использовать повторно.

Из явных минусов можно отметить довольно сложную процедуру нанесения в том смысле, что без специального оборудования и особых условий в помещении провести ее не выйдет. Колеровка материала исключена. Если нужно устранить локальный дефект, то такой способ окраски не подойдет, ведь поверхность будет окрашена полностью. Сам материал должен быть термостойким. Слишком тонкий слой сделать крайне трудно.

Такой подход создания финишного слоя хорош тогда, когда рабочая поверхность будет принимать высокие нагрузки. В основном порошковые материалы применяются для окраски автомобиля или отдельных деталей. В других ситуациях выгоднее использовать эмаль, ведь для нанесения эмали не требуется особенных условий.

Вернуться к списку

Окрашивание и полимерное покрытие — услуги обработки металла в Москве

ООО «Металлмос» производит окраску металла различными типами краски или полимерных покрытий. Гарантируем эстетичность и долговечность покраски, а также отличную защиту от коррозионного разрушения. Мы выполняем окрашивание поверхностей со сложной геометрией, которые впоследствии будут подвергаться динамическим и вибрационным нагрузкам, а также воздействию химически агрессивных веществ.

 

Технология проведения окраски

Окрашивание металла начинается с очистки от загрязнений и остатков застарелой краски, а также обезжиривания. Для этого используют специализированные химические вещества, либо механические средства. При крайних степенях загрязнения применяют пескоструйную обработку поверхностей, как вручную, так и с применением механических приспособлений.

Металлические поверхности окрашивают порошковыми лакокрасочными смесями. Процедура окраски порошковой краской выполняется в два этапа:

1. Нанесение красящего вещества на металлическую поверхность в покрасочной камере.

Предварительно порошковой краске и металлической поверхности придают противоположные электрические заряды. Поскольку последние взаимно притягиваются друг к другу, то порошок плотно и равномерно прилипает ко всей окрашиваемой поверхности.

Частички, которые остались в воздухе, втягиваются вентиляционной системой и оседают в накопительных ёмкостях. Их можно повторно использовать для покраски. Поэтому окраска металла м2 на 1 тонну порошками дешевле, чем аэрозолями или жидкостями.

2. Термическая обработка напылённой поверхности.

Под воздействием повышенной температуры частички порошка спекаются друг с другом и с металлической поверхностью, образуя монолитный и прочный слой лакокрасочного покрытия.

В процессе спекания расплавленное красящее вещество проникает в кристаллическую структуру металла, поэтому красящими веществами выполняется окраска оцинкованного металла. Причем не только для придания эстетичного внешнего вида изделию, но и для защиты от механических повреждений защитного слоя цинка.

 

Упаковка рулонов

1. Разматыватель;
2. Сшивка лент;
3. Накопитель ленты;
4. Химическая подготовка поверхности;
5. Окрасочные камеры;
6. Сушка в печи;
7. Водяное охлаждение;
8. Нанесение эмали;
9. Сушка в печи;
10. Водяное охлаждение;
11. Накопитель ленты;
12. Резка;
13. Наматыватель рулонов.

Производство рулонной оцинкованной стали с защитно-декоративным лакокрасочным покрытием осуществляется по ГОСТ 30246-94, Р 52146-2003.

В качестве красителей используются следующие виды эмалей:

• Полиэфирные (полиэстер)
• Полиуретановое покрытие
• Поливинилхлоридные (ПВХ) и поливинилдендифторидные (ПВДФ)

Полиэфирные (полиэстер) — материал в котором идеально сбалансированы цена и хорошие эксплуатационные характеристики. Подходит для любой климатической зоны и имеет достаточно хорошие механические свойства. Покрытие матовое. Толщина покрытия — 50 мкм. Теплостойкость — 120°С.

Полиуретановое покрытие — покрытие на основе полиуретана, обладающий шелковисто-матовой поверхностью. Материал выдерживает большие перепады температур (до 120°С), стойкий к солнечному излучению, обладает хорошей химической устойчивостью и цветостойкостью. При толщине 50 мкм — обладает отличными антикоррозийными свойствами.

Поливинилидендифторидные (ПВДФ) — покрытие на основе смеси поливинилдендифторида и акриловой смолы. Материал устойчив к механическим повреждениям и имеет высокие прочностные и антикоррозийные свойства. Сохраняет свои свойства при температурах от -60°С до +120°С. Устойчив к УФ-излучению, обладает высокой стойкостью к агрессивным средам и механическим воздействиям. Толщина покрытия — 27 мкм.

Покрытия PVDF и полиуретановое покрытие могут быть использованы в случае особых эксплуатационных требований, имеют высокие прочностные и антикоррозийные свойства. Эти покрытия ценны тем, что обладают устойчивостью к УФ-излучению и цветостойкостью. Использование полиуретанового покрытия особенно эффективно в условиях российского климата, этот материал не боится как низких, так и высоких температур, способен выдерживать большие перепады температур. В отличие от PVDF и полиуретанового покрытия, полиэстер гораздо менее устойчив к механическим повреждениям, но обладает гораздо большей гибкостью и более привлекательной ценой.

Printech — это покрытие с множеством видом рисунков, нанесенными на оцинкованный стальной лист офсетным способом. Сочетает в себе элегантный внешний вид и превосходные защитные свойства покрытия. Данная технология уже завоевала популярность во многих странах, выпускается на основе полиэфирного (полиэстер) и поливинилдендифторидного (ПВДФ) покрытий.

Структура покрытия Printech

Каталог палитры цветов покрытия Printech

 

Структура стали с полимерным покрытием:

1. Полимерное покрытие
2. Грунт под эмаль
3. Пассивированный слой
4. Слой цинка
5. Стальной лист
6. Слой цинка
7. Пассивированный слой
8. Грунт под эмаль
9. Краска для обратной стороны

 

Характеристика металла

ГОСТ 52246-2004, ЦИНК Zn 80-275

Металл: ММК, Северсталь, НЛМК

Толщина: 0,2-0,9 мм

Ширина: 900-1250 мм

Виды покрытия: ПВДФ, полулеретан, полиэстер

Вся палитра RAL: более 200 цветов

Вес рулона: от 1,5 тонн

Стеновые и кровельные сэндвич-панели, профилированный настил, сталь оцинкованная окрашенная в рулонах с покрытием ПВДФ (поливинилдентфторидное покрытие), полиуретановое покрытие, полиэстер от стандартных до редких и эксклюзивных цветов.

 

Стандартные цвета RAL:

 

Вся палитра цветов RAL:

 

Преимущества окраски металла от Металлмос

Главное преимущество сотрудничества с нами — качественная порошковая окраска металла, цена которой одна из самых выгодных в Москве.

В работе мы используем порошковые краски и полимерные покрытия от ведущих мировых производителей. Если вы хотите получить качественную и долговечную покраску металлических поверхностей — следует обратиться в компанию «Металлмос». Ждем вашего звонка по номеру телефона 8-495-118-36-88!

Полимерная покраска своими руками, видео

Полимерная покраска – это современная технология обработки металлических конструкций с целью обеспечения защитного декоративного покрытия. Основу окрашивающего состава представляет полимерный порошок, который наносят на поверхность изделия при помощи электростатического распылителя, работающего за счет центробежных сил.
порошковая краска

Особенности полимерного покрытия

Красящее порошкообразное вещество изготовлено из экологически чистых составов, поэтому после его применения не остается опасных отходов. Различают 2 вида порошковых красок:

• Термореактивные – формируются при воздействии химических реакций сплавленных частиц. В качестве основы имеют полиэфирные смолы, полиуретан и акрилат. Используются при окрашивании транспортных средств.
• Термопластичные – формируются без образования химических превращений, но с тем же сплавлением частиц и последующем охлаждении расплавов. В качестве основы имеют полиэтилен, полиамид, поливинилхлорид. Протестированы ASTM B117 воздействием влаги и солей, что показало отсутствие каких-либо дефектов: вздутий, трещин.

диски покрашенные полимерной краской

 

Оба вида красок отличаются высоким качеством, долговечностью и стойкостью к изнашиванию.

Преимущества полимерных порошковых красок

По сравнению с другими видами окрашивающих средств полимерная краска выделяется следующими свойствами:

1. Экологичность – в состав красок не входят токсичные вещества.
2. Экономичность – благодаря недорогому оборудованию и практически 100%-му расходу материала сокращается количество используемой краски, которая в обычном виде утилизируется.
3. Прочность – сразу после нанесении порошковой краски образуется искусственный защитный слой, по составу напоминающий эластичную пластмассу, устойчивую к окислению и щелочным веществам. Толщина такого покрытия достигает 250 мкм.
4. Малый расход времени – полимерно порошковая покраска застывает очень быстро.
5. Долговечность – максимальный срок стойкости краски достигает 20 лет.
6. Декоративность – полимерные краски имеют широкий спектр цветов и структуры.

Оборудование для полимерной покраски

Закрепление полимерной порошковой окраски осуществляется в термопечи – нагревательной камере, в которую помещают изделие и обрабатывают красящим веществом. Постепенно температура в печи увеличивается до 200 градусов за счет нагревательных элементов.

Конструкция подвергается обработке примерно 20 минут – достаточно для того, чтобы процесс полимеризации полностью завершился.

Технология покраски

Порошковое полимерное покрытие будет держаться максимально долго при полном соблюдении правил технологии обработки:

1. Сначала окрашиваемую поверхность очищают и обезжиривают, чтобы краска легла ровно. Актуальна пескоструйная обработка и нанесение спиртовых растворов. Если происходит полимерное покрытие автомобиля, все лишние детали должны быть сняты.
2. Затем на поверхность наносят порошковую краску. Остатков вещества практически не образуется, как и ядовитых паров. Порошково полимерная покраска в этом плане имеет явные преимущества перед лаковой.
3. Изделие устанавливают в термокамеру и нагревают до 200 градусов. Частицы порошка начинают плавиться и закрепляться на поверхности.
4. Через 15-20 минут изделие вынимают из печи и дают остыть. На этом этапе разрешается проводить любые механические обработки. По их окончанию изделие можно вводить в эксплуатацию.

Области применения порошковой краски

Полимерная порошковая краска используется в различных сферах деятельности:

• автомобилестроение;
• строительство и реконструирование зданий;
• изготовление мебельной фурнитуры.

Процессу полимеризации можно подвергать любой материал, устойчивый к высоким температурам. Полимерные краски для металла обладают такими же свойствами, как и любые другие порошковые составы. Благодаря широкой гамме цветов полимерное окрашивание активно применяется в декоративных целях, для защиты старинных и дорогих изделий от коррозии.

Транспортные средства чаще всего обрабатываются красящими веществами. Кузов автомобиля наиболее подвержен окислению и образованию трещин, поэтому требует особого ухода. Полимерное покрытие кузова автомобиля проходит несколько этапов: выравнивание поверхности, обезжиривание, покраска, термообработка и остывание.

После всех процедур кузов не будет подвергаться образованию вздутий и ржавчины даже при длительном пребывании автомобиля во влажной и соленой среде.

полимерная покраска

Диски колес тоже рекомендуется покрывать порошковой краской, так как они постоянно контактируют с влагой, солью, химическими реагентами и песком. Полимерная покраска дисков проходит в несколько этапов:

1. Струйная очистка поверхности.
2. Устранение царапин и вмятин.
3. «Рекомендуется нанесение на диск слоя малорастворимых фосфатов. Он обеспечит лучший антикоррозийный эффект».
4. Обезжиривание поверхности.
5. Нанесение грунта на диск.
6. Обработка порошковой краской и расплав в печи.

При правильном проведении всех мероприятий диски прослужат очень долго и при этом, будут иметь эстетичный внешний вид.

Полимерная покраска своими руками

Осуществить процесс полимеризации в домашних условиях достаточно сложно, для этого необходимо иметь специальную печь, которая сможет нагреваться до температуры 200 градусов, а также пистолет-распылитель, предназначенный для покраски конструкций. Перед тем как начать окрашивание, необходимо определиться с типом красящего вещества.

Как выбрать полимерную краску?

Прежде всего, нужно уточнить, в какой среде будет эксплуатироваться изделие: агрессивной или спокойной. Например, автомобиль постоянно пребывает на свежем воздухе, а значит, подвергается воздействию УФ-излучения, осадкам и вредным веществам, содержащимся в воздухе. Для таких средств рекомендуются полимерно порошковая окраска веществами, содержащими полиэфир.

Определившись со средой, нужно разобраться с поверхностью краски: гладкая, шероховатая или бархатистый муар. Глянцевые краски просты в уходе и придают изделию декоративный вид.

Шероховатая полимерная краска по металлу применяется в случаях, когда изделие имеет царапины, грубые швы. Такая краска устранит видимые дефекты и придаст оригинальную форму поверхности. К тому же, не придется выравнивать изделие и самостоятельно закупоривать трещины.

Полимерно порошковое покрытие муар имеет структуру, напоминающую предыдущий тип краски, но после высыхания более гладкий, как бархат. Стоимость такого средства низкая, но преимуществ гораздо больше: есть выбор уровня блеска краски, легко маскирует мелкие дефекты. Такая полимерная краска для металла идеальная во всех отношениях и пользуется спросом среди автолюбителей.

Самостоятельная покраска

Полимерная окраска металлоконструкций – сложный процесс, требующий профессионализм и бережность в работе, поэтому рекомендуется обращаться в автосервис для должного соблюдения всех правил технологии окрашивания.

 

Следующая статья: Как сделать малярню своими руками.
Предыдущая статья: Полировка кузова автомобиля.

Хочешь знать о покраске автомобиля все? Читай еще полезные статьи:

• Секреты про антикоррозийное покрытие. Этого вы точно не знали!
• Покраска перламутром. Замечательный цвет.
• Покраска хромом. Сделай свой автомобиль неповторимым.

Что такое полимерное покрытие металла. Статьи Виды сварки Полимерное покрытие металла

Металлоконструкции в Череповце.

Порошковая окраска металлоизделий. Изготовление сварных металлоконструкций с полимерным покрытием.

« Назад Что такое полимерное покрытие металла.  25.12.2015 06:30        Полимерное покрытие популярно благодаря своей чрезвычайной устойчивости ко всем видам воздействия со стороны внешних факторов, а также высокого эстетического уровня. Полимерное покрытие или, другими словами, порошковое окрашивание представляет собой процесс нанесения на металлические поверхности порошка с последующим образованием в печах полимеризации полимерного слоя.        Первоначально с металлических изделий удаляются все загрязнения и окислы, проводится обезжиривание поверхности для улучшения качества порошковой покраски. Далее обрабатываемые изделия промываются и подвергаются сушке. От тщательности очистки зависит многое — качество слоя покраски, срок службы покрытия, антикоррозионные свойства.        На очищенное металлическое изделие осуществляется нанесение слоя порошкового грунта в специальной камере напыления. В ней с помощью электростатического распылителя частицы порошковой краски электрически заряжаются от внешнего источника или электризацией при трении, а затем электрическим полем частицы порошковой краски переносятся к окрашиваемому изделию, которое имеет противоположный заряд. Под воздействием электростатических сил притяжения частицы краски оседают на поверхности металлического изделия равномерным слоем. Те частицы порошковой краски, которые не осели на изделие, улавливаются системой очистки окрасочной камеры напыления и могут быть использованы при повторном напылении, что невозможно при покраске обычными жидкими красками.         Затем изделие с нанесенной порошковой краской переносится в камеру полимеризации. Под действием высокой температуры (150° — 220°С) частицы порошковой краски плавятся, образуя равномерное полимерное покрытие. Печь полимеризации непременно должна поддерживать постоянную температуру во всей камере оплавления для равномерного прогрева поверхностей изделия        Оплавление порошковых красок происходит в три стадии:        1. порошок оплавляется и переходит в вязко-текучее состояние;        2. образуется непрерывный слой из оплавленных частиц порошка;         3. окрашиваемая поверхность смачивается расплавленным полимером, вследствие чего и формируется покрытие.         Следует заметить, что твердая пленка при обработке образуется в зависимости от материала двумя способами:        — для термореактивных материалов в результате отвердения или        — для термопластичных материалов в результате охлаждения.         Чаще всего слой полимерного покрытия порошковыми красками на металлических изделиях составляет 0,3мм.        Данный метод порошковой окраски позволяет получать покрытия высокого качества для деталей сложной формы, а также в местах соединения любых элементов металлических изделий.        Например, литые; автомобильные диски при окраске порошковыми красками надежно предохраняются от воздействия кислоты, солей и других дорожных реагентов. Кроме того,порошковое покрытие является ударопрочным и выдерживает значительные удары твердых тел: камней, песка и прочего дорожного мусора.        Таким образом, при формировании полимерного покрытия из нанесенного порошкового слоя создается монолитное качественное покрытие на поверхности металлического изделия, а сама технология полимерной окраски порошковыми красками позволяет получить долговечное декоративно-защитное покрытие металла с отличными характеристиками и является экологически чистым способом. Достоинства порошковой окраски        o Прочность и долговечность        Полимерное покрытие демонстрирует впечатляющие антикоррозийные свойства, продлевая жизнь изделиям из металла на десятки лет. Гибкое и колоссально прочное, оно не откалывается и не трескается, не боится ни изнуряющей жары, ни критически низких температур, ни воздействия воды. В плане износостойкости и устойчивости, порошковая окраска — безусловный лидер.        o Экономическая выгода        Цена на полимерное покрытие металла на порядок более выгодна, по сравнению с окраской обычными лакокрасочными материалами. С первого раза полимерный слой получается плотным и основательным — как правило, обычные краски могут обеспечить такой эффект лишь при нанесении нескольких слоев        o Обширная цветовая гамма        Изделия с порошковым напылением могут похвастаться привлекательными эстетическими свойствами. Сегодня, для покрытия можно выбрать любой из множества цветов, не только базовых, но и достаточно сложных оттенков — вплоть до искусной имитации различных фактур и эффекта искусственного старения. Полимерный слой не выцветает и не тускнеет с течением времени, сохраняя насыщенный цвет даже под лучами солнца.        o Безвредность        Помимо всего, этот тип окрашивания металла признан самым экологичным, а также отличается увеличенной адгезией к поверхности.

Полимерная порошковая покраска металла в Омске от от 130 руб/м2

Производственный процесс

Температура полимеризации 180-200 ^оС
Каталог цветов соответствует каталогу RAL
Размеры печей: 8,3х3,5х2,7 м / 8,3х2,5х2,5 м

Покраска полимерная – сложный технологический процесс, требующий наличия специального оборудования. Изначально краска производится в виде порошка разных цветов, которая напыляется на металл с применением электрического тока, и под действием высоких температур связывается с ним на молекулярном уровне.

По прочности и долговечности у этой краски нет конкурентов, а единственным недостатком можно считать высокую стоимость нанесения, тем более, что сделать это самостоятельно и в домашних условиях не получится.

Чтобы не быть голословными, давайте рассмотрим основные конкурентные преимущества этого материала, которых нет ни у одной другой краски:

• Максимальная адгезия с металлическими поверхностями. Краска не просто покрывает изделие, а связывается с ним и становится одним целым.
• Долговечность. Гарантийный срок службы полимерной краски 50 лет, но конечно, при условии соблюдения всех технологических аспектов в процессе нанесения.
• Устойчивость к влаге. Полимерными красителями сегодня покрывают не только декоративные металлические изделия, но также и днища автомобиля, и даже лодки.
• Устойчивость к ультрафиолету. Окрашенное изделие может постоянно находится под палящими лучами солнца, и это никак не отразится на её декоративных качествах.
• Внешняя привлекательность. Полимерное покрытие имеет характерный внешний вид, который не спутаешь ни с одной краской. Нечто похожее получается при работе с молотковыми эмалями, но они существенно уступают полимеру по качеству.
• Высокая устойчивость к механическим повреждениям. Даже после существенной деформации металла, краска остаётся на поверхности и не отшелушивается.
• Устойчивость к химическим растворителям. Удалить полимерное покрытие очень сложно, так как никакие смывки и растворители его не берут даже после длительного контакта, краска не потеряет не только характерных свойств, но и внешних качеств.

Считается, что нет на свете идеальных материалов. Да, это так, но полимерная краска максимально приблизилась к этому определению, и это не просто громкие слова или рекламные заявления.

Принимаем к покраске

• Покраска плоских поверхностей
• Покраска сетчатых поверхностей
• Покраска профиля
• Покраска автомобильных дисков
• Покраска ограждений
• Покраска изделий сложной формы
• Покраска дверей
• Покраска металлоконструкций
• Покраска алюминия
• Покраска деталей автомобиля
• Покраска радиаторов
• Покраска метизов
• Покраска ворот
• Покраска оцинковки
• Покраска тяжелых изделий
• Покраска труб

Цены полимерно-порошковой покраски

Плоские изделия
от 1000 м2	130 руб/м2
от 500 м2	140 руб/м2
от 100 м2	150 руб/м2
от 16 м2	160 руб/м2
от 1 м2	180 руб/м2

Гофрированные изделия
от 1000 м2	130 руб/м2
от 500 м2	145 руб/м2
от 100 м2	160 руб/м2
от 16 м2	170 руб/м2
от 1 м2	185 руб/м2

Погонажные изделия
(профили, трубы, обрамления, багеты и т. п., сечением до 60 мм)
от 500 м.п.	20 руб/м.п.
от 300 м.п.	25 руб/м.п.
от 100 м.п.	30 руб/м.п.
до 100 м.п.	40 руб/м.п.

Объемные изделия
(ящики, емкости, каркасы, сейфы, корпуса приборов, подставки)
от 500 м2	140 руб/м2
от 300 м2	150 руб/м2
от 100 м2	160 руб/м2
от 100 м2	180 руб/м2

Погонажные изделия свыше 60 мм

(профили, трубы, обрамления, багеты и т.п., сечением более 60 мм)

до 150 мм	25 руб/м.п.
до 200 мм	30 руб/м. п.
до 250 мм	35 руб/м.п.
до 300 мм.	45 руб/м.п.
до 350 мм.	55 руб/м.п.

до 400 мм	65 руб/м.п.
до 500 мм	80 руб/м.п.
до 600 мм	95 руб/м.п.
до 700 мм.	110 руб/м.п.
до 800 мм.	145 руб/м.п.

Стоимость покраски изделий массой более 150 кг
и длиной более 12 м — договорная

Различные изделия

Мелкие изделия (крепеж, фурнитура, сувениры, другие детали с размерами менее 50 мм) — от 2 до 45 руб/шт

Двери металлические (стандартная дверь с рамой 2000х900 в стандартный цвет) — 3000 руб/комплект

Решетки кованные (стандартная решетка) — 200 руб/м²

Наценка за дополнительные услуги

Покраска в несколько слоев (лак, грунт, два слоя краски) за каждый слой — 100%

Изготовление спец. оснастки, сверление технологических отверстий, удаление поверхностной ржавчины и мелких дефектов — по договоренности

Перекрас (краска на краску) — 50%

Наценка за «металлик» и «антик» — 100%

Наценка за тяжесть: свыше 50 кг — 50%

свыше 100 кг — 100%

свыше 150 кг — 150%

При необходимости выполняем покраску
различных пластиковых изделий жидкой краской.

Рассчитать итоговую стоимость

Заявка на расчет стоимости

Согласие с политикой конфиденциальности

ВСЕ УСЛУГИ

Пескоструйная (дробеструйная) обработка металла

Ремонт дисков

Аргонодуговая сварка

Аквапринт (аквапечать)

Плазменная резка металла

Скачать реквизиты

Основное Производство

644060 г. Омск, ул. 13-я Комсомольская, 1

По любому вопросу:

Телефон: 8 (923) 766-10-06

Email: [email protected]

Автомобильные диски

г. Омск, ул. 2-я Линия, 177/3

По вопросам дисков:

Телефон: 8 (961) 883-96-56, 8 (904) 583-93-93

Email: [email protected]

© ООО ПКК «СПЕЦСНАБ», 2022

Политика конфиденциальности

Сайт создан в Userweb

Полимерные покрытия для стальных фасадов и крыш

Фасады и кровли из оцинкованной стали с полимерным покрытием являются лучшим решением для строительства зданий благодаря долговечности, превосходному внешнему виду и экономичности. Правильный выбор полимерного покрытия обеспечивает высокую долговечность и надежность изделий.

Стали с полимерным покрытием для крыш и фасадов Ruukki-SSAB разработаны с учетом возможности применения в любых условиях эксплуатации. На кровлю и фасады воздействуют солнце, мороз, содержащиеся в воздухе загрязняющие вещества, грязь, дожди, снегопады, сильный ветер, а иногда и ураганы. При этом качественное покрытие надолго сохраняет первоначальный вид и свойства изделий. Кровельная и фасадная сталь Ruukki обладает отличной деформируемостью и может обрабатываться даже при низких температурах.

 

При выборе полимерного покрытия для строительных материалов важно учитывать срок эксплуатации здания, климатические и эксплуатационные условия окружающей среды, а также другие возможные особые требования. Из широкого спектра покрытий, предлагаемых Ruukki, можно выбрать наиболее подходящий вариант, позволяющий добиться необходимого срока службы и превосходного внешнего вида здания.

 

Условия окружающей среды

 

Условия окружающей среды оказывают существенное влияние на выбор стали с полимерным покрытием. Солнечное УФ-облучение, воздействуя на покрытие, постепенно изменяет химический состав краски, что может привести к ослаблению эффекта глянца, выцветанию цвета, а также ухудшению антикоррозионной защиты.

 

Кроме того, на коррозионную стойкость стали влияют влага, тепло, атмосферные загрязнения и другие соединения. Для различных условий эксплуатации рекомендуется подбирать соответствующие полимерные покрытия. Оцинкованная сталь с покрытием может использоваться в категориях коррозионной активности С1-С4, а использование в категории С5 рассматривается индивидуально для конкретных условий эксплуатации. Атмосферная нагрузка определяется по ДСТУ ISO 12944-2:2019.

 

Corrosivity category means atmospheric conditions as per DSTU ISO 12944-2:2019

Corrosivity category	Environment
	Exterior	Interior
C1 очень низкая	–	Отапливаемые помещения с чистой атмосферой (например, офисы, магазины, школы, гостиницы).
C2 низкий	Атмосферы с низким уровнем загрязнения. В основном сельские районы.	Неотапливаемые помещения, в которых может образовываться конденсат (например, склады, спортивные залы).
C3 средний	Городская или промышленная атмосфера, умеренное загрязнение двуокисью серы. Прибрежные районы с низкой соленостью.	Производственные помещения с повышенной влажностью и некоторым загрязнением воздуха (например, предприятия пищевой промышленности, прачечные, пивоваренные и молочные заводы).
C4 высокая	Промышленные и прибрежные районы с умеренным засолением.	Химические заводы, плавательные бассейны, судоверфи и верфи.
C5-I очень высокая (промышленная)	Промышленные зоны с повышенной влажностью и агрессивной атмосферой.	Здания или зоны с почти постоянной конденсацией и высоким уровнем загрязнения.
С5-М очень высокая (морская)	Прибрежные и морские районы с повышенной соленостью.	Помещения и зоны с практически постоянной влажностью и высоким уровнем загрязнения.

Срок службы зданий

 

Полимерное покрытие должно обладать устойчивыми техническими свойствами и внешним видом, которые должны сохраняться на протяжении всего периода эксплуатации объекта с минимальными затратами на обслуживание. Справочные сроки полезного использования для различных типов зданий определены в ДБН В.1.2-14:2018.

 

Планируемый срок полезного использования здания в большинстве случаев составляет более 50 лет. Такая долговечность кровельных и фасадных решений достигается за счет применения самых стойких покрытий – Hiarc, Hiarc Max, Pural. Срок эксплуатации сельскохозяйственных и других зданий с коротким периодом эксплуатации составляет от 15 до 50 лет, поэтому для них подходит более широкий спектр покрытий.

 

Справочные плановые сроки полезного использования зданий приняты согласно ДБН В. 1.2-14:2018

Building type	Indicative useful life, years
Residential and public	100
Industrial and ancillary	60
Warehouses	60
Сельскохозяйственная	50
Мобильные сборно-разборные (в том числе промышленные, жилые и т.п.)	20
Мобильные контейнерные здания	15

Специальные требования к покрытию стальных строительных материалов

Крыши

Крыши подвергаются воздействию более сильного иррирования по сравнению с другими санкциями здания. Снег, стоячая вода и скопившийся мусор создают нагрузку на крышу, что требует нанесения высококоррозионностойких покрытий.

 

Поверхность испорчена снегом, льдом и перемещением людей по крыше. Это обусловливает повышенные требования к износостойким покрытиям. Кроме того, покрытие крыш, соединенных с фальцами, должно выдерживать формовку, осуществляемую ручным инструментом.

 

Фасады

 

Вентилируемые фасады и сэндвич-панели должны сохранять привлекательный внешний вид, поэтому важно, чтобы полимерное покрытие обеспечивало устойчивость к УФ-излучению, легко чистилось или самоочищалось. В некоторых случаях требуется хорошая износостойкость.

 

Водосточные системы

 

Водосточные желоба должны иметь хорошую коррозионную стойкость, так как в них скапливается застойная вода и мусор, а трубы ливневого стока – хорошую стойкость к царапанью. В таком случае стальной лист должен быть окрашен с обеих сторон и подходить для формовки.

 

Потолки и стены

 

Чистота и возможность очистки – важнейшие параметры внутренних поверхностей зданий.

 

Свойства и критерии выбора полимерных покрытий

 

На применимость и стойкость покрытий в различных атмосферных условиях влияет ряд факторов, таких как толщина покрытия, тип краски, использование добавок (пигментов, стабилизаторов) . Толщина покрытия влияет в основном на механические свойства: формуемость, износостойкость и коррозионную стойкость, стойкость к царапанью.

 

Hiarc и Hiarc Max обладают наилучшей температурной и химической стойкостью, а также высокой стойкостью к ультрафиолетовому излучению. Применение таких покрытий позволяет фасаду сохранять насыщенный цвет и блеск на протяжении длительного времени под воздействием солнечного излучения. Отличные свойства таких покрытий основаны на молекулярном наращивании, а неорганическая пигментация придает прекрасную устойчивость цветовому оттенку. Покрытие Hiarc Max имеет более толстый грунтовочный слой по сравнению со стандартным покрытием Hiarc (20 мкм/7 мкм) с антикоррозионным пигментом, поэтому подходит для более ответственных условий применения. Hiarc – лучший выбор для фасадов.

 

Pural и Pural Matt – покрытия на основе полиуретана, специально разработанные для крыш. Их неорганическая пигментация и химический состав гарантируют высочайшую коррозионную стойкость при воздействии неорганических загрязнителей (соли, кислоты, щелочи), очень хорошую стойкость к УФ-облучению, а также термостойкость и стабильность цвета. Толстое покрытие Plural обладает отличной способностью к формованию. В таком покрытии используется полиамид, обеспечивающий устойчивость к царапинам и улучшенную гибкость. Покрытия Pural – лучший вариант для крыш и фасадов промышленных зданий.

 

Pural farm (Csafe) — толстое покрытие на основе полиуретана, сочетающее в себе высокую прочность, коррозионную стойкость и устойчивость к царапинам. Пураловая ферма легко обрабатывается и может гнуться без каких-либо ограничений по радиусу изгиба. Химический состав покрытия обеспечивает наилучшую коррозионную стойкость к органическим агрессивным загрязнителям, в том числе животноводческой отрасли (соли фосфорной кислоты и дезактиваторы). Изделие с таким покрытием обладает высокой стойкостью к значительным механическим нагрузкам на крышу. Пурал ферма обладает высокой способностью к самоочищению и предназначена для объектов с повышенной влажностью, которые подлежат частой уборке.

 

Полиэстеровые и полиэфирно-матовые покрытия обладают средней устойчивостью к атмосферным воздействиям и механической стойкостью. Помимо механической и коррозионной стойкости, полиэстер матовый имеет более толстый слой, чем стандартное полиэфирное покрытие. При этом матовое покрытие не содержит матирующих веществ, как гладкое полиэфирное покрытие. Благодаря невысокой цене такие покрытия рекомендуются для крыш и стен зданий с коротким сроком эксплуатации, а также во внутренних сухих помещениях.

 

Пленочный ламинат FoodSafe обладает высокой формуемостью и стойкостью к органическим веществам. Как правило, это покрытие имеет гладкую белую поверхность. FoodSafe не токсичен, устойчив к моющим и чистящим средствам, легко моется, не впитывает воду. Это покрытие было тщательно протестировано на соответствие строгим требованиям стандарта безопасности пищевых продуктов HACCP. С ламинатом FoodSafe может даже находиться непосредственный контакт продуктов питания – это лучшее решение для внутреннего использования на предприятиях пищевой (в холодильных и морозильных камерах) и фармацевтической промышленности, а также в помещениях с повышенной влажностью.

 

900 <5 900 <5 900 <5 996. 0043 30-40 Макс.3. Температура окружающей среды, ° C9303030 9003. 0043 30N

Coating Property

Coating

Hiarc

Hiarc Max

Pural

Pural Matt

Pural farm (Csafe)

Полиэстер

Полиэстер матовый

Ламинат FoodSafe

Толщина покрытия, мкм

27

40

50

50

200

25

35

120

Surface texture

smooth

smooth

slightly granular

matt

slightly granular

smooth

granular

Главный

Класс глянцевых, Гарднер 60 °, EN 10169-1

30-40

30-40

34-46

<5

40

<5

40

40

40

40

<5

7-13

Формирование (изгиб)

Good

Good

Good

Good

Good

Good

. Мин. Радиус изгиба (Плактивность)

1T*

1T

1T

1T

1T

3T

2T

1T

MIN. температура формовки, °С

-10

-10

-15

-15

+15

0

0

+10

110

110

100

100

100

90

60

Класс. , d0

A1 s1, d0

A2 s2, d0

A2 s2, d0

C-s2, d1

A1

A2 s1, d0

–

Class of UV irradiation resistance

Ruv4

Ruv4

Ruv4

Ruv4

Ruv4

Ruv2

Ruv3

–

Class Коррозионная стойкость

RC4

RC5

RC5

RC5

RC4

RC3

RC4

RC5

35N

40N

40N

35N

20N

25N

55N

Pollution resistance

excellent

excellent

very good

very good

excellent

satisfactory

хорошее

отличное

* толщина листа

 

Стойкость покрытия к естественному УФ-излучению указана в категориях Ruv1-Ruv4 в соответствии с EN10169. Стойкость к УФ-излучению показывает, насколько хорошо покрытие может сохранять свой первоначальный цвет и степень блеска при наружном использовании. Покрытия категории Рув1 обладают очень слабой стойкостью к УФ-излучению и предназначены для использования только внутри помещений. Покрытия Ruv4 обладают высокой устойчивостью к ультрафиолетовому излучению и поэтому рекомендуются для наружного применения.

 

Рекомендации по применению покрытий

 

Практически для любого строительного объекта можно подобрать подходящее покрытие с учетом окружающих условий, планируемого срока эксплуатации и особых требований.

Использование полимерных покрытий Ruukki для крыш (R) и фасадов (F)

9

Гарантия для эстетических свойств.

Hiarc

Hiarc Max

Pural

Pural Matt

Pural farm (Csafe)

Polyester

Polyester Matt

R

F

R

F

R

F

R

F

R

F

R

F

R

FANDES

. 0036

С2

20

20

20

20

20

15

15

10

10

10

С3

20

20

20

20

20

15

15

10

10

10

Special warranty, years

С4

10*

10*

10*

10*

С5- I/M

1-5*

1-5*

1-5*

1-5*

 

Usage of Ruukki polymer coatings for interior premises (ceilings and partitions)

Load category	Hiarc	Hiarc Max	Pural	Pural Matt	Pural farm (Csafe)	Polyester	Polyester Matt	Laminate FoodSafe
C1	✔	✔	✔	✔	✔	✔	✔	✔
C2	✔	✔	✔	✔	✔	✔	✔	✔
C3	✔	✔	✔	✔	✔	✔	✔	✔
C4		✔*	✔*		✔			✔*
С5-I/M		✔*

* Условия категорий ударопрочности C4 и C5-I/M очень тяжелые, поэтому для конкретного проекта может быть предоставлена ​​только ограниченная гарантия.

Неокрашенные оцинкованные стальные листы рекомендуются для условий не выше С2.

Рекомендации в таблицах представлены для сталей со степенью оцинковки 275 г/м ² .

Защита сталей от коррозии с помощью проводящего полимерного покрытия

На этой странице

РезюмеВведениеСсылкиАвторское правоСтатьи по теме

Рассмотрена защита сталей от коррозии с помощью проводящего полимерного покрытия. Проводящий полимер, такой как полианилин, полипиррол и политиофен, действует как сильный окислитель для стали, вызывая сдвиг потенциала в благородном направлении. Полимер с сильной окислительной проводимостью облегчает пассивацию стали. Двухслойная полипропиленовая пленка была разработана для эффективной защиты от коррозии. Он состоял из внутреннего слоя, в который был легирован фосфомолибдат-ион (PMo), и внешнего слоя, в который был легирован додецилсульфат-ион (DoS). Внутренний слой стабилизировал пассивный оксид, а внешний слой обладал анионной селективностью проницаемости для предотвращения проникновения агрессивных анионов, таких как хлорид, через пленку полипропилена в стальную основу. С помощью двухслойной пленки PPy сталь выдерживалась пассивно около 200 ч в 3,5% растворе хлорида натрия без образования продуктов коррозии.

1. Введение

После исследования Shirakawa et al. о проводящем полиацетилене сообщалось о различных применениях проводящего полимера [1]. Использование проводящего полимера для антикоррозионного покрытия является одним из таких применений, и за последнее десятилетие было представлено множество работ. Получение полиацетилена производили окислением в газовой фазе; однако в настоящее время проводящие полимеры, такие как полианилин (PAni), полипиррол (PPy) и политиофен (Pthio) на рисунке 1, для защиты от коррозии получают электрохимическим окислением в жидкой фазе.

О применении проводящего полимера для защиты от коррозии впервые сообщил ДеБерри в 1985 году, который представил, что нержавеющая сталь, покрытая ПАни, сохраняется в пассивном состоянии в течение относительно длительного периода в растворе серной кислоты [2]. Затем Весслинг указал, что проводящее полимерное покрытие из полианилина и полипиррола, возможно, обладает свойствами самовосстановления, при которых пассивный оксид между металлом подложки и проводящим полимером может спонтанно преобразоваться в поврежденном месте за счет окислительной способности проводящего полимера [3]. ].

Когда к электродам, покрытым проводящими полимерами, показанными на рисунке 1, после полимеризации прикладывают анодные потенциалы, в дополнение к проводимости обеспечивается окислительное свойство. Способность проводящего полимера окислять стали подложки позволяет сместить потенциал сталей в пассивное состояние, в котором стали защищены пассивным оксидом, образующимся под проводящим полимером. Применение проводящего полимерного покрытия для защиты стали от коррозии было рассмотрено Tallman et al. [4]. В данной статье рассматривается применение двухслойного проводящего полипропилена для защиты сталей.

2. Проводящий полимер

Окислительная полимеризация и введение анионов в полимер для обеспечения электронной проводимости рассматривались многими авторами, и здесь мы кратко опишем процесс PPy. При анодной поляризации электрода в растворе электролита, содержащем мономер пиррола (Py), на электроде может образовываться черная полимерная пленка. Процедура полимеризации проводится без каких-либо затруднений, за исключением тщательной обработки электролита, при которой следует избегать окисления мономера Py воздухом. Таким образом, электролит должен быть деоксигенирован барботированием инертного газа.

Рисунок 2 иллюстрирует модель процесса анодной полимеризации полипропилена, предложенную Genies et al. [5]. Мономер Py, растворенный в электролите, отдает электрон электроду, что приводит к образованию пары катион-радикал (стадия (1)). Радикалы в Py реагируют друг с другом, и два протона удаляются из прореагировавшей пары Py (этап (2)), образуя димер Py (этап (3)). После образования пары катион-радикал и повторения реакции между радикалами на электроде образуется черная пленка полипропилена (стадия (4)).

Нейтральный PPy, образованный таким образом с сопряженной цепью, не обладает проводимостью. Чтобы добавить проводимость нейтральному PPy, требуется дальнейшее окисление, как показано на рисунке 3. Когда к электроду прикладывается анодный потенциал, электрон удаляется из π электронов в сопряженной связи, давая пару радикала и положительный заряд (или катион) в основной цепи PPy. Эта ситуация называется состоянием катион-радикала или состоянием полярона. Когда два радикала в PPy объединяются, сайты одинарной и двойной связи замещаются друг другом, и в PPy остаются два катиона, положение которых называется бикатионным состоянием или биполяронным состоянием. Катион, образующийся таким образом в PPy, может пройти через π электронных облаков, обеспечивающих электронную проводимость в основной цепи PPy.

При удалении электронов из основной цепи PPy происходит внедрение анионов из раствора электролита окружающей среды для поддержания нейтральности слоя PPy; то есть, когда нейтральное состояние PPy изменяется на окислительное, одновременно происходит отщепление электронов и легирование анионов. Предполагается, что один положительный заряд (или катион) может быть вставлен максимум в три или четыре единицы Py. Когда добавляется больше положительного заряда, PPy переходит в состояние переокисления и теряет проводимость.

3. Защита сталей от коррозии проводящим полимером PPy

3.

1. Механизм защиты от коррозии

Для защиты от коррозии были предложены два механизма; один из них — эффект физического барьера, а другой — анодная защита. По барьерному эффекту полимерное покрытие работает как барьер от проникновения окислителей и агрессивных анионов, защищая металлы подложки. Этот эффект аналогичен лакокрасочному покрытию, которое препятствует проникновению веществ в стальную основу. При анодной защите проводящий полимер с сильным окислительным свойством работает как окислитель для стали-основы, потенциал которой смещен в сторону такового в пассивном состоянии. В растворе с нейтральным pH потенциал коррозии (или потенциал разомкнутой цепи при коррозии) голой стали находится в области активного потенциала, и скорость коррозии стали обычно относительно высока. Благодаря покрытию из проводящего полимера максимальный ток в активно-пассивной переходной области был ограничен барьерным эффектом, а затем потенциал может быть легко сдвинут к более высокому потенциалу в пассивном состоянии за счет сильного окислительного свойства проводящего полимера. (Рисунок 4). В пассивном состоянии скорость коррозии стали значительно ниже. Предполагается, что как барьерный эффект, так и окислительные свойства вызывают анодную защиту. Наконец, потенциал стали подложки может соответствовать окислительно-восстановительному потенциалу слоя полипропилена в последующей реакции и, таким образом, зависит от степени окисления слоя полипропилена. Проводимость слоя PPy влияет на окислительную способность, которая приводит к пассивному состоянию. Если слой покрытия имеет небольшую проводимость, роль покрытия как окислителя ограничена рядом с пассивным оксидом. Если слой имеет достаточно высокую проводимость; однако окислительная способность всего слоя доступна, и мощность увеличивается с увеличением толщины слоя.

Предполагается, что степень окисления и электропроводность снижаются при более длительном воздействии окружающей среды. Если окислители в окружающей среде повторно окисляют разрушенный слой полипропилена, степень окисления и проводимость могут быть восстановлены. Когда окислитель в окружающей среде, обычно газообразный кислород в воздухе, может восстанавливать слой PPy, продолжительность сохранения окислительной способности слоя PPy может быть увеличена, а пассивное состояние стали под слоем PPy может сохраняться дольше. период. Процесс восстановления показан на рисунке 5.9.0003

3.2. Ионный обмен в проводящем полимере и его влияние на защиту от коррозии

В анодной защите самой большой проблемой является разрушение пассивного оксида из-за воздействия агрессивных анионов, таких как ионы хлорида и брома в растворе, и разрушение сопровождается большим повреждения локализованной коррозии точечной и щелевой коррозии. В отличие от катодной защиты, при анодной защите существует большой риск локальной коррозии. Когда мы контролируем легирующие ионы в слое PPy, мы, возможно, предотвращаем проникновение агрессивных анионов в слой PPy. Когда стали, покрытые токопроводящим PPy, погружают в раствор хлорида натрия, анионы, легированные в PPy, могут обмениваться с анионами хлора в водном растворе. Анионы хлора проникают через PPy в стальную основу, а затем вызывают разрушение поверхностной пассивной оксидной пленки с последующей точечной коррозией.

На подвижность анионов примесей в PPy влияют их масса и объем. Когда мы приняли ионы органических кислот в качестве легирующих ионов в PPy, они обладали достаточно большой массой и объемом, чтобы быть неподвижными в PPy. В целом предполагается, что анионы органических кислот с большой массой обладают малой подвижностью и диффузией в слое PPy. Вместе с окислением и восстановлением PPy небольшие анионы добавляются в PPy и дедопируются из него, соответственно, для поддержания нейтральности, как описано в реакции (1) и показано на рисунке 6(a). Когда подвижность и диффузия легированных анионов ограничены небольшим значением, наоборот, катионы дедопируются и легируются в PPy во время окисления и восстановления соответственно. Процесс дедопирования катионов в PPy при окислении и допирование при восстановлении описываются следующей реакцией (2):

Когда проводящий PPy рассматривается как заряженная мембрана, предполагается, что неподвижные анионы с большой массой имеют фиксированные участки с отрицательным зарядом в PPy. В канале между отрицательно заряженными участками катионы могут быть подвижны, а движение анионов сильно заторможено; то есть мембрана проявляет селективность по катионной проницаемости. Как показано на рис. 6(b), в ситуации, когда количество анионов примеси достаточно велико, анионы в растворе исключены из PPy, а стальная основа защищена от питтинговой коррозии за счет воздействия хлоридов.

3.3. Проект защиты от коррозии по PPy

Анодная защита в значительной степени зависит от пассивности и пассивного оксида стали. Для защиты пассивность и пассивный оксид должны оставаться стабильными. Кроме того, важную роль в защите играет предотвращение проникновения агрессивных анионов.

Deslouis et al. анодно приготовили пленку PPy на стали из оксалатного раствора, содержащего мономер Py, и сообщили, что слой PPy защищает сталь в растворе хлорида натрия в течение длительного периода [6–8]. Они предположили, что слой оксалата железа, который образовался под пленкой полипропилена в результате полимеризации, действует как пассивирующая пленка против коррозии. Они также показали, что верхний слой PPy, легированного анионами додецилсульфата (DoS), был эффективен для защиты от коррозии и что двухслойное покрытие PPy-оксалат/PPy-DoS может поддерживать состояние пассивации более 500  часов, в котором продуктов коррозии не наблюдалось.

Ион DoS является поверхностно-активным веществом и образует мицеллы в водном растворе при концентрациях выше критической концентрации. Мономеры Py, которые, вероятно, входят в состав мицелл DoS в водном растворе, начинают полимеризоваться, когда мицеллы коллапсируют на электроде, к которому приложен анодный потенциал. Ионы DoS имеют относительно большие массы и работают как неподвижная примесь в PPy. Таким образом, PPy, легированный DoS, рассматривается как мембрана с отрицательно заряженными фиксированными участками и, следовательно, с катионной проницаемостью. Таким образом, внешний слой PPy-DoS может исключить внедрение агрессивных анионов, таких как ионы хлора.

На рис. 7 показано изменение массы при анодном окислении и катодном восстановлении золотого электрода, покрытого слоями полипропилена [9]. Изменение массы измеряли электрохимическими микровесами на кристалле кварца (EQCM) с золотым покрытием. Золотое покрытие было покрыто PPy, легированным ионами фосфомолибдата, PMo ₁₂ O ₄₀   ³⁻ (PMo) и двухслойным PPy PPy-PMo/PPy-DoS. Изменение массы пленки PPy-PMo на рисунке 7(а) указывает на поглощение массы во время окисления и, наоборот, удаление во время восстановления. Характер изменения массы при окислении отражает отщепление электронов от PPy и одновременное внедрение анионов из электролита в PPy и наоборот при восстановлении. Когда вводится внешний слой PPy-DoS, изменение массы обратно пропорционально результату, приведенному выше, как показано на рисунке 7(b). При окислении масса увеличивается, а при восстановлении уменьшается. В слое PPy-DoS, в котором зафиксированы отрицательно заряженные ионы, катионы подвижны; при окислении происходит одновременное отщепление и электронов, и катионов от PPy, а при восстановлении наоборот. Можно понять, что PPy, легированный DoS, действует как катионная проницаемо-селективная мембрана.

Ковальски и др. защитный слой PPy сталей от коррозии разрабатывали следующим образом [9–14]. Для внутреннего слоя PPy был легирован PMo. PMo действует как пассиватор, который стабилизирует пассивное состояние сталей и способствует образованию пассивного оксида. Для внешнего слоя был приготовлен PPy, легированный DoS. Внешний слой может препятствовать проникновению анионов в слой PPy. Результаты Kowalski et al. представлены на рис. 8, [13], где построен потенциал холостого хода стали, покрытой двухслойным полипропиленом, при погружении в 3,5% раствор хлорида натрия. Сталь, покрытая двухслойным полипропиленом, около 5  мкм толщиной мкм, состоящий из PPy-PMo/PPy-DoS, показал пассивацию в течение 190 ч, при которой не наблюдалось продуктов коррозии. Если сталь была покрыта одним слоем PPy-DoS такой же толщины, то пассивация сохраняется в течение 10 ч. Предполагается, что ион PMo, легированный во внутренний PPy, стабилизирует пассивный оксид и помогает поддерживать пассивное состояние стали-основы.

Конструкция, которая сочетает в себе внутренний слой, стабилизирующий пассивный оксид, с наружным, позднее препятствующим проникновению анионов через PPy в сталь, может быть подходящей для защиты стали от коррозии.

3.4. Свойство самовосстановления

При защите от коррозии покрытие должно допускать небольшие дефекты, чтобы считаться подходящей заменой покрытиям на основе хромата. Мы ожидаем от проводящего полимерного покрытия свойства самовосстановления, при котором пассивный оксид спонтанно восстанавливается после появления в нем небольших дефектов. На хроматном покрытии ионы хромата, растворенные в покрытии, окисляют поверхность стали в поврежденных местах, восстанавливая пассивный оксид. Модель самовосстановления, предложенная Kowalski et al. показано на рисунке 9для двухслойного PPy PPy-PMo/PPy-DoS [9]. После того, как покрытие и пассивный оксид были локально повреждены, PMo в слое PPy гидролизуется и разлагается на ионы молибдата и фосфата, а затем оба иона достигают дефектных участков. Ионы молибдата реагируют с ионами трехвалентного железа на поврежденном участке с образованием пленки молибдата трехвалентного железа. Соляная пленка может постепенно измениться на пассивный оксид на поврежденном участке

На рис. 10 показаны результаты, опубликованные Kowalski et al. в котором через 2 ч при погружении в 3,5 % раствор хлорида натрия резаком был вставлен небольшой дефект [9].]. После того, как слой PPy получил небольшой дефект, потенциал разомкнутой цепи временно упал. Когда коррозия продолжается в месте дефекта, потенциал снизится до потенциала голой стали. Однако потенциал повышался и восстанавливался в области пассивного потенциала. После этого потенциал поддерживал высокий потенциал в пассивной области. Когда дефектный локальный участок был измерен с помощью спектроскопии рамановского рассеяния в этой ситуации, была обнаружена молибдатная соль [9]. Установлено, что на участке образовался солевой слой молибдата железа.

4. Резюме

За последние 10 лет было опубликовано множество статей по защите от коррозии с помощью проводящего полимера. В них внимание было обращено на то, как сформировать однородные и липкие слои проводящего полимера на стали и других металлах. Для защиты от коррозии мы должны учитывать конструкцию проводящего полимера. Поскольку защита от коррозии с помощью проводящего полимера основана на механизме анодной защиты, мы должны рассмотреть, как стабилизировать пассивный оксид под полимерным слоем и как предотвратить проникновение агрессивных анионов в полимерный слой.

Для защиты от коррозии рассматривались два механизма; одна модель физического барьера и другая модель анодной защиты. Мы предполагаем, что барьерный эффект подавляет активное растворение стали, способствуя смещению потенциала в пассивную область. Окислительная способность проводящего полимера способствует потенциальному смещению и длительному поддержанию пассивного состояния стали.

Наша двухслойная модель, предназначенная для защиты от коррозии, включает в себя два важных фактора: первый — стабилизация пассивирующей пленки на стали под действием ионов легирующей примеси во внутреннем слое PPy, а второй — контроль селективности ионной проницаемости с помощью органической кислоты. ионы, легированные во внешнем слое PPy.

Ссылки

1. C. K. Chiang, C. R. Fincher, Y. W. Park et al., «Электропроводность в легированном полиацетилене», Physical Review Letters , vol. 39, нет. 17, стр. 1098–1101, 1977.

   Посмотреть по адресу:

   Сайт издателя | Google Scholar

2. D. W. DeBerry, «Изменение электрохимического и коррозионного поведения нержавеющих сталей с электроактивным покрытием», Journal of the Electrochemical Society , vol. 132, нет. 5, стр. 1022–1026, 1985.

   Просмотр по адресу:

   Google Scholar

3. Б. Весслинг, «Пассивация металлов покрытием полианилином: сдвиг коррозионного потенциала и морфологические изменения», Advanced Materials , vol. 6, нет. 3, pp. 226–228, 1994.

   Просмотр по адресу:

   Google Scholar

4. Таллман Д. Э., Спинкс Г., Доминис А. и Уоллес Г. Г. Электроактивные проводящие полимеры для контроля коррозии: Часть 1. Общие положения введение и обзор цветных металлов», Журнал электрохимии твердого тела , том. 6, нет. 2, стр. 73–84, 2002.

   Посмотреть по адресу:

   Google Scholar

5. Э. М. Джинис, Г. Бидан и А. Ф. Диас, «Спектроэлектрохимическое исследование полипиррольных пленок», , Журнал электроаналитической химии, том 78, 909. . 149, нет. 1-2, pp. 101–113, 1983.

   Просмотр по адресу:

   Google Scholar

6. H. Nguyen Thi Le, B. Garcia, C. Deslouis и Q. Le Xuan, «Corrosion Protection and Conducting полимеры: полипиррольные пленки на железе» Электрохимика Acta , том. 46, нет. 26–27, стр. 4259–4272, 2001.

   Посмотреть по адресу:

   Сайт издателя | Google Scholar

7. NTL Hien, B. Garcia, A. Pailleret, and C. Deslouis, «Роль легирующих ионов в защите железа от коррозии полипирроловыми пленками», Electrochimica Acta , vol. 50, нет. 7–8, стр. 1747–1755, 2005.

   Посмотреть по адресу:

   Сайт издателя | Google Scholar

8. T. Van Schaftinghen, C. Deslouis, A. Hubin, and H. Terryn, «Влияние предварительной обработки поверхности перед синтезом пленки на защиту от коррозии железа с помощью полипиррольных пленок», Электрохимика Acta , том. 51, нет. 8–9, стр. 1695–1703, 2006.

   Посмотреть по адресу:

   Сайт издателя | Google Scholar

9. Д. Ковальски, М. Уеда и Т. Оцука, «Самовосстановление ионно-селективного проводящего полимерного покрытия», Journal of Materials Chemistry , vol. 20, нет. 36, стр. 7630–7633, 2010.

   Посмотреть по адресу:

   Сайт издателя | Google Scholar

10. T. Ohtsuka, M. Iida, and M. Ueda, «Полипирроловое покрытие, легированное анионами молибдофосфата, для предотвращения коррозии углеродистых сталей», Журнал электрохимии твердого тела , том. 10, нет. 9, стр. 714–720, 2006.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Google Scholar

11. Д. Ковальски, М. Уеда и Т. Оцука, «Защита стали от коррозии двухслойным полипирролом, легированным анионами молибдофосфата и нафталиндисульфоната», Corrosion Science , vol. 49, нет. 3, стр. 1635–1644, 2007.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Google Scholar

12. Д. Ковальски, М. Уеда и Т. Оцука, «Влияние противоанионов на коррозионную стойкость стали, покрытой двухслойной полипирроловой пленкой», Наука о коррозии , том. 49, нет. 8, стр. 3442–3452, 2007.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Google Scholar

13. Д. Ковальски, М. Уеда и Т. Оцука, «Влияние ультразвукового облучения во время электрополимеризации полипиррола на предотвращение коррозии стали с покрытием», Corrosion Science , vol. 50, нет. 1, стр. 286–291, 2008 г.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Google Scholar

14. Д. Ковальски, М. Уеда и Т. Оцука, «Самовосстановление способности проводящего полипиррольного покрытия с искусственным дефектом», ECS Transactions , vol. 16, нет. 52, стр. 177–182, 2008 г.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Google Scholar

Copyright

Copyright © 2012 Toshiaki Ohtsuka. Это статья с открытым доступом, распространяемая в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии надлежащего цитирования оригинальной работы.

Патент США на способ изготовления металлополимерного композита с облученным полимерным покрытием Патент (Патент № 7,371,432, выдан 13 мая 2008 г.)

ОЖИДАНИЕ РОДСТВЕННОЙ ЗАЯВКИ

Эта заявка частично является продолжением заявки США Сер. Заявка № 10/038,266, поданная 29 октября 2001 г., в настоящее время заброшена.

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к способу изготовления металлополимерного композита, подходящего для изготовления корпусов контейнеров и торцевых панелей контейнеров для пищевых продуктов и напитков. Более конкретно, изобретение относится к металлополимерному композиту, включающему полимерное покрытие, имеющее повышенную стойкость к распушиванию и образованию ангельских волосков.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Металлический лист, покрытый термопластичной смолой с одной или обеих сторон, уже давно используется для изготовления корпусов и торцевых панелей контейнеров для пищевых продуктов и напитков. Покрытие наносится различными способами, включая валиковое покрытие, обратное валиковое покрытие, распыление, электроосаждение, порошковое покрытие и ламинирование. Покрытия наносятся на металлический лист для улучшения коррозионной стойкости, формуемости и внешнего вида.

Электронно-лучевое излучение используется в известном уровне техники для отверждения материала покрытия после его нанесения на подложку. «Отверждение» — это общее название процесса, при котором органическое покрытие, нанесенное на подложку, полимеризуется до или почти до максимально возможной степени, и, кроме того, при отверждении удаляется весь или почти весь растворитель, если он присутствует. Отверждение покрытия может включать полимеризацию мономеров или удлинение цепи (сшивание) олигомеров или полимеров или любое их сочетание. Средняя молекулярная масса полимерных цепей увеличивается, и любые растворители, которые могут присутствовать, в значительной степени удаляются. Электронно-лучевое отверждение можно определить как описанный выше процесс отверждения, вызванный облучением электронным пучком. Растворители часто не присутствуют в рецептурах, отверждаемых электронным лучом, и поэтому часто не удаляются в процессе отверждения. При электронно-лучевом отверждении электронный луч ионизирует определенные молекулы, которые инициируют свободнорадикальную реакцию в неотвержденном покрытии и вызывают сшивку полимера (увеличивая среднюю молекулярную массу полимера). Типичный пример отверждения электронным лучом содержится в патенте США No. № 4,452,374, выданный Hitchcock et al. В этом патенте полимерное покрытие отверждается путем «сшивания (полимера) с использованием обычных методов облучения электронным пучком высокой энергии». Многие другие примеры существуют в патентной литературе и опубликованных ссылках. Однако отверждение прекращают, когда достигается или приближается полная полимеризация. Это связано с тем, что добавленная энергия, будь то тепловая, электронно-лучевая или другая, начнет разрушать полимерные связи, укорачивать длину цепи, уменьшать среднюю молекулярную массу и ухудшать свойства покрытия, если приложение энергии продолжается после точки полной полимеризации. Такое ухудшение свойств может включать охрупчивание, потерю прочности, нарушение адгезии и/или пожелтение полимерного покрытия. При отсутствии рядом реакционноспособных материалов для продолжения процесса полимеризации приложение дополнительной энергии заставляет полимеры просто подвергаться процессу разрыва, в котором цепи укорачиваются, а средняя молекулярная масса уменьшается.

Полимерные покрытия, наносимые в виде полностью полимеризованных материалов, не подвергаются этапу отверждения после нанесения на металлическую основу. При экструзионном покрытии полимер, который уже полностью полимеризовался, расплавляется и выдавливается на поверхность металла. Небольшой дополнительный нагрев может быть использован для обеспечения того, чтобы расплавленный полимер затекал в микроскопические поры в подложке, но дальнейшая полимеризация не происходит, и не применяется дополнительный нагрев или облучение для отверждения покрытия, удаления растворителей или дальнейшей полимеризации. молекулы покрытия. При порошковом покрытии полностью полимеризованные порошкообразные полимеры наносятся на подложку, а затем нагреваются, чтобы расплавить их в связную массу и вызвать адгезию к подложке. Однако, опять же, никакой дальнейшей полимеризации не происходит, и не применяется нагревание или облучение для отверждения покрытия, удаления растворителей или дальнейшей полимеризации молекул покрытия.

Процессы нанесения покрытий, наиболее часто используемые в настоящее время в коммерческих целях, требуют систем на основе растворителей, которые генерируют пары. Чтобы обеспечить более экологически приемлемый процесс нанесения покрытия, не требующий каких-либо растворителей, было предложено экструзионное нанесение термопластичных полимеров на металлические поверхности. Некоторые патенты предшествующего уровня техники, раскрывающие нанесение покрытия методом экструзии на металл, включают Smith et al. патент США. №5,407,702; Левендуски и др. патент США. №5

7; Хичок и др. патент США. № 4,452,374; и Шмид и др. патент США. №№ 5,942 285 и 6 153 264.

Лист из алюминиевого сплава с экструзионным покрытием подходит для некоторых целей. Однако высокая пластичность термопластичных полимеров приводит к проблемам, когда из листа с полимерным покрытием формируют торцевые панели для контейнеров для пищевых продуктов и напитков. Первая проблема, называемая «расплыванием» или «мембранированием», возникает, когда термопластичное покрытие отделяется от металла при открытии язычка или фиксатора. Виден тонкий лист отделившегося покрытия, либо частично закрывающий горлышко контейнера, либо торчащий из открытой панели. Вторая проблема называется «волосы ангела», при которой полимерное покрытие, вдавливаемое в линию надреза на концевой панели, образует тонкие нити, когда конец открывается, что создает нежелательный внешний вид. Тонкие нити покрытия могут свободно попадать в контейнер через отверстие или в рот потребителя. Ангельские волосы иногда также образуются на периферийных краях металлических дисковых заготовок с полимерным покрытием для корпусов банок и на верхних краях корпусов банок с полимерным покрытием.

Соответственно, по-прежнему остается потребность в металлическом листе с полимерным покрытием, обладающем улучшенной устойчивостью к распушиванию и образованию ангельских волосков, когда лист с покрытием формуется в торцевые панели контейнера.

Основная цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить способ изготовления металлополимерного композита, включающего полимерное покрытие с расщепленными полимерными цепями, для повышения устойчивости к распушиванию и образованию ангельских волос.

Некоторые преимущества изобретения заключаются в том, что способ является недорогим, может осуществляться быстро и может работать без образования загрязняющих веществ.

Дополнительные цели и преимущества нашего изобретения станут очевидными для специалистов в данной области техники из следующего подробного описания некоторых особенно предпочтительных вариантов осуществления.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с настоящим изобретением предлагается способ изготовления металлополимерного композита, пригодного для формования корпусов контейнеров и торцевых панелей контейнеров для пищевых продуктов и напитков. Композит включает металлический лист и полимерное покрытие. Полимерное покрытие предпочтительно включает только один слой, но может включать 2 или более слоев.

Металлический лист может состоять из алюминиевого сплава, стали, стали с покрытием из алюминиевого сплава или стали с алюминиевым покрытием. Лист из алюминиевого сплава является особенно предпочтительным.

Алюминиевые сплавы, подходящие для изготовления корпусов контейнеров, включают алюминиево-марганцевые сплавы серии АА3000 и алюминиево-магниевые сплавы серии АА5000. Алюминиевые сплавы, подходящие для изготовления торцевых панелей контейнеров, включают алюминиево-магниевые сплавы серий АА3000 или АА5000 и особенно сплавы АА5182 и АА5042.

Алюминиевые сплавы, пригодные для изготовления торцевых панелей контейнеров, такие как AA5182, изготавливаются в виде слитков, заготовок или плит методом литья. Перед обработкой слиток или заготовку подвергают гомогенизации при повышенной температуре. Затем заготовку из сплава подвергают горячей прокатке для получения листа промежуточной толщины. Например, материал может подвергаться горячей прокатке при входной температуре металла около 700-950°F для получения промежуточного продукта толщиной от около 0,130 дюйма до около 0,190 дюйма. Этот материал подвергается холодной прокатке для получения листа толщиной от 0,007 до 0,014 дюйма.или закалка h49.

Алюминиевые сплавы, такие как AA5042, поставляются в виде гомогенизированных слитков. За этой процедурой следует горячая прокатка до промежуточной толщины около 0,125 дюйма. Обычно продукт промежуточной толщины отжигают с последующей холодной прокаткой до конечной толщины примерно от 0,007 до 0,014 дюйма. Мы предпочитаем лист из алюминиевого сплава AA5042 в состоянии h3E72.

Лист из алюминиевого сплава обычно очищают щелочным очистителем поверхности для удаления остаточной смазки, прилипшей к поверхности, а затем промывают водой. Очистки можно избежать, если остаточное содержание смазки незначительно.

Затем на лист наносится конверсионное покрытие для обеспечения хорошей адгезии полимерного покрытия и повышения коррозионной стойкости. Подходят как хромсодержащие, так и бесхромовые конверсионные системы. Хромовое конверсионное покрытие обычно содержит хромат и фосфат. Некоторые конверсионные покрытия, не содержащие хрома, представляют собой растворы, содержащие ионы цирконата, титаната, молибдата, вольфрамата, ванадата и силиката, обычно в сочетании с фтористым водородом или другими фторидами. Лист с конверсионным покрытием можно промыть водой и затем высушить перед нанесением полимерного покрытия.

Полимерное покрытие, наносимое на металлический лист, выбирают из полиолефинов, полиолефинов, модифицированных ангидридом, эпоксидных смол и фенокси, и предпочтительно представляет собой полиолефин, модифицированный ангидридом. Подходящие полиолефины включают полипропилен, полиэтилен, сополимеры этилена и пропилена, сополимеры пропилена и 1-гексена и их смеси. Мы предпочитаем полипропилен и сополимеры, содержащие пропилен и примерно до 50 мольных процентов сомономера. Ангидридный модификатор может представлять собой по меньшей мере один из малеинового ангидрида, цитраконового ангидрида, итаконового ангидрида, глутаконового ангидрида, 2,3-диметилмалеинового ангидрида и их смесей. Полиолефин предпочтительно модифицируют примерно 0,5-20 мас.% малеинового ангидрида, более предпочтительно примерно 0,5-2 мас.%. Мы особенно предпочитаем полиолефины, модифицированные примерно 1 массовым процентом малеинового ангидрида. Полимер в покрытии предпочтительно полностью отвержден. Менее предпочтительно полимер может быть почти полностью отвержден.

Подходящая полипропиленовая сополимерная смола, модифицированная ангидридом, коммерчески продается компанией Basell North American Inc. под торговым обозначением Pro-fax PF-711. Полимер имеет плотность около 0,90 г/см ³ .

Необязательно полимерное полотно может содержать определенные добавки, включая красители, частицы пигмента, антикоррозионные вещества, антиоксиданты, усилители адгезии, светостабилизаторы, смазывающие вещества и их смеси.

Полимерное покрытие может быть нанесено на лист любым из нескольких способов, включая экструзионное покрытие, щелевое покрытие, валиковое покрытие, порошковое покрытие, ламинирование, распыление и электростатическое покрытие. Нанесение экструзионного покрытия является особенно предпочтительным. Полимерное покрытие предпочтительно экструдируют на металлический лист в виде одного слоя. Альтернативно, два или более слоев могут быть соэкструдированы на лист, включая связующий слой, примыкающий к металлическому листу, и один или более верхних слоев, нанесенных поверх связующего слоя. Примерами подходящих полимеров в связующем слое являются полиолефины, модифицированные ангидридом; сополимеры этилена/акриловой кислоты, такие как сополимеры, продаваемые The Dow Chemical Company под торговой маркой PRIMACOR; и клеевые композиции, продаваемые Rohm & Haas под торговой маркой MORPRIME. Верхний слой предпочтительно содержит полиолефин, более предпочтительно полипропилен, полиэтилен или сополимер пропилена и этилена. Другие подходящие полимеры в верхнем слое включают полиолефины, модифицированные ангидридом, эпоксидные смолы и фенокси.

Предпочтительно обе стороны листа из алюминиевого сплава наносят методом экструзии с полимерным покрытием, оставляя толщину около 0,04-0,5 мил (1-13 микрон). Полимерное покрытие, имеющее толщину около 0,4 мил (10 микрон), является особенно предпочтительным для внутренней части корпуса банки.

Покрытие предпочтительно представляет собой полностью полимеризованный материал, наносимый методом экструзии, так что отверждения не происходит. После этого нанесения полностью полимеризованная, полностью отвержденная подложка с покрытием подвергается облучению электронным лучом, чтобы улучшить устойчивость полимерного покрытия к образованию волосков ангела. Доза облучения составляет примерно 2-20 мегарад, а предпочтительно 5-15 мегарад. Такое облучение полностью полимеризованного материала вызывает разрыв цепи или обрыв цепи, при котором длина полимерной цепи уменьшается, а средний молекулярный вес уменьшается. Одним из эффектов этого разрыва цепи является увеличение хрупкости полимера. Хотя это увеличение хрупкости было бы отрицательным признаком для многих применений, таких как потребность в пластичности листа для банок для приложений вытягивания-перетягивания, охрупчивание неожиданно обеспечивает положительное свойство в уменьшении ангельских волосков и перьев при открывании крышек банок с надрезами. . Это воздействие электронного луча, вызывающее разрыв цепи, возможно, на самом деле может быть тем же уровнем облучения, который использовался для первоначального отверждения покрытия, но при нанесении после полного отверждения покрытия оно будет действовать на разрыв полимерных цепей, а не на инициирование в них поперечных связей.

При необходимости полимерное покрытие, нанесенное на подложку, может быть неотвержденным или только частично отвержденным. Такое покрытие должно быть сначала отверждено любым из нескольких обычных способов, таких как термическая обработка, облучение электронным пучком, ультрафиолетовое излучение или подобные процессы.

Из облученных композитов формуют торцевые панели контейнеров или корпуса контейнеров для пищевых продуктов и напитков. Легкие открытые торцевые панели для напитков обычно формируются путем штамповки металлических заготовок между штамповочными штампами. Корпуса контейнеров для хранения напитков формируются с помощью процесса, в котором заготовки придают форму чашечкам, стенкам придают форму, делают дно выпуклым, сужают горловину, а затем отбортовывают. Облучение электронным пучком, вызывающее разрыв полимерной цепи, предпочтительно применяется после того, как покрытые и отвержденные композиты сформированы в торцевые панели или корпуса контейнеров. Необязательно, облучение может быть применено к покрытому полимером и отвержденному алюминиевому листу перед формированием торцов или корпусов банок.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

РИС. 1 представляет собой блок-схему особенно предпочтительного способа по настоящему изобретению.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ

В соответствии с настоящим изобретением предлагается лист из алюминиевого сплава АА5182 в состоянии h29. Толщина листа составляет примерно 7-14 мил (0,18-0,36 мм) и предпочтительно составляет примерно 8,6 мил (0,22 мм).

Лист очищается щелочным средством для очистки поверхностей, если необходимо удалить остатки смазки с поверхности, и ополаскивается. Затем очищенный лист покрывают конверсионным покрытием водным раствором, содержащим ионы хромата и фосфата, снова промывают и сушат.

Устройство для нанесения покрытия методом экструзии типа, показанного в Smith et al. патент США. № 5407702 и Levendusky et al. патент США. US 5

7 предназначен для покрытия обеих сторон листа из алюминиевого сплава полимерным покрытием. Описание обоих патентов включено в настоящий документ посредством ссылки в той мере, в какой это соответствует нашему изобретению. Металлический лист нагревают до температуры примерно 177°С непосредственно перед нанесением покрытия.

Устройство для экструзионного нанесения покрытия наносит на алюминиевый лист покрытие из полностью полимеризованной полипропиленовой сополимерной смолы толщиной примерно 0,4 мил (10 микрон). Особенно предпочтительный сополимер полипропилена продается компанией Basell North America под торговым наименованием Pro-fax PF-711. Сополимерная смола имеет плотность около 0,90 г/см ³ .

Алюминий-полимерный композит охлаждают (желательно водой) и сушат.

Наконец, полимерное покрытие в композите облучают электронным лучом. Подходящий генератор электронного луча коммерчески доступен от Energy Sciences, Inc. of Wilmingon, Mass. под торговым наименованием ESI «ELECTROCURE» EB SYSTEM.

Образцы композитов были облучены электронным пучком, так что их сополимерные покрытия Pro-fax PF-711 получили дозы 5, 10 и 15 мегарад. Все композиты до облучения демонстрировали растушевку и образование ангельских волос. Образование ангельских волос было уменьшено у образцов 5 и 10 мегарад и практически исчезло у образцов 15 мегарад. Растушевка была практически устранена при воздействии 10 мегарад. Для сравнения образцы одного и того же композита подвергались воздействию различных доз ультрафиолетового (УФ) излучения. УФ-излучение не уменьшало образование ангельских волосков или распушивание при экспозициях, практически применимых в производственных целях.

Композиты, изготовленные из листа алюминиевого сплава AA5182, покрытого тканью из полиэтилентерефталатной (ПЭТ) смолы, также подвергались облучению электронным пучком в дозах 5, 10 и 15 мегарад и различным дозам УФ-излучения. Излучение электронного пучка не оказало положительного влияния на образование перьев или ангельских волосков в композитах алюминий-ПЭТ при испытанных уровнях воздействия. УФ-излучение требовало более длительного времени воздействия, чем это практически применимо для производственных целей.

Вышеизложенное описание нашего изобретения было сделано со ссылкой на некоторые особенно предпочтительные варианты осуществления. Специалистам в данной области техники будет понятно, что могут быть сделаны многочисленные изменения и модификации без отклонения от сущности и объема следующей формулы изобретения.

Транспортировка наночастиц металлоорганического каркаса с полимерным покрытием в пористой среде

Реферат

Закачка флюидов в глубокие подземные геологические структуры является важным компонентом разработки долгосрочных стратегий управления выбросами парниковых газов и облегчения операций по извлечению энергии. Недавно мы сообщили, что металлоорганические каркасы представляют собой низкочастотный поглощающе-акустический метаматериал, который можно закачивать в недра для улучшения инструментов геофизического мониторинга, используемых для отслеживания флюидов и картирования сложных структур. Ключевым требованием для развертывания этой нанотехнологии является транспортабельность через пористую геологическую среду без удержания границ раздела минерал-флюид. Мы использовали исследования проточной колонки для оценки транспортных и удерживающих свойств пяти различных покрытых полимером наночастиц (NP) MIL-101 (Cr) в кремнистой пористой среде. Когда отрицательно заряженные наночастицы с покрытием из полистиролсульфоната (NP-PSS-70K) переносили в 1 М NaCl, в колонке оставалось только около 8,4% наночастиц. Наночастицы, покрытые полиэтиленимином (NP-PD1), продемонстрировали значительное удержание (> 50%), что подчеркивает важность сложных взаимодействий наночастиц-флюид-порода для успешного использования наножидкостных технологий в недрах. Эксперименты по переносу наночастиц показали, что характеристики поверхности наночастиц играют решающую роль в коллоидной стабильности наночастиц, а также в транспорте.

Введение

Наноразмерные материалы в форме коллоидных наночастиц (наножидкости) привлекают повышенное внимание для промышленных и подземных применений, включая мониторинг геологических запасов углерода ¹ , извлечение критических материалов ² , улучшенный перенос тепла ³ и углеводороды восстановление ⁴ . В то же время растет признание ключевой роли, которую природные и антропогенные наноматериалы играют в системах Земли, хотя остаются значительные пробелы в знаниях о судьбе и переносе наночастиц9. 0951 5 . Уникальные свойства, такие как чрезвычайно большая площадь поверхности, разнообразные структуры, транспортабельность и настраиваемая функционализация поверхности, делают наночастицы привлекательным кандидатом для подповерхностных применений, и примером этих свойств являются металлоорганические каркасные материалы (MOF). Небольшие кластеры оксидов металлов в этих инженерных пористых материалах связаны с органическими линкерами для создания иерархически разнообразных топологий с множеством применений, включая хранение газа, разделение и катализ ⁶ . Значительное внимание было уделено разработке методов синтеза наноразмерных MOF из-за их многообещающих улучшенных каталитических, сенсорных и адсорбционных свойств по сравнению с объемными формами MOF ^7,8 .

Недавно мы продемонстрировали, что MOF представляют собой низкочастотные поглощающе-акустические метаматериалы, демонстрирующие аномальные потери при передаче звука и регулируемые резонансы в диапазоне от 100 до 1250 Гц ⁹ . Эти возникающие низкочастотные свойства делают MOF желательными для звукопоглощающих приложений ¹⁰ , в том числе для использования в качестве геофизического контрастного вещества. Мы также продемонстрировали, что породы, насыщенные наножидкостями MIL-101(Cr) (NP) ¹¹ (~ 0,5 мас.%), обладают отличными упругими и неупругими свойствами, что приводит к уменьшению скорости и амплитуды сейсмических волн ¹² . Эти свойства делают инъекционные наночастицы MOF потенциально прорывной технологией для обеспечения геологического хранения углерода и других усилий по хранению / извлечению подземной энергии. Наши текущие исследования включают использование инъекционных коллоидных наночастиц MOF в качестве геофизических контрастных агентов, помогающих отслеживать жидкости и очерчивать структуры в недрах.

Целью настоящего исследования является изучение того, как полимерные покрытия с различными поверхностными свойствами влияют на способность наночастиц MOF успешно проходить через пористую среду, имеющую отношение к геологическим резервуарам для хранения углерода, концепция, показанная на рис.  1.

Рисунок 1

Иллюстрация низкочастотных поглощающих металлоорганических каркасов акустических наноматериалов, введенных в недра для отслеживания флюидов и картирования сложных структур.

Полноразмерное изображение

Ключевым требованием к наножидкостному контрастному агенту MOF является способность частиц транспортироваться в пористой геологической среде без иммобилизации в порах или агломерации с другими наночастицами. С этой целью мы изучили влияние различных полимерных покрытий на перенос и удержание наночастиц MOF в кремнистых пористых геологических средах, явления, которые ранее не оценивались. Гетероструктуры наночастиц MOF с полимерным покрытием были в центре внимания этой работы, поскольку мы недавно продемонстрировали, что полимерные покрытия повышают коллоидную стабильность наночастиц MOF, даже когда они смешиваются с солеными геотермальными рассолами 9.0951 13 .

Экспериментальный

Материалы

Accusand (Unimin Corporation), природный геологический материал с рассеянным присутствием глинистых минералов с противоположными поверхностными зарядами, физические и химические свойства которых были описаны Schroth et al. ¹⁴ был выбран для экспериментов с рыхлым песчаным столбом. Accusand (без предварительной промывки кислотой) использовался в качестве пористой среды в этом исследовании из-за его соответствующего состава, богатого кремнеземом, определенных характеристик частиц и общего использования в исследованиях переноса наночастиц ^15,16 . Размер зерен Accusand был просеян, чтобы выбрать фракцию размером 210–841 мкм (ячейка 70–20), при этом 35% массы песка находилось в диапазоне 210–420 мкм (ячейка 20–40), а 65% масса занимает диапазон размеров 420–841 мкм. Анализ порошковой рентгеновской дифракции (PXRD) показал, что присутствовали только отражения, приписываемые кварцу, что соответствует файлу порошковой дифракции Международного центра дифракционных данных (PDF) № 33-1161.

Синтез наночастиц и полимерное покрытие

Синтез частиц MOF с контролируемым размером ^{17,18,19,20,21} был выполнен с использованием химических модуляторов, которые конкурируют с центрами связывания металлов, что резко снижает количество активных центров для роста кристаллов ^{8,17,19, 20} . Наночастицы (NP) MIL-101(Cr) были получены с использованием ранее описанного метода синтеза ^22,23 , в котором использовались терефталевая кислота (139,6 мг, 0,82 ммоль), модулятор (4-метоксибензойная кислота; 5,1 мг, 0,033 ммоль) и 25 мл воды добавляли к свежему флакону с Cr(NO ₃ ) ₃ ·9H ₂ O (330 мг, 0,82 ммоль). Гетерогенную суспензию тщательно перемешивали с последующей обработкой ультразвуком в течение пяти минут при комнатной температуре, а затем нагреванием до 180 °C в течение 4 часов в автоклаве с тефлоновым покрытием. Затем реакционную смесь охлаждали до комнатной температуры и фильтровали через центрифужный фильтр с размером пор 0,2 мкм для удаления непрореагировавшей/перекристаллизованной терефталевой кислоты. После центрифугирования фильтрата продукт трижды промывали водой и метанолом с получением чистых наночастиц MIL-101(Cr). Как сообщалось ранее ^22,23 , было обнаружено, что только что синтезированная наножидкость MIL-101(Cr) при нескорректированном pH 5,5 является коллоидно стабильной и гомогенно диспергированной в течение нескольких месяцев с высокой удельной площадью поверхности 2917 м ² /г.

Стабильные суспензии наночастиц, покрытых полимером, готовили путем смешивания растворов полимеров с водными дисперсными наночастицами в орбитальном шейкере в течение  ~ 4 часов. Полимеры, используемые для покрытий наночастиц (NP) MIL-101 (Cr), включают поли(диаллилдиметиламмонийхлорид) (PD1), поливинилпирролидон (PVP), полиэтиленимин (PEI) и поли(4-стиролсульфонат натрия) (PSS) (рис. С1). Некоторые из исследованных нами полимеров (например, PSS и PD1) ранее использовались в наших лабораториях для повышения коллоидной стабильности наночастиц MOF по отношению к соленым геотермальным рассолам (таблица S1). Эти полимерные покрытия были выбраны из-за их различного заряда поверхности, их гидрофобного поведения и их эффективности в покрытии наночастиц MOF. Полимеры PSS с различной средней молекулярной массой 70 000 и 200 000 были использованы для исследования зависящих от размера транспортных свойств наночастиц с полимерным покрытием, обозначенных как NP-PSS-70K и NP-PSS-200K. Избыток полимера в растворе удаляли с помощью высокоскоростного центрифугирования, а полученные влажные зеленые гранулы диспергировали в воде для получения стабильных водных дисперсий MOF с полимерным покрытием для использования в нашем исследовании переноса наночастиц.

Эксперименты по транспорту наночастиц

Транспорт наночастиц MIL-101(Cr) с полимерным покрытием оценивали путем определения количества наночастиц MOF, удерживаемых колонками Accusand. Стеклянные колонки (диаметром 10 см и длиной 25 см) использовали для изучения транспорта и удержания наночастиц. Колонки были влажно заполнены Accusand и увлажнены при содержании воды около 10% ( w / w ). Для поддержки упаковки колонки и сохранения пористой среды мы использовали колонки, содержащие диски из фритты (25–50 мкм). Расчетная скорость потока составляла 0,30 см/мин, в результате чего время пребывания составляло 10,5 мин. Относительно высокие скорости потока и, как следствие, короткое время пребывания были выбраны, чтобы избежать агрегации наночастиц, вызванной поверхностью. Первоначально были введены непокрытые наночастицы, чтобы понять поведение переноса наночастиц. Наночастицы, выходящие из колонки, собирали, и концентрацию наночастиц измеряли с помощью спектрометрии в ультрафиолетовом и видимом (УФ-видимом) диапазонах. УФ-видимая спектрометрия является относительно недорогим и широко применяемым методом определения концентрации коллоидных наночастиц ²⁴ и MIL-101(Cr) (NP) устойчив к методам кислотного растворения, необходимым для элементного анализа. Поглощение образцов измеряли в диапазоне длин волн 300–800 нм, и представленные результаты представляют собой среднее значение как минимум двух измерений. Поглощение  < 0,5 мас.% коллоидных наножидкостей (NP) MIL-101(Cr) на водной основе составляет около ~ 560–580 нм, а полоса в MIL-101(Cr) обусловлена ​​π–π*-переходами лигандов и спин-разрешенный D–D-переход Cr ^{3+ 25,26} .

Влияние солености на транспортное поведение наночастиц MOF

Мы провели серию экспериментов по переносу наночастиц, чтобы оценить транспортное поведение наночастиц MOF с полимерным покрытием и без него в солевой среде. Транспортные эксперименты проводились путем влажной набивки стеклянной колонки 50 г Accusand с объемом пор 14 мл. Для оценки влияния солености на транспортное поведение наночастиц в Accusand мы использовали наночастицы MOF без покрытия и наночастицы MOF с покрытием PSS-70K (таблица S1). Сначала мы промыли насадочную колонку примерно пятью объемами пор (PV) воды или разбавленным раствором NaCl (1 М, 2 М или 5 М). Как только колонка насытится эффлюентом, мы ввели в колонку 3,7 порового объема суспензии наночастиц MOF (в воде или в разбавленном NaCl [1 М, 2 М или 5 М]) и дали им возможность пройти через колонку. Далее мы промывали колонку еще одним объемом пор (14 мл) эффлюента (вода или разбавленный NaCl [1 М, 2 М или 5 М]). Всего в этом исследовании переноса используется 4,7 порового объема элюента. Расчетная скорость потока составляла  ~ 16 мл/мин, в результате чего время пребывания составляло 4 мин. Наночастицы, выходящие из колонки, собирали, и концентрацию наночастиц измеряли с помощью спектрометрии в ультрафиолетовом и видимом (УФ-видимом) диапазонах.

Мы использовали простой метод насыщения (эксперимент объема пористости) для оценки объема пор Accusand. Сначала мы смешали известный вес Accusand и известный объем воды. Стеклянную колонку набивали мокрым способом, и регистрировали объем деионизированной воды, использованной в точке насыщения в колонке. Объем пор песка определяется как разница между общим объемом воды до и после насыщения. Пористость столбцов песка составила 28% на основе объемных/гравиметрических методов, а не трассерных испытаний. Наш общий подход, включая количество объемов пор перед промывкой, определение пористости и выбор материала Accusand, согласуется с подходом, используемым в широко цитируемом исследовании переноса наночастиц ¹⁵ .

Результаты и обсуждения

Характеристика изображений синтезированных нами наночастиц MOF с помощью сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) показала, что наночастицы, составляющие почти сферическую форму, имели диаметр  ~ 70–110 нм, а общие морфологические и размерные характеристики наночастиц (NP-PD1 , НП-ПВП, НП-ПЭИ и НП-ПСС-70К) не изменились в ответ на полимерное покрытие (рис.  2). Чтобы понять гидрофильное поведение наночастиц, мы изучили адсорбцию воды и ее потенциальное влияние на изменение смачиваемости. Изотермы адсорбции воды (рис. S2) показали, что на высокую сорбционную способность (~ 150 мас. %) непокрытых наночастиц MIL-101 (Cr) (NP) покрытия PD1 оказали минимальное влияние. Тем не менее, другие образцы продемонстрировали снижение содержания воды при относительной влажности 60%, в том числе на  ~ 15% меньшее поглощение NP-PSS-70K и на  ~ 60% меньше как NP-PVP, так и NP-PEI. Эти результаты показывают, что полимеры могут уменьшить доступ к поровым сетям MOF, а сами полимеры могут даже частично занимать объем пор. Однако такое расположение MOF с полимерным покрытием не должно отрицательно сказываться на их использовании в качестве акустических контрастных веществ, поскольку синтезированные MOF (неактивированные) все еще взаимодействуют с акустическими волнами ⁹ , а полимеры могут даже увеличивать низкочастотное затухание, аналогично поведению длинноцепочечных углеводородов ²⁷ . Мы провели термогравиметрический анализ (ТГА) образцов, полученных в результате пропитывания Accusand наночастицами с полимерным покрытием, чтобы получить представление о количестве наночастиц с полимерным покрытием, адсорбированных на Accusand (рис. S3). Результаты ТГА показали, что MOF, покрытый полимером с более высокой молекулярной массой, приводит к большой процентной потере массы во время экспериментов с ТГА (рис. S3). Эксперименты ТГА подтвердили, что процент потери массы, по-видимому, более напрямую связан с молекулярной массой полимера, чем с типом полимера, используемого для покрытия наночастицами.

Рисунок 2

СЭМ-изображения наночастиц MOF с различными полимерными покрытиями до и после экспериментов по переносу на колонке Accusand.

Изображение в натуральную величину

Чтобы дополнительно охарактеризовать химический состав поверхности Accusand и наночастиц, покрытых полимером, мы использовали рентгеновскую фотоэлектронную спектроскопию (XPS) для исследования образцов, полученных в результате пропитывания Accusand наночастицами, покрытыми полимером. Спектры XPS Accusand подтвердили присутствие Si, O ₂ , C и небольшого количества азота, что указывает на некоторую неоднородность заряда на поверхности Accusand. Присутствие связанного с поверхностью азота наблюдалось во всех образцах, обработанных Accusand. Деконволюция N 1 – пиков при 401,8 и 404,1 эВ относятся к четвертичному азоту, связанному с кремнием, и свободному азоту на полимере соответственно (рис. S4). Деконволюционный спектр XPS высокого разрешения Cl 2 p образца AS-NP-PD1 (рис. S5) указывает на присутствие на поверхности частиц полидадмак-Cl, Cl–N–Cr, Cl–N–Si. Спектр XPS высокого разрешения с деконволюцией S 2 p образца AS-NP-PSS-70K (рис. S5) указывает на присутствие Si–S, C–S, сульфита (C–SO ₃ ²⁻ ) видов на поверхности. Измерения XPS подтвердили неоднородность поверхностного заряда в Accusand, которая может иметь значение для переноса/удерживания наночастиц. Хотя это не является прямым доказательством стабильности и удерживания наночастиц, эта информация дает представление о характеристиках поверхности, которые играют роль в транспортном поведении наночастиц в пористой среде.

Недавно мы провели подробное исследование коллоидной стабильности различных покрытых полимером наночастиц MOF в присутствии соляной кислоты (HCl) и геотермальных соляных растворов при различных температурах (US 2020/0384480 A1). Наши исследования показали, что из пяти протестированных полимеров PSS улучшает стабильность дисперсии наночастиц MOF по отношению к геотермальному раствору, обеспечивая электростатическое отталкивание между частицами, характеризуемое дзета-потенциалом (ζ) ^28,29 . Сводная информация о стабильности суспензий наночастиц MOF с полимерным покрытием в отношении соляных растворов с использованием измерений динамического рассеяния света (DLS) представлена ​​в таблице S1. Как и ожидалось, добавление полимерных покрытий изменило гидродинамические и электрокинетические свойства наночастиц. DLS показал, что гидродинамический диаметр NP при нескорректированном pH 5,5 составлял 116 нм (таблица S2), но гидродинамические диаметры увеличивались до 632 нм для NP-PSS-200K, для общей тенденции NP < PEI ≈ PD1 ≈ PVP < ПСС (рис. 3а).

Рисунок 3

( A ) Диапазоны дзета-потенциалов и гидродинамические радиусы синтезированных наночастиц MIL-101(Cr) MOF и наночастиц MOF с полимерным покрытием при нескорректированном значении pH 5,5. ( B ) Результаты экспериментов по проточному транспорту, показывающие, как полимерное покрытие и электрокинетика влияют на удержание наночастиц Accusand.

Изображение в полный размер

Добавление полимерных покрытий PD1, PEI и PVP снизило дзета-потенциал наножидкостей по сравнению с наножидкостью NP  ~  + 35 мВ (таблица S2, рис. 3a), что сделало покрытые полимером наночастицы более может адсорбироваться и накапливаться на поверхности Accusand. Дзета-потенциалы образцов, покрытых PSS, составляли около  − 27 мВ, подтверждая, что частицы имеют суммарные отрицательные заряды, а низкое абсолютное значение указывает на то, что образцы, покрытые PSS, столь же коллоидно стабильны, как непокрытый MIL-101(Cr) в перегнанном вода. В целом, способность создавать новые наночастицы, которые демонстрируют низкочастотное поглощение с различными поверхностными зарядами (поверхностными, а также порами), является уникальной для наночастиц MOF, поскольку это позволяет нагнетаемой наножидкости адаптироваться к составу подземного коллектора, в том числе для литологий с отрицательным зарядом. (песчаники), положительные (карбонаты) или сильно неоднородные поверхностные заряды (аргиллиты или богатые глиной песчаники).

Наиболее новым аспектом настоящего исследования является транспортное поведение MOF в экологически значимых пористых средах. Чтобы оценить перенос наночастиц MOF через пористую среду, мы провели тесты проточной колонки, в которых наножидкости проходили через стеклянные колонки (диаметром 10 см и длиной 25 см), первоначально заполненные водонасыщенным (10% масс./масс.) кварцевым песком. Наножидкости имели линейную скорость потока  ~ 0,30 см/мин и последующее время пребывания в колонке 10,5 мин. После того, как колонка была насыщена эффлюентом, мы использовали в общей сложности 4,7 порового объема эффлюента во всех транспортных экспериментах (3,7 порового объема наночастиц MOF [0,5 мас. %] в воде и промывали 1 поровым объемом воды). Поскольку основное внимание в этой статье уделяется исследованию пяти различных наночастиц, покрытых различными полимерами, которые различаются по поверхностным свойствам, исследование, посвященное влиянию инжектируемого объема пор на перенос/удержание наночастиц с различными полимерными покрытиями, инжектируемыми объемом пор, не проводилось. Обвиняемый ¹⁴ использовался в качестве модели гео-субстрата для набивки колонок из-за его четко определенного распределения размера зерен кремнезема, последовательной морфологии, соответствующей минералогии для резервуаров из песчаника ^1,12 и общего использования в исследованиях переноса наночастиц ^15,16 . Мы определили процент переносимых наночастиц путем измерения концентрации наночастиц в сточных водах с помощью метода УФ-Вид и сравнили результаты с концентрацией предварительно введенных наночастиц.

При pH выше  ~ 2,5 кварцевый песок имеет суммарный отрицательный поверхностный заряд ^30,31 , поэтому ожидалось, что отрицательно заряженные наночастицы, покрытые PSS (таблица S2), будут наиболее эффективно транспортироваться через колонки благодаря чистому электростатическое отталкивание и последующие неблагоприятные условия для прикрепления. Действительно, только  ~ 9% НП-ПСС-70К осталось в керне во время проточного эксперимента (рис. 3б, таблица S2). Большой гидродинамический диаметр НП-ПСС-200К по сравнению со всеми другими наночастицами (рис. 3а), вероятно, был ответственным за  > 3 × увеличение удерживания по сравнению с образцом НП-ПСС-70К (рис. 3б), особенно с учетом того, что две наножидкости на основе PSS имеют почти одинаковые дзета-потенциалы (таблица S2, рис. 3). Кроме того, СЭМ-изображение (рис. 2) наночастиц, транспортируемых через колонку, показало, что частицы NP-PSS-200K были более агломерированы после прохождения через колонку, что не способствовало бы эффективному транспорту. Удерживание  ≥ 25% наночастиц с полимерным покрытием (PEI, PD1, PVP) с положительным поверхностным потенциалом согласуется с гипотезой о том, что электростатическое притяжение преимущественно управляет удержанием частиц. Из трех наножидкостей NP-PEI оказался наименее эффективным с точки зрения переносимости, вероятно, из-за сочетания низкого дзета-потенциала  + 8 и его функциональной группы третичного амина, которая имеет сильное сродство к отрицательно заряженным поверхностям (таблица S2). . СЭМ-изображение частиц, собранных из сточных вод колонки, показало, что никаких наблюдаемых изменений в размере и/или морфологии отдельных наночастиц не было вызвано транспортом через пористую среду (рис. 2).

Наконец, хотя наножидкость MIL-101(Cr) без покрытия имеет суммарный положительный заряд (рис. 3a), в колонке Accusand осталось только 11% частиц. Поскольку ранее мы вводили эту свободную от полимеров наножидкость через керн песчаника ¹¹ , этот результат не был неожиданным, хотя мы не ожидали, что подвижность наночастиц в кремнистых пористых средах будет на одном уровне с подвижностью NP-PSS- 70к. Эти результаты подтверждают, что сочетание таких факторов, как размер, поверхностный заряд, ионная сила, природа стационарной пористой среды и характер скорости потока, регулирует перенос наночастиц MIL-101(Cr) с полимерным покрытием ³² . На самом деле, меньшие размеры не обязательно будут демонстрировать наименьшее удержание, а в некоторых случаях можно ожидать, что они будут демонстрировать наибольшее удержание ^33,34 . Кроме того, наноразмерные неоднородности поверхностного заряда в Accusand вызывают аномальное поведение (де)сорбции наночастиц ^15,33 . Потеря 9% НП-ПСС-70К при транспортировке является разумной потерей на расстоянии 25 см транспортировки. Работа, представленная в этой статье, подчеркивает важность использования полимерного покрытия с подходящей молекулярной массой и плотностью функциональных групп, а также типом наночастиц MOF, их размером и поверхностным зарядом. Хотя есть некоторые потери, результаты очень поучительны с точки зрения выбора идеальных полимерных композиций для покрытий нано-MOF.

Стабильность наножидкостей при различных условиях раствора (например, pH и солености) является активной областью исследований, поскольку высокие концентрации соли могут уменьшить электростатическое отталкивание, приводящее к флокуляции. Далее мы исследовали влияние солености на транспортное поведение непокрытых и покрытых полимером наночастиц MOF в Accusand. На рисунке 4 показано транспортное поведение наночастиц с полимерным покрытием с растворами ионной силы и без них (0, 1, 2 и 5 М NaCl). Наносили график нормализованных концентраций сточных вод в зависимости от количества поровых объемов, прошедших через колонку Accusand. Из рис. 4а и таблицы S3 видно, что существует значительное удержание (~   29%) наночастиц, наблюдаемых при транспортировке наночастиц (NP) MIL-101(Cr) без покрытия с использованием 1 M растворов NaCl.

Рисунок 4

( A ) Транспорт непокрытых наночастиц (NP) в воде и 1 M NaCl. ( B ) Транспортировка наночастиц MOF с полимерным покрытием (NP-PSS-70K) в воде, 1, 2 и 5 М NaCl. ( C ) Сравнение транспорта наночастиц для различной солености и типа частиц.

Полноразмерное изображение

Напротив, только около 9% удержания наблюдалось, когда непокрытые наночастицы MIL-101 (Cr) транспортировались с использованием воды (рис. 4b). Интересно, что при транспортировке отрицательно заряженных наночастиц, покрытых PSS, в 1 M NaCl в колонке оставалось только около 8,4% наночастиц. Когда ионная сила среды была увеличена до 2 М NaCl, мы наблюдали только около 9% удерживания NP-PSS-70K в активной зоне во время проточного эксперимента. Когда ионная сила среды была дополнительно увеличена до 5 М NaCl, мы по-прежнему наблюдали сохранение только 13% NP-PSS-70K. Транспортные эксперименты подтвердили, что полимер поли(4-стиролсульфонат натрия; PSS), адсорбирующий полимер, не только повышает коллоидную стабильность наночастиц (NP) nMIL-101 при комнатной температуре, но также играет решающую роль в транспорте наночастиц в пористой кремнистой среде. Рис. 4в). Хотя присутствие высокой концентрации ионов при высоких концентрациях соли может усиливать взаимодействие ионных групп на полимерах, натриевая соль полистиролсульфонатного полимера на наночастицах MOF обеспечивает электростатическое отталкивание, характеризуемое дзета-потенциалом (ζ) ^28,29 . Когда мы проводили транспортные эксперименты с растворами разной солености, переходных соленостей растворов не возникало. Когда соленость раствора была снижена почти до нуля, мы не наблюдали какой-либо мобилизации глины, потому что Accusand использовался в наших исследованиях в качестве пористой среды из-за его соответствующего богатого кремнеземом состава. Эти результаты подтверждают роль характеристик поверхности наночастиц в отношении коллоидной стабильности и их переноса в экологически значимых пористых средах.

Заключение

Таким образом, мы продемонстрировали, что полимерное покрытие наночастиц MOF оказывает существенное влияние на их перенос в пористой среде. Насколько нам известно, эти результаты представляют собой первый отчет о транспортных свойствах покрытых полимером наночастиц MOF в экологически значимых пористых средах. Из исследованных наночастиц с полимерным покрытием наилучшая способность NP-PSS-70K мигрировать через песчаные столбы без удержания, а наночастицы с ПЭИ-покрытием продемонстрировали наихудшие характеристики, так как более 50% частиц не прошли через Accusand. Результаты PEI особенно подчеркивают, что для успешного использования наножидкостных технологий в недрах необходимо понимать сложные взаимодействия наночастиц, жидкости и горной породы. Поверхностная адсорбция наночастиц на поверхности раздела минералов должна быть сведена к минимуму для успешного закачивания и работы новых сейсмических контрастных веществ, а удерживание в основном контролируется ионной силой раствора, потенциалами поверхности наночастиц, открытыми функциональными группами и эффективным размером коллоидов. С этой целью мы разработали, синтезировали и испытали различные покрытые полимером наножидкости MOF с различными поверхностными зарядами и функциональными возможностями, которые можно использовать в различных подземных коллекторах с различным химическим составом пластовых флюидов и типами горных пород.

Ссылки

1. Schaef, H. T. et al. Инъекционные контрастные вещества для расширенного картирования и мониторинга подповерхностных слоев. Energy Procedia 114 , 3764–3770 (2017).

   КАС Статья Google ученый

2. Эльсаиди, Ю. К. и др. Извлечение редкоземельных элементов с использованием композитов магнетит@MOF. Дж. Матер. хим. А 6 , 18438–18443. https://doi.org/10.1039/C8TA04750B (2018).

   КАС Статья Google ученый

3. «>

   McGrail, B. P. и др. Металлоорганические наножидкости-теплоносители. Nano Energy 2 , 845–855. https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2013.02.007 (2013 г.).

   КАС Статья Google ученый

4. Шамси Джазейи, Х., Миллер, К.А., Вонг, М.С., Тур, Дж.М. и Вердуско, Р. Наночастицы с полимерным покрытием для повышения нефтеотдачи. J. Appl. Полим. науч. https://doi.org/10.1002/app.40576 (2014 г.).

   Артикул Google ученый

5. Hochella, M. F. и др. Природные, случайные и искусственные наноматериалы и их воздействие на систему Земля. Наука 363 , eaau8299. https://doi.org/10.1126/science.aau8299 (2019 г.).

   ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья пабмед Google ученый

6. Фурукава Х., Кордова К.Е., О’Киф М. и Яги О. М. Химия и применение металлоорганических каркасов. Наука 341 , 1230444. https://doi.org/10.1126/science.1230444 (2013).

   КАС Статья пабмед Google ученый

7. Яп, М. Х., Фоу, К. Л. и Чен, Г. З. Синтез и применение пористых наноструктур, полученных из MOF. Зеленая энергия окружающей среды. 2 , 218–245. https://doi.org/10.1016/j.gee.2017.05.003 (2017 г.).

   Артикул Google ученый

8. Marshall, C.R., Staudhammer, S.A. и Brozek, C.K. Контроль размера пористых нанокристаллов с металлоорганическим каркасом. Хим. науч. 10 , 9396–9408. https://doi.org/10.1039/c9sc03802g (2019 г.).

   КАС Статья пабмед ПабМед Центральный Google ученый

9. Miller, QRS et al. Микропористые и гибкие каркасные акустические метаматериалы для звукоизоляции и применения контрастных веществ. Приложение ACS Матер. Интерфейсы 10 , 44226–44230. https://doi.org/10.1021/acsami.8b19249 (2018 г.).

   КАС Статья пабмед Google ученый

10. Чен, Дж. Х. и др. Изготовление гибких акустических метаматериалов путем выращивания металлоорганических каркасов на тканях. Целлюлоза 29 , 355–365. https://doi.org/10.1007/s10570-021-04307-6 (2022 г.).

    КАС Статья Google ученый

11. Ферей, Г. и др. Твердое вещество на основе терефталата хрома с необычно большим объемом пор и площадью поверхности. Наука 309 , 2040–2042 гг. https://doi.org/10.1126/science.1116275 (2005 г.).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья пабмед Google ученый

12. Miller, QRS et al. Геофизический мониторинг с применением контрастных сейсмических метаматериалов. В материалах конференции по технологии нетрадиционных ресурсов (URTEC) , vol. 1123. https://doi.org/10.15530/urtec-2019-1123 (2019).

13. Liu, J., McGrail, B.P., Nune, S., Sinnwell, M., Thallapally, P., & Battelle Memorial Institute Inc. Варианты реализации магнитных частиц, функционализированных полимером, для разделения растворенных веществ, а также устройства и системы для использования такой же. Патент США (подана) (2020 г.).

14. Шрот, М. Х., Исток, Дж. Д., Ахерн, С. Дж. и Селкер, Дж. С. Характеристика кварцевых песков, подобных Миллеру, для лабораторных гидрологических исследований. SSSAJ 60 , 1331–1339 (1996).

    КАС Статья Google ученый

15. Торкзабан С., Ким Ю., Малвихилл М., Ван Дж. М. и Токунага Т. К. Транспорт и осаждение функционализированных наночастиц CdTe в насыщенных пористых средах. Дж. Контам. гидрол. 118 , 208–217. https://doi.org/10.1016/j.jconhyd.2010.10.002 (2010 г.).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья пабмед Google ученый

16. Торкзабан, С., Ван, Дж. М., Токунага, Т. К. и Брэдфорд, С. А. Влияние мостиковых комплексообразований на перенос поверхностно-модифицированных наночастиц в насыщенном песке. Дж. Контам. гидрол. 136 , 86–95. https://doi.org/10.1016/j.jconhyd.2012.05.004 (2012 г.).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья пабмед Google ученый

17. Моррис, В. и др. Роль модуляторов в контроле коллоидной стабильности и полидисперсности металлоорганического каркаса УиО-66. Приложение ACS Матер. Интер. 9 , 33413–33418. https://doi.org/10.1021/acsami.7b01040 (2017 г.).

    КАС Статья Google ученый

18. «>

    Чжао Т. и др. Легкий синтез наноразмерного MIL-101(Cr) с добавлением уксусной кислоты. Неорг. Чим. Acta 471 , 440–445. https://doi.org/10.1016/j.ica.2017.11.030 (2018 г.).

    КАС Статья Google ученый

19. Цзян, Д. М., Берроуз, А. Д. и Эдлер, К. Дж. Синтез наночастиц MIL-101 (Cr) с регулируемым размером с повышенной селективностью в отношении CO2 по сравнению с N-2. CrystEngComm 13 , 6916–6919. https://doi.org/10.1039/c1ce06274c (2011 г.).

    КАС Статья Google ученый

20. Чжао, Т., Ли, С. Х., Шен, Л., Ван, Ю. и Ян, X. Y. Синтез MIL-101 (Cr) с контролируемым размером с улучшенной адсорбционной способностью CO2. Неорг. хим. коммун. 96 , 47–51. https://doi.org/10.1016/j.inoche.2018.07.036 (2018 г.).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый

21. «>

    Кармона, Ф. Дж. и др. Метод модуляции координации для получения новых материалов, высвобождающих СО, на основе металлоорганического каркаса. Приложение ACS Матер. Интер. 10 , 31158–31167. https://doi.org/10.1021/acsami.8b11758 (2018 г.).

    КАС Статья Google ученый

22. Аннапуредди, Х.В.Р., Нунэ, С.К., Моткури, Р.К., МакГрейл, Б.П. и Данг, Л.Е.Х. Комбинированное экспериментальное и расчетное исследование стабильности наножидкостей, содержащих металлоорганические каркасы. J. Phys. хим. B 119 , 8992–8999. https://doi.org/10.1021/jp5079086 (2015 г.).

    КАС Статья пабмед Google ученый

23. Нандасири, М. И. и др. Повышенная теплопроводность в металлоорганических наножидкостях-теплоносителях. науч. 6 , 1–8 (2016).

    Артикул Google ученый

24. «>

    Хендель, т. и др. In Situ Определение концентрации коллоидного золота с помощью УФ-видимой спектроскопии: ограничения и перспективы. Анал. хим. 86 , 11115–11124. https://doi.org/10.1021/ac502053s (2014 г.).

    КАС Статья пабмед Google ученый

25. Johnson, W.P., Bao, G.B. & John, W.W. Удельное УФ-поглощение гуминовой кислоты Aldrich: изменения во время переноса в отложениях водоносного горизонта. Окружающая среда. науч. Технол. 36 , 608–616. https://doi.org/10.1021/es010920x (2002 г.).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья пабмед Google ученый

26. Wang, L.J. & Zan, L. WO3 в костюме, встроенном в MIL-101 для улучшения разделения носителей заряда фотокатализатора. науч. 9 , 1–11 (2019).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

27. «>

    Бехура, Дж., Батцле, М., Хофманн, Р. и Дорган, Дж. Тяжелые нефти: их история сдвига. Геофизика 72 , E175–E183 (2007).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

28. Bagaria, H.G. и др. Стабилизация наночастиц оксида железа в соляном растворе с высоким содержанием натрия и кальция при высоких температурах с помощью адсорбированных сульфированных сополимеров. Ленгмюр 29 , 3195–3206 (2013).

    КАС Статья Google ученый

29. Юань, Х.Ю. и Лю, Г.М. Ионное воздействие на синтетические полимеры: от растворов до кистей и гелей. Мягкая материя 16 , 4087–4104 (2020).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый

30. Джада А., Айт Акбур Р. и Доуч Дж. Поверхностный заряд и адсорбция гуминовой кислоты из воды кварцевым песком. Хемосфера 64 , 1287–1295. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2005.12.063 (2006 г.).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья пабмед Google ученый

31. Космульски М., Эрикссон П., Густафссон Дж. и Розенхольм Дж. Б. Специфическая адсорбция никеля и ζ-потенциал кремнезема при различных соотношениях твердой и жидкой фаз. J. Коллоидный интерфейс Sci. 220 , 128–132 (1999).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый

32. млн лет, HL и др. Совместное влияние формы частиц, свойств поверхности и гидродинамики потока на стержнеобразный перенос коллоидов в пористой среде. J. Коллоидный интерфейс Sci. 577 , 471–480. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2020.05.022 (2020 г.).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья пабмед Google ученый

33. «>

    Рон, К. А., ВанНесс, К., Расмусон, А. и Джонсон, В. П. Как наноразмерная неоднородность поверхности влияет на перенос нано- и микрочастиц на поверхности при неблагоприятных условиях прикрепления. Окружающая среда. науч. Нано 6 , 1921–1931 гг. https://doi.org/10.1039/c9en00306a (2019 г.).

    КАС Статья Google ученый

34. Молнар, И. Л., Джонсон, В. П., Герхард, Дж. И., Уилсон, К. С. и О’Кэрролл, Д. М. Прогнозирование транспорта коллоидов через насыщенные пористые среды: критический обзор. Водный ресурс. Рез. 51 , 6804–6845. https://doi.org/10.1002/2015wr017318 (2015 г.).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

Ссылки на скачивание

Благодарности

Этот материал основан на работе, проведенной при поддержке Министерства энергетики США, Управления ископаемой энергии, в Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории через Национальную лабораторию энергетических технологий, Моргантаун, Западная Вирджиния.

Информация об авторе

Авторы и организации

1. Управление по энергетике и окружающей среде, Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория, Ричленд, Вашингтон, 99354, США

   Сатиш К. Нун и Б. Питер МакГрейл

2. Управление физических и вычислительных наук, Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория, Ричленд, Вашингтон, 99354, США

   Куин Р. С. Миллер, Х. Тодд Шеф, Тэнгюэ Цзянь, Мяо Сонг и Донгшэн Li

3. Лаборатория молекулярных исследований окружающей среды, Pacific Northwest National Laboratory, Richland, WA, 99352, USA

   Vaithiyalingam Shuttanandan

Авторы

1. Сатиш К. Нунэ

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

2. Quin R. S. Miller

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

3. H. Todd Schaef

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

4. Tengyue Jian

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

5. Miao Song

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

6. Dongsheng Li

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

7. Vaithiyalingam Shuttanandan

   Посмотреть публикации автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

8. B. Peter McGrail

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

Contributions

S.K.N. занимается концептуализацией, написанием первоначального проекта, синтезом наночастиц и исследованиями переноса и формальным анализом; Q. R.S.M. занимается формальным анализом, обзором и редактированием, визуализацией и курированием данных; Х.Т.С. занимается концептуализацией, формальным анализом, просмотром и редактированием, контролем данных и администрированием проектов. Т.Дж. помог с УФ-видимым анализом, обычным анализом. РС. помог с визуализацией SEM, Д.Л. помог с визуализацией SEM, В.С. помог с анализом XPS и B.P.M. занимается концептуализацией, получением финансирования, ресурсами, контролем, написанием, обзором и редактированием.

Автор, ответственный за переписку

Переписка с Сатиш К. Нуне.

Заявление об этике

Конкурирующие интересы

Авторы не заявляют об отсутствии конкурирующих интересов.

Дополнительная информация

Примечание издателя

Springer Nature остается нейтральной в отношении юрисдикционных претензий в опубликованных картах и ​​институциональной принадлежности.

Дополнительная информация

Дополнительная информация.

Права и разрешения

Открытый доступ Эта статья находится под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 International License, которая разрешает использование, совместное использование, адаптацию, распространение и воспроизведение на любом носителе или в любом формате при условии, что вы указываете соответствующие права на первоначальный автор(ы) и источник, предоставьте ссылку на лицензию Creative Commons и укажите, были ли внесены изменения. Изображения или другие сторонние материалы в этой статье включены в лицензию Creative Commons на статью, если иное не указано в кредитной строке материала. Если материал не включен в лицензию Creative Commons статьи, а ваше предполагаемое использование не разрешено законом или выходит за рамки разрешенного использования, вам необходимо получить разрешение непосредственно от правообладателя. Чтобы просмотреть копию этой лицензии, посетите http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Перепечатка и разрешения

Об этой статье

Комментарии

Отправляя комментарий, вы соглашаетесь соблюдать наши Условия и правила сообщества. Если вы обнаружите что-то оскорбительное или не соответствующее нашим условиям или правилам, отметьте это как неприемлемое.

Полимерное покрытие «сцепляет» имплантаты с костями человека

Инновации

представлено

Изображение: SciePro/Adobe Stock

Полимерное покрытие для имплантатов протезов на основе титана может облегчить остеоинтеграцию и предотвратить как отторжение, так и износ костной массы и имплантата.

Сотрудники PlasticsToday | 29 июля 2020 г.

Полимерное покрытие для имплантатов протезов на основе титана может способствовать остеоинтеграции и предотвращать как отторжение, так и износ костной массы и имплантата. Статья , описывающая исследование, проведенное в Испании, была опубликована в журнале Polymers .

Титановый имплантат покрыт трехмерной ветвящейся наноструктурой, называемой дендримером, которая действует как мост между титаном и костью, согласно пресс-релизу AlphaGalileo. Покрытие также содержит вещества, облегчающие образование новой ткани на поверхности протеза. По словам исследователей, это гарантирует, что здоровый компонент прикрепится к протезу, создавая «естественную» фиксацию, которая является более стабильной и долговечной, чем современные технологии.

Покрытие металлического имплантата дендримером, несущим RGD-домен, улучшает клеточную адгезию к титановым поверхностям и повышает биосовместимость устройства, утверждают исследователи. Изображение предоставлено Fundación-Descubre.

Область применения включает протезы всей челюсти, бедра и колена, а также зубные имплантаты. По словам исследователей, эта технология может продлить срок службы ортопедических имплантатов, срок службы которых в настоящее время составляет около 10 лет.

В проекте приняли участие исследователи из Университета Малаги, Андалузского центра наномедицины и биотехнологии-BIONAND, Технологического института Канарских островов, компании Osteobionix и CIBER (Сетевой центр биомедицинских исследований).

Метод, предложенный исследователями в статье Polymers «Дендритный каркас на титановых имплантатах. Универсальная стратегия повышения биосовместимости», придает имплантатам особые свойства, поскольку они имеют более однородную структуру с большей целостностью, что снижает носить. Он также дает возможность контролировать его состав для введения конкретных лекарств, чтобы избежать отторжения и инфекций.

Исследователи включили в покрытие фрагменты белков, вырабатываемых организмом естественным образом, известных как фибронектины, чтобы стимулировать связывание костных клеток с имплантатом. Эти молекулы способствуют росту клеток и, таким образом, уменьшают отторжение. «Интегрины клеток функционируют как идеальные крючки, которые прикрепляются к фрагментам фибронектина, введенным в структуру дендримера, обеспечивая прочную интеграцию между имплантатом и организмом», — объясняет Леонор Сантос-Руис, исследователь из Университета Малаги и один из авторов статьи.

Крючки прикрепляют каждую ветвь каркаса к кости, закрепляя имплантат и обеспечивая «естественное» соединение благодаря интеграции металла с живой тканью. «Эти уникальные свойства делают дендримерные системы пригодными для различных применений в регенеративной медицине», — добавил Сантос-Руис.

В полимер могут быть включены и другие вещества, в том числе противовоспалительные средства и антибиотики.

Исследователи модифицировали поверхность дендримеров с помощью фрагмента фибронектина, известного как «RGD-домен», который состоит из трех аминокислот — аргинина, глицина и аспартата, — которые служат якорем для рецепторов клеточной мембраны, называемых интегринами. Эти рецепторы передают клеткам многочисленные важные сигналы об окружающей среде и определяют, может ли клетка прикрепляться к определенному материалу.

Электронно-микроскопическое изображение остеобластных клеток человека с покрытыми титановыми дисками через один и три дня после имплантации. Изображение предоставлено Fundación-Descubre/AlphaGalileo.

Металлы, полимеры и синтетические продукты, используемые для изготовления обычных протезов, не имеют домена RGD, поскольку они не являются биологическими материалами. Поэтому клеткам трудно их распознать. Когда металл покрыт дендримером, несущим RGD-домен, клетка находит якорную точку в этом металле и естественным образом связывается с ним. Это улучшает клеточную адгезию к титановым поверхностям и повышает биосовместимость. Дендример прикреплен к кости, которая интерпретирует его как часть себя, а не как нечто чужеродное. Согласно пресс-релизу, имплантат и место его установки могут говорить на одном «биологическом языке», предотвращая отторжение.

ТЕГИ: Материалы Исследовательские материалы

Полимерные покрытия TriboShield® с низким коэффициентом трения

Хотя технологии нанесения полимерных покрытий широко используются для защиты поверхностей компонентов от коррозии и в других областях, недавние достижения, обеспечивающие улучшенные трибологические свойства, открывают возможности для решения этих задач и помогают произвести революцию в проектировании и производстве компонентов.

Свобода для инноваций

В GGB мы не боимся рисковать ради наших клиентов и гордимся тем, что тесно сотрудничаем с клиентами на ранней стадии проектирования, чтобы мыслить широко и смело — выходить за рамки традиционной инженерной обработки поверхностей решения. Предлагая партнерские отношения, основанные на доверии, сочувствии, решимости, сотрудничестве и уважении, мы работаем, чтобы раздвинуть границы возможного, вдохновляя клиентов на всех рынках сотрудничать и внедрять инновации вместе с нами.

В любом проекте рассмотрение трибологических требований как можно раньше в процессе проектирования системы имеет решающее значение для обеспечения оптимальной производительности. Это позволяет в полной мере использовать преимущества формы детали, чтобы свести к минимуму количество компонентов и максимально увеличить срок службы. У нас работает глобальная команда инженеров-технологов и материаловедов, которые могут помочь на ранних этапах проектирования продукта определить пути для правильного трибологического решения, позволяющего увеличить размер, вес, эффективность и производительность при окончательной сборке.

 

Откройте для себя нашу продукцию TriboShield

^® Полимерные покрытия

Полимерная пирамида 

Ассортимент наших полимеров составлен таким образом, чтобы охватить весь спектр полимеров, доступных сегодня, и мы всегда можем доработать решения для конкретных нужд.

 

TriboShield® TS161 – Специально разработан для низкого трения и низких условий  

TriboShield® TS225 – Разработан для низкого трения и высокой износостойкости при низких и средних нагрузках 

TriboShield® TS421 — Специально разработан для чрезвычайно низкого трения в условиях смазывания средние и высокие нагрузки 

 

 

Приложения

Мы знаем, что универсального подхода к эффективности не существует. Вот почему мы всегда ищем новые способы адаптировать наши продукты для самых разных областей применения, и эти усилия обычно приводят к выдающимся результатам. Вот несколько отраслей, для которых мы адаптировали наши решения:

Аэрокосмическая промышленность

Покрытия GGB TriboShield® специально разработаны так, чтобы быть самосмазывающимися и обеспечивать полный спектр термических, механических и трибологических возможностей, которые могут предложить современные полимеры.

 

 

Автомобильная промышленность

Наносится без заусенцев, отвечает строгим требованиям к чистоте и используется в дверных петлях, механизмах складных крыш, рулевом управлении и сиденьях.

 

 

Промышленные

Покрытия TriboShield® достаточно универсальны, чтобы обеспечить трибологические решения в самых разных областях применения, от кранов, транспортных цепей и соленоидов до детских колясок и медицинских устройств (таких как , крепления для дисплеев и многое другое).

 

GGB является единственным глобальным универсальным поставщиком трибологических покрытий, охватывающим полный цикл от материаловедения, разработки рецептуры, трибологических экспертиз, производства и нанесения покрытий.

GGB может предложить опыт разработки и проектирования, применить и поставить полностью готовые решения с покрытием, и все это с глобальным охватом.

Воспользуйтесь преимуществом

 

Упрощение конструкции

Обеспечьте специальные уровни трения для многих поверхностей сложной формы, недоступных для традиционных цилиндрических подшипников, что позволяет использовать более упрощенную конструкцию с меньшим количеством деталей.

 

Большинство металлических подложек

Работа со сталью, нержавеющей сталью, алюминием, титаном и магнием. Полимерные покрытия также можно рассматривать для полимерных и композитных подложек.

 

Химическая защита и защита от коррозии

Обладают исключительной химической защитой и защитой от коррозии, обеспечивая барьер из инертного материала между поверхностями для увеличения срока службы.

 

Простота настройки

Сотрудничайте с нашей командой экспертов, чтобы адаптировать наши полимерные покрытия к уникальным потребностям ваших приложений.

No related posts.