Способ получения полимерного покрытия на поверхности алюминия



Способ получения полимерного покрытия на поверхности алюминия
Способ получения полимерного покрытия на поверхности алюминия

Владельцы патента RU 2685356:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) (RU)

Изобретение относится к способу получения на поверхности металла, например алюминия, полимерных покрытий, обладающих гидрофобными свойствами, которые могут быть использованы как антиобледенительные покрытия, защитные покрытия для электроники, самоочищающиеся поверхности, а также как покрытия для защиты от биообрастания. Описан способ получения полимерного покрытия на поверхности алюминия, включающий обезжиривание поверхности алюминия ацетоном, обработку 1М раствором гидроксида натрия, водой, последующую сушку и модификацию поверхности, в котором обезжиривание поверхности алюминия проводят до обработки раствором гидроксида натрия, после обработки раствором гидроксида натрия проводят травление поверхности 2М-5М раствором соляной кислоты и ее термостатирование при 140°С, а модификацию поверхности алюминия ведут 3 мас.% раствором предварительно полученного при 70°С в присутствии азобисизобутиронитрила сополимера глицидилметакрилата и 2,2,3,3,4,4,4-гептафторбутилметакрилата, взятых в мольном отношении 0.6:1 соответственно, в среде метилэтилкетона, с последующим термостатированием модифицированного алюминия при 140°С. Техническим результатом является получение на поверхности алюминия полимерного покрытия, обладающего супергидрофобными свойствами. 1 табл., 1 ил., 5 пр.

 

Изобретение относится к способу получения на поверхности металла, например, алюминия, полимерных покрытий, обладающих гидрофобными свойствами, которые могут быть использованы как антиобледенительные покрытия, защитные покрытия для электроники, самоочищающиеся поверхности, а также как покрытия для защиты от биообрастания.

Известны способы получения полимерного покрытия на поверхности металла с использованием поверхностно-инициированной полимеризации, при которых поверхность предварительно обрабатывают 1 н. водным раствором монохлоруксусной кислоты, или 0,5 н. раствором 3-хлорметилбензойной кислоты в метаноле, а полимеризацию проводят в растворе, содержащем различные мономеры, путем его призитой полимеризации на поверхности в присутствии каталитического комплекса (Патент RU 2380173, МПК B05D 7/14, B05D 3/10, 27.01.2010; Патент RU 2405859, МПК С23С 22/00, B05D 7/14, 10.12.2010).

Недостатками данных способов является высокая стоимость используемых кислот, закрепляемых на поверхности для инициирования процесса полимеризации, и низкая эффективность закрепления полимерного покрытия.

Известен способ получения анодированных объектов из алюминия или магния с последующей модификацией оксидного слоя фторполимерами Способ осуществляется путем предварительного получения микропористой структуры поверхности субстратов методом анодного окисления, с последующей обработкой в водной эмульсии фторполимера с размером частиц 1-50 нм. Для целей изобретения предпочтительными являются политетрафторэтилен, поливинилиденфторид, поливинилфторид и сополимеры тетрафторэтилена (Патент DE 4124730, МПК B05D 5/08, C09D 127/12, C25D 11/18, C25D 11/30, B05D 3/10, B05D 3/00, B05D 7/14, В32В 15/08, C08F 14/18, C08J 5/12, C09D 127/12, C09D 127/18, C25D 11/04, C25D 11/18, C25D 15/00, 28.01.1993).

Недостатком данного метода является сложность и многостадийность процесса анодирования. Закрепление частиц фторполимера на поверхности происходит только за счет сорбции, что не обеспечивает устойчивости гидрофобного состояния. Кроме этого, осаждение может забивать предварительно полученную микротекстуру.

Известен способ получения полимерного покрытия на поверхности металла с использованием поверхностно-инициированной полимеризации. Способ включает предварительную активацию поверхности алюминия плазмой низкого давления и закрепление глицидола для получения на поверхности реакционноспособных гидроксильных групп, способных к взаимодействию с инициатором полимеризации α-бромоизобутирил бромидом. Затем проводят поверхностно-инициированную полимеризацию мономеров выбранных из ряда: 2,2,2-трифторэтилметакрилат, 1,1,1,3,3,3-гексафторизопропилметакрилат, 3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,10-гептадекафтордецилметакрилат и лаурилметакрилат. В результате получены привитые полимерные покрытия, обладающие высокогидрофобными свойствами (Патент RU 2547070, МПК С23С 22/00, С23С 22/83, B05D 7/14, 10.04.2015).

Недостатком данного метода является использование плазмы низкого давления для предварительной активации поверхности, поскольку это требует специального оборудования. Кроме этого, многостадийность процесса и большой расход мономера делают данный способ не технологичным.

Наиболее близким техническим решением является способ получения полимерного покрытия на поверхности металла гидрофильными мономерами с использованием поверхностно-инициированной полимеризации. Способ включает предварительную обработку поверхности металла водным раствором гидроксида натрия, дальнейшую обработку раствором инициатора полимеризации дихлор(3-хлорпропил)метилсилана, последующую модификацию проводят в растворе, содержащем гидрофильный мономер в присутствии каталитического комплекса (Патент RU 2379123, МПК B05D 7/14, B05D 3/10, 20.01.2010).

Недостатком данного способа является сложность работы с дихлор(3-хлорпропил)метилсиланом, поскольку происходит сшивание последнего даже при небольшом содержании воды в растворе, что приводит к не эффективному закреплению на поверхности инициатора полимеризации.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка эффективного способа получения привитого полимерного покрытия на металлической поверхности для придания супергидрофобных свойств.

Техническим результатом является получение на поверхности алюминия полимерного покрытия, обладающего супергидрофобными свойствами.

Технический результат достигается в способе получения полимерного покрытия на поверхности алюминия, включающем обезжиривание поверхности алюминия ацетоном, обработку 1М раствором гидроксида натрия, водой, последующую сушку и модификацию поверхности, при этом обезжиривание поверхности алюминия проводят до обработки раствором гидроксида натрия, после обработки раствором гидроксида натрия проводят травление поверхности 2М-5М раствором соляной кислоты и ее термостатирование при 140°С, а модификацию поверхности алюминия ведут 3% (масс.) раствором предварительно полученного при 70°С в присутствии азобисизобутиронитрила сополимером глицидилметакрилата и 2,2,3,3,4,4,4-гептафторбутилметакрилата, взятых в мольном отношении 0.6:1 соответственно, в среде метилэтилкетона, с последующим термостатированием модифицированного алюминия при 140°С.

Предложенный способ позволяет избежать дефектов (деградации) сформированного покрытия, которые образуются из-за неравномерного закрепления и отсутствия химических связей с подложкой, при модификации низкомолекулярными гидрофобными агентами. Кроме этого, при синтезе полимера (сополимера) можно варьировать не только молекулярную массу, но и вводить дополнительные реакционноспособные центры для химического взаимодействия с поверхностью субстрата. В частности, синтезированный сополимер состоит из двух сомономеров: один сомономер - 2,2,3,3,4,4,4-гептафторбутилметакрилат, содержащий фторированный заместитель, обеспечивает низкую смачиваемость материала, но обладает низкой адгезией к металлическим подложкам (что ограничивает его применение в чистом виде), а второй сомономер - глицидилметакрилат, содержащий реакционноспособные эпоксидные группы, обеспечивает ковалентное закрепление на поверхности алюминия.

Предварительная подготовка обрабатываемой поверхности алюминия выполняемая травлением в соляной кислоте, позволяет получать текстурированную структуру поверхности, не требует специального оборудования и позволяет повысить эффективность прививки полимерного покрытия.

Способ получения полимерного покрытия осуществляется следующим образом.

Алюминиевую пластинку очищают от органического налета, например, ацетоном, обрабатывают 1М раствором гидроксида натрия для удаления оксидной пленки. Травление образцов осуществляют в 2М-5М соляной кислоте. Затем проводят очистку от кислоты и продуктов травления кипячением в деионизированной воде. Для закрепления полученной микроструктуры поверхности алюминия образцы помещают в термошкаф на 30 минут при 140°С.

Синтез статистического сополимера глицидилметакрилата (ГМА) и 2,2,3,3,4,4,4-гептафторбутилметакрилата (ГФБМ) проводят в метилэтилкетоне (МЭК) при мольном отношении сомономеров равном 0,6:1 соответственно, при 70°С в течение 24 часов. В качестве инициатора свободнорадикальной полимеризации используют азобисизобутиронитрил (АИБН). Полимер высаживают в холодный гексан, затем сушат при пониженном давлении в течение 24 ч.

Модификацию проводят в 3% (масс.) растворе сополимера в метилэтилкетоне. Образцы, с предварительно обработанной поверхностью погружают в раствор сополимера на 30 минут, вынимают и термостатируют при 140°С в течение 30 минут. От незакрепленного сополимера образцы отмывают в МЭК и сушат при 80°С до постоянной массы.

Оценку гидрофобных свойств полученных модифицированных образцов проводили измерением углов смачивания. Величины углов смачивания модифицированного исходного алюминия до и после травления представлены в таблице.

Данные таблицы подтверждают, что приобретенная в результате травления развитая (текстурированная) поверхность образцов алюминия с комбинацией микро- и нанообъектов, после модификации сополимером позволяет достигнуть супергидрофобного состояния.

Следует отметить, что изменение режима травления позволяет изменять параметры микротекстуры поверхности, что практически не влияет на первоначальный режим смачивания. Лучшие результаты характерны при травлении в кислоте с концентрацией 5М.

На фигуре представлен график изменения контактных углов для стоячей капли на поверхности образца алюминия по примеру 1, модифицированного сополимером, в зависимости от времени (в камере, насыщенной водными парами).

Основной характеристикой стабильности супергидрофобных свойств является сохранение режима смачивания при длительном контакте со стоячей каплей в атмосфере насыщенной водными парами. Из графика видно, что модифицированный образец показывает устойчивое супергидрофобное состояние, но в результате взаимодействия поверхности с водой наблюдается тенденция к уменьшению контактных углов. По-видимому, уменьшение угла смачивания обусловлено наличием кислородсодержащих остатков сополимера на поверхности покрытия, что способствует адсорбции воды и образованию водородных связей.

Пример 1. Алюминиевую пластинку размером 10x10 мм промывают в ацетоне в течение 30 минут, затем для удаления оксидной пленки на 1 минуту помещают в 1М раствор гидроксида натрия. Травление проводят в соляной кислоте с концентрацией 5М в течение 3 минут с последующим погружением в кипящую деионизированную воду для удаления продуктов травления. Затем образцы выдерживают в термошкафу в течение 30 минут при температуре 140°С.

Готовят раствор мономеров (в мольном отношении 0,6:1) глицидилметакрилата (1,1 г) и 2,2,3,3,4,4,4-гептафторбутилметакрилата (3,6 г), и инициатора полимеризации азобисизобутиронитрила (0,017 г) в 16 мл метилэтилкетона. Общая концентрация мономеров составляет 1 моль/л. Синтез сополимера осуществляют при 70°С в течение 24 часов. Сополимер выделяют высаживанием в холодный гексан, с последующей сушкой при пониженном давлении до постоянной массы.

Закрепление полимерного модификатора на поверхности алюминия проводят выдерживанием образца в 3% растворе сополимера в метилэтилкетоне в течение 30 минут. Затем образец термостатировали при 140°С в течение 30 минут. От незакрепленного сополимера образцы отмывают в МЭК и сушат при 80°С до постоянной массы

Примеры 2-4. Выполняются аналогично примеру 1 с использованием соответствующей таблице концентрацией соляной кислоты.

Пример 5. Выполняется аналогично примеру 1 без выполнения травления образца соляной кислотой.

Таким образом, способ получения полимерного покрытия на поверхности алюминия, включающий обезжиривание поверхности алюминия ацетоном, обработку 1М раствором гидроксида натрия, водой, травление поверхности 2М-5М раствором соляной кислоты и ее термостатирование при 140°С и последующую модификацию поверхности алюминия 3% раствором предварительно полученного при 70°С в присутствии азобисизобутиронитрила сополимером глицидилметакрилата и 2,2,3,3,4,4,4-гептафторбутилметакрилата, взятых в мольном отношении 0.6:1 соответственно, в среде метилэтилкетона, с последующим термостатированием модифицированного алюминия при 140°С обеспечивает получение на поверхности алюминия полимерного покрытия, обладающего супергидрофобными свойствами.

Способ получения полимерного покрытия на поверхности алюминия, включающий обезжиривание поверхности алюминия ацетоном, обработку 1М раствором гидроксида натрия, водой, последующую сушку и модификацию поверхности, отличающийся тем, что обезжиривание поверхности алюминия проводят до обработки раствором гидроксида натрия, после обработки раствором гидроксида натрия проводят травление поверхности 2М-5М раствором соляной кислоты и ее термостатирование при 140°С, а модификацию поверхности алюминия ведут 3 мас.% раствором предварительно полученного при 70°С в присутствии азобисизобутиронитрила сополимера глицидилметакрилата и 2,2,3,3,4,4,4-гептафторбутилметакрилата, взятых в мольном отношении 0,6:1 соответственно, в среде метилэтилкетона, с последующим термостатированием модифицированного алюминия при 140°С.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу получения на поверхности металла, например алюминия, полимерных покрытий, обладающих гидрофобными свойствами, которые могут быть использованы как антиобледенительные покрытия, защитные покрытия для электроники, самоочищающиеся поверхности, а также как покрытия для защиты от биообрастания.

Изобретение относится к способу получения на поверхности металла, например, алюминия, полимерных покрытий, обладающих гидрофобными свойствами, которые могут быть использованы как антиобледенительные покрытия, защитные покрытия для электроники, самоочищающиеся поверхности, а также как покрытия для защиты от биообрастания.

Изобретение относится к получению металлического материала с нефосфатным покрытием для процесса холодновысадочной пластической обработки. Предложена металлическая заготовка с нефосфатным покрытием для процесса пластической обработки и способ ее получения, включающий предварительную обработку поверхности металлического материала заготовки, нанесение слоя покрытия путем погружения металлического материала в агент для нанесения покрытия и нанесение смазывающего слоя.

Изобретение относится к обработке металлической подложки перед окраской. Композиция для обработки металлической подложки содержит: (a) ион металла Группы IV(b), (b) ион меди, (c) фторид-ион, (d) органофосфоновую кислоту и (e) носитель - водную среду.

Изобретение относится к пассивации полосовой черной жести. Способ включает пропускание полосы холоднокатаной, закаленной и довальцованной черной жести с содержанием углерода от 20 до 1000 млн-1 по массе через установку для нанесения покрытий на полосовую сталь со скоростью движения полосы, равной по меньшей мере 200 м/мин, очистку и обезжиривание указанной полосы в щелочном растворе гидроксида натрия или гидроксида калия и ее промывку, электрохимическую обработку полосы в щелочном электролите при плотности тока от 2 до 30 А/дм2 со стальной полосой, подключенной как анод, ее промывку и сушку, нанесение водного бесхромового раствора для формирования на поверхности полосы конверсионного слоя и связующего слоя для красок и органических материалов покрытий.

Изобретение относится к улучшению проникающей способности покрытия электрофоретическим лаком при помощи покрытия металлических поверхностей композицией для предварительной обработки.
Изобретение относится к составу антикоррозионного покрытия, способу нанесения состава антикоррозионного покрытия и к подложке с нанесенным покрытием. Состав, включающий по меньшей мере один полисилоксан, имеющий средневзвешенную молекулярную массу Mw в диапазоне от 800 до 25000 г/моль, металлические частицы и по меньшей мере один отвердитель, причем полисилоксан и отвердитель вместе образуют химически активную связующую систему, в которой содержание полисилоксана составляет более 90 вес.%, содержание отвердителя соответственно составляет менее 10 вес.%.

Изобретение относится к антикоррозионной обработке металлических подложек. Предложены водный конверсионный раствор, используемый в качестве предварительной обработки для нанесения дополнительного покрытия, и способ нанесения покрытия на металлические подложки, обеспечивающие получение адгезионных характеристик, исключающих опасность проникновения ржавчины через лак.

Изобретение относится к пассивированию металлической поверхности. Способ включает первое кислотное пассивирование и второе щелочное пассивирование металлической подложки.

Изобретение относится к производству оцинкованного стального листа. Способ включает стадию образования оксидного слоя, заключающуюся в приведении оцинкованного стального листа в контакт с кислым раствором в течение 1-60 секунд, и в последующей промывке оцинкованного стального листа водой, и стадию нейтрализационной обработки, заключающуюся в приведении поверхности оксидного слоя, образованного на стадии образования оксидного слоя, в контакт с водным щелочным раствором в течение 0,5 секунд или более, в промывке поверхности оксидного слоя водой и сушке поверхности оксидного слоя, при этом водный щелочной раствор содержит 0,01 г/л или более ионов Р и 0,01 г/л или более коллоидно-дисперсных частиц.

Изобретение относится к способу получения на поверхности металла, например алюминия, полимерных покрытий, обладающих гидрофобными свойствами, которые могут быть использованы как антиобледенительные покрытия, защитные покрытия для электроники, самоочищающиеся поверхности, а также как покрытия для защиты от биообрастания.

Изобретение относится к способу получения на поверхности металла, например, алюминия, полимерных покрытий, обладающих гидрофобными свойствами, которые могут быть использованы как антиобледенительные покрытия, защитные покрытия для электроники, самоочищающиеся поверхности, а также как покрытия для защиты от биообрастания.

Изобретение относится к нанесению покрытий на металлические поверхности, предусматривающему применение силановой добавки. Предложено применение силановой добавки для предотвращения образования микрораковин на цинксодержащих металлических поверхностях в водном составе для очистки цинксодержащих металлических поверхностей, водной промывной жидкости и водном активирующем составе для цинксодержащих металлических поверхностей, причем содержание силана по меньшей мере в одном из указанных водных составов находится в диапазоне от 0,001 до 5 г/л.

Изобретение относится к пассивации полосовой черной жести. Способ включает пропускание полосы холоднокатаной, закаленной и довальцованной черной жести с содержанием углерода от 20 до 1000 млн-1 по массе через установку для нанесения покрытий на полосовую сталь со скоростью движения полосы, равной по меньшей мере 200 м/мин, очистку и обезжиривание указанной полосы в щелочном растворе гидроксида натрия или гидроксида калия и ее промывку, электрохимическую обработку полосы в щелочном электролите при плотности тока от 2 до 30 А/дм2 со стальной полосой, подключенной как анод, ее промывку и сушку, нанесение водного бесхромового раствора для формирования на поверхности полосы конверсионного слоя и связующего слоя для красок и органических материалов покрытий.

Изобретение относится к улучшению проникающей способности покрытия электрофоретическим лаком при помощи покрытия металлических поверхностей композицией для предварительной обработки.

Изобретение относится к способу покрытия металлических форм из сплавов для производства шин транспортных средств типа Al-Mg и Al-Si. В способе форму обезжиривают и протравливают в ванне с рН от 11,0 до 12,5 при температуре от 50 до 70°С в течение 1-2 мин, промывают в деминерализованной воде при температуре от 20 до 30°С, затем погружают в ванну с жидким циркониевым пассивирующим средством с рН от 4,8 до 5,2 при температуре от 25 до 30°С на 2-3 мин, затем вновь промывают в деминерализованной воде при температуре от 20 до 30°С, сушат при температуре от 110 до 115°С в течение 20-25 мин.
Изобретение относится к композициям, предназначенным для нанесения на металлический субстрат и обеспечивающим очищение металла без формирования травильного шлама, а также эффективное увеличение адгезии к последующим слоям покрытия.

Изобретение относится к обработке подложки перед фосфатированием. Предложена активирующая жидкость для промывки при обработке подложки, содержащая первый компонент, включающий дисперсию частиц фосфатов двухвалентных или трехвалентных металлов, имеющих средний размер частиц не больше чем 10 мкм, и второй компонент, включающий первый и второй сополимеры.
Изобретение относится к химической обработке поверхности металла, в частности прецизионных магнитомягких сплавов типа пермаллой, для получения фосфатного электроизоляционного покрытия толщиной 8-15 мкм.

Изобретение относится к изготовлению ленты из алюминиевого сплава. Лента из алюминиевого сплава изготовлена путем горячей и/или холодной прокатки и состоит из алюминиевого сплава типа АА 5182, АА 6ххх или АА 8ххх, причем готовая, прошедшая прокатку лента из алюминиевого сплава после обезжиривания демонстрирует увеличение величины L* яркости (ΔL) по сравнению с необезжиренным состоянием более чем 5 при цветовом измерении поверхности в цветовом пространстве CIE L*a*b* при использовании стандартного источника света D65 и при угле наблюдения 10° с исключением прямых отражений в геометрии 45°/0°, которое достигается путем обезжиривания с использованием щелочного травильного раствора и последующей кислой промывки ленты из алюминиевого сплава.

Изобретение относится к способу получения на поверхности металла, например алюминия, полимерных покрытий, обладающих гидрофобными свойствами, которые могут быть использованы как антиобледенительные покрытия, защитные покрытия для электроники, самоочищающиеся поверхности, а также как покрытия для защиты от биообрастания.

Изобретение относится к способу получения на поверхности металла, например алюминия, полимерных покрытий, обладающих гидрофобными свойствами, которые могут быть использованы как антиобледенительные покрытия, защитные покрытия для электроники, самоочищающиеся поверхности, а также как покрытия для защиты от биообрастания. Описан способ получения полимерного покрытия на поверхности алюминия, включающий обезжиривание поверхности алюминия ацетоном, обработку 1М раствором гидроксида натрия, водой, последующую сушку и модификацию поверхности, в котором обезжиривание поверхности алюминия проводят до обработки раствором гидроксида натрия, после обработки раствором гидроксида натрия проводят травление поверхности 2М-5М раствором соляной кислоты и ее термостатирование при 140°С, а модификацию поверхности алюминия ведут 3 мас. раствором предварительно полученного при 70°С в присутствии азобисизобутиронитрила сополимера глицидилметакрилата и 2,2,3,3,4,4,4-гептафторбутилметакрилата, взятых в мольном отношении 0.6:1 соответственно, в среде метилэтилкетона, с последующим термостатированием модифицированного алюминия при 140°С. Техническим результатом является получение на поверхности алюминия полимерного покрытия, обладающего супергидрофобными свойствами. 1 табл., 1 ил., 5 пр.

Наверх