Супергидрофобное покрытие на основе углеродных наночастиц, упрочненное полимером

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Получено двухслойное супергидрофобное покрытие, состоящее из подогревающего и водоотталкивающего слоев. Подогревающий слой, представляющий собой перколяционную сеть из углеродных нанотрубок, был упрочнен полимером с целью улучшения адгезии к поверхности, прочности и износостойкости. В качестве упрочняющего полимера использовалась эпоксидная смола. Были рассмотрены различные способы организации подогревающего слоя из углеродных нанотрубок с укрепляющим полимером, выделены лучшие из них для создания подогревающей или антистатической поверхности. Исследовалось влияние концентрации углеродных нанотрубок в полимере на прочность композита. Сравнивались различные способы ввода нанотрубок в полимер для достижения наилучшей деагломерации наночастиц. Проверены эффекты от функционализации нанотрубок, выявлено увеличение прочности покрытия при незначительном увеличении проводимости. Была найдены оптимальная концентрация углеродных наночастиц марки “Таунит-М” для укрепления эпоксидной смолы ЭД-20. Она составила 0.07% – для не функционализированных нанотрубок и 0.5–0.6% для частиц с -CONH2 группами. Возможно достижение супергидрофобного состояния поверхности: контактный угол смачивания – 152.3 ± 0.7, угол начала скольжения капли – 1.6 ± 0.9.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

С. Н. Капустин

Северный (Арктический) федеральный университет имени М. В. Ломоносова

Автор, ответственный за переписку.
Email: hare22@yandex.ru
Россия, Архангельск

Ю. В. Цыкарева

Северный (Арктический) федеральный университет имени М. В. Ломоносова

Email: hare22@yandex.ru
Россия, Архангельск

В. И. Вощиков

Институт химии силикатов им. И. В. Гребенщикова РАН

Email: voshikoff@yandex.ru
Россия, Санкт-Петербург

Н. К. Голубева

Институт химии силикатов им. И. В. Гребенщикова РАН

Email: hare22@yandex.ru
Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Bauhofer W., Kovacs J.Z. A Review and Analysis of Electrical Percolation in Carbon Nanotube Polymer Composites // Composites Sci. Technol. 2009. V. 69. No. 10. P. 1486–1498.
  2. Jung Y.C., Bhushan B. Mechanically durable carbon nanotube-composite hierarchical structures with superhydrophobicity, self-cleaning, and low-drag // ACS NANO 2009. V. 3. No. 12. P. 4155–4163.
  3. Xu D., Liu H., Yang L., Wang Z. Fabrication of superhydrophobic surfaces with non-aligned alkyl-modified multi-wall carbon nanotubes // Carbon. 2006. V. 44. No. 15. P. 3226–3231.
  4. Lu W., Chou T.W. Analysis of the entanglements in carbon nanotube fibers using a self-folded nanotube model // J. Mech. Phys. Solids 2011. V. 59. No. 3. P. 511–524.
  5. Шашкеев К.А., Нагорная В.С., Волков И.А., Кондрашов С.В., Дьячкова Т.П., Кондаков А.И., Борисов К.М., Юрков Г.Ю. Супергидрофобные электропроводящие покрытия на основе силиконовой матрицы и углеродных нанотрубок // Журнал прикладной химии 2017. Т. 90. № 7. С. 896–906.
  6. Mokarian Z., Rasuli R., Abedini Y. Facile synthesis of stable superhydrophobic nanocomposite based on multi-walled carbon nanotubes // Appl. Surface Sci. 2016. V. 369. P. 567–575.
  7. Lee S. Relations Between Dispersion of CNTs and Electrical Conductivity in the Hydrophobic CNT/PVDF Composite Film // Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers 2015. V. 28. P. 462–466.
  8. Kablov E., Solov’yanchik L., Kondrashov S., Yurkov G., Buznik V., Kushch P., Kichigina G., Kiryukhin D., D’yachkova T. Electroconductive hydrophobic polymer composite materials based on oxidized carbon nanotubes modified with tetrafluoroethylene telomers // Nanotechnologies in Russia 2016 V. 11. P. 782–790.
  9. Solov’yanchik L. V., Kondrashov S.V., Yurkov G. Yu., Fionov A.S., Buznik V.M. Effect of carbon nanotubes self-organization processes on properties of hybride polymer composition materials // Proceedings of the 2nd All-Russia Scientific-Technical Conference on Role of Fundamental Studies in Realization of Strategic Directions of Materials Development and their Treatment Technologies in Period to 2030 (FGUP VIAM, Moscow) 2015. P. 17.
  10. He H., Liu Q., Gao B., Zhang Sh., Chen H.-B. Hydrophobic transition of soluble polymer aerogel composites // Journal of Applied Polymer Science 2022. V. 139. Iss. 39. P. e52937.
  11. Wang F., Ci J., Di Y., Zhang W. Preparation and Properties of Multiwalled Carbon Nanotube/Waterborne Polyurethane Superhydrophobic Conductive Coatings Using Electrostatic Spraying // Journal of Materials Engineering and Performance 2022. V. 31. P. 1–12.
  12. Wang F., Feng L., Lu M. Mechanical Properties of Multi-Walled Carbon Nanotube/Waterborne Polyurethane Conductive Coatings Prepared by Electrostatic Spraying. Polymers 2019. V. 11. P. 714.
  13. Yum S.-G., Yin H., Jang S.-H. Toward Multi-Functional Road Surface Design with the Nanocomposite Coating of Carbon Nanotube Modified Polyurethane: Lab-Scale Experiments // Nanomaterials 2020. V. 10. P. 1905.
  14. Alderete B., MacLucas T., Espin D., Brühl S., Mücklich F., Suarez S. Near Super‐Hydrophobic CNT Coatings Obtained via Electrophoretic Deposition on Low Alloy Steels // Advanced Engineering Materials 2021. V. 23. Iss. 5. P. 2001448.
  15. Li S., Li Y., Tan Y., Li J., Wang D., Yuan D., Zhang J. A Sustainable Superhydrophobic and Photothermal Coatings for Anti-Icing Application on Concrete with a Simple Method for CNTs/SiO2 Modification // Sustainability 2023. V. 15. P. 15865.
  16. Eseev M.K., Goshev A.A., Kapustin S.N., Tsykareva Y.V. Creation of Superhydrophobic Coatings Based on MWCNTs Xerogel // Nanomaterials. 2019. V. 9. P. 1584.
  17. Есеев М.К., Капустин С.Н., Лугвищук Д.С., Мордкович В.З., Лях Н.Л. Сверхгидрофобное покрытие из углеродных наночастиц луковичной структуры // Письма в ЖТФ. 2020. № 22. С. 19.
  18. Kapustin S., Zabolotny S., Eseev M., Tsykareva Y. Double-Layer Superhydrophobic Anti-Icing Coating Based on Carbon Nanoparticles // Crystals. 2022. V. 12. Iss. 10. P. 1501.
  19. Kapustin S.N., Eseev M.K., Tsykareva Y.V, Voshchikov V.I., Lugvishchuk D.S. Superhydrophobic Coating Based on Decorated Carbon Nanoparticles // Glass Phys. Chem. 2023. V. 49. P. 526–534.
  20. Barthlott W., Neinhuis C. Purity of the sacred lotus, or escape from contamination in biological surfaces // Planta. 1997. V. 202. P. 1–8.
  21. Wong T.S., Kang S.H., Tang S.K.Y., Smythe E.J., Hatton B.D., Grinthal A., Aizenber J. Bioinspired self-repairing slippery surfaces with pressure-stable omniphobicity // Nature 2011. V. 477. P. 443–447.
  22. УНТ серии “Таунит” [Text] / ООО “НаноТехЦентр”; режим доступа: http://www.nanotc.ru/producrions/87-cnm-taunit, дата обращения 2023-11-19.
  23. Mordkovich V.Z., Lugvishchuk D.S., Mitberg E.B., Kulnitskiy B.A., Perezhogin I.A., Kirichenko A.N. Formation of concentric shell carbon by homogeneous partial oxidation of methane // Chem. Phys. Lett. 2018. V. 713. P. 242–246.
  24. Chen J., Chen Q., Ma Q., Li Y., Zhu Zh. Chemical treatment of CNTs in acidic KMnO4 solution and promoting effects on the corresponding Pd–Pt/CNTs catalyst // J Mol. Catal. A Chem. 2012. V. 356. P. 114.
  25. Weydemeyer E.J., Sawdon A.J., Peng Ch.-A. Controlled slicing of single walled carbon nanotubes under continuous flow // Chem. Comm. 2015. V. 51. Iss. 27. P. 5939.
  26. Дьячкова Т.П., Ткачев А.Г. Методы функционализации и модифицирования углеродных нанотрубок. М.: Издательский дом “Спектр”, 2013. 152 с.
  27. Хозин В.Г., Зыкова Е.С. Модифицирование эпоксидных связующих наночастицами для полимеркомпозитной арматуры // Вестник Казанского технологического университета 2013. Т. 16. № 18. С. 178–181.
  28. Козлов Г.В., Микитаев А.К. Структурная модель усиления нанокомпозитов полиметилметакрилат/углеродные нанотрубки при ультрамалых содержаниях нанонаполнителя // Журнал технической физики 2016. Т. 86. № 10. С. 99–103.
  29. Козлов Г.В., Микитаев А.К. Перколяционная модель усиления нанокомпозитов полимер/углеродные нанотрубки // Физика и механика материалов. 2015. Т. 22. № 2. С. 101–106.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Эффективность различных методов ввода УНТ в эпоксидную смолу. Для удобства сравнения результаты нормированы на значение для прочности эпоксидной смолы без УНТ.

Скачать (63KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Влияние выбора температурного интервала для ввода УНТ в эпоксидную смолу. Для удобства сравнения результаты нормированы на значение для прочности эпоксидной смолы без УНТ

Скачать (71KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Влияние концентрации УНТ в эпоксидной смоле на прочность композита при растяжении. Для удобства сравнения результаты нормированы на значение для прочности эпоксидной смолы без УНТ. Чистые УНТ “Таунит-М” (а), “Таунит-М” с-CONH2 группами (б).

Скачать (87KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025