RU2685354C1 - Method of obtaining polymer coating on aluminum surface - Google Patents
Method of obtaining polymer coating on aluminum surface Download PDFInfo
- Publication number
- RU2685354C1 RU2685354C1 RU2017147196A RU2017147196A RU2685354C1 RU 2685354 C1 RU2685354 C1 RU 2685354C1 RU 2017147196 A RU2017147196 A RU 2017147196A RU 2017147196 A RU2017147196 A RU 2017147196A RU 2685354 C1 RU2685354 C1 RU 2685354C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- aluminum
- sodium hydroxide
- solution
- hydroxide solution
- polymer coating
- Prior art date
Links
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 32
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 32
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 17
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 title claims abstract description 17
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 39
- ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 2-Butanone Chemical compound CCC(C)=O ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 claims abstract description 17
- OZAIFHULBGXAKX-UHFFFAOYSA-N 2-(2-cyanopropan-2-yldiazenyl)-2-methylpropanenitrile Chemical compound N#CC(C)(C)N=NC(C)(C)C#N OZAIFHULBGXAKX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 12
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000005238 degreasing Methods 0.000 claims abstract description 7
- VOZRXNHHFUQHIL-UHFFFAOYSA-N glycidyl methacrylate Chemical compound CC(=C)C(=O)OCC1CO1 VOZRXNHHFUQHIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical class [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 8
- 230000003075 superhydrophobic effect Effects 0.000 abstract description 7
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 abstract description 6
- QTKPMCIBUROOGY-UHFFFAOYSA-N 2,2,2-trifluoroethyl 2-methylprop-2-enoate Chemical compound CC(=C)C(=O)OCC(F)(F)F QTKPMCIBUROOGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 abstract description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 abstract description 2
- 230000001143 conditioned effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 19
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 7
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 6
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 239000003505 polymerization initiator Substances 0.000 description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 4
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 3
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 description 3
- 239000004811 fluoropolymer Substances 0.000 description 3
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 3
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 2
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 2
- UCJHMXXKIKBHQP-UHFFFAOYSA-N dichloro-(3-chloropropyl)-methylsilane Chemical compound C[Si](Cl)(Cl)CCCCl UCJHMXXKIKBHQP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000011534 incubation Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- FMQPBWHSNCRVQJ-UHFFFAOYSA-N 1,1,1,3,3,3-hexafluoropropan-2-yl 2-methylprop-2-enoate Chemical compound CC(=C)C(=O)OC(C(F)(F)F)C(F)(F)F FMQPBWHSNCRVQJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YOCIJWAHRAJQFT-UHFFFAOYSA-N 2-bromo-2-methylpropanoyl bromide Chemical compound CC(C)(Br)C(Br)=O YOCIJWAHRAJQFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HBZFBSFGXQBQTB-UHFFFAOYSA-N 3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,10-heptadecafluorodecyl 2-methylprop-2-enoate Chemical compound CC(=C)C(=O)OCCC(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)F HBZFBSFGXQBQTB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PBSUMBYSVFTMNG-UHFFFAOYSA-N 3-(chloromethyl)benzoic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=CC(CCl)=C1 PBSUMBYSVFTMNG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CTKINSOISVBQLD-UHFFFAOYSA-N Glycidol Chemical compound OCC1CO1 CTKINSOISVBQLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 238000007743 anodising Methods 0.000 description 1
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- FOCAUTSVDIKZOP-UHFFFAOYSA-N chloroacetic acid Chemical compound OC(=O)CCl FOCAUTSVDIKZOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007596 consolidation process Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- GMSCBRSQMRDRCD-UHFFFAOYSA-N dodecyl 2-methylprop-2-enoate Chemical compound CCCCCCCCCCCCOC(=O)C(C)=C GMSCBRSQMRDRCD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 1
- 125000003700 epoxy group Chemical group 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 229920000578 graft copolymer Polymers 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 239000003999 initiator Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005554 pickling Methods 0.000 description 1
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 1
- 229920002620 polyvinyl fluoride Polymers 0.000 description 1
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 238000010526 radical polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 229920005604 random copolymer Polymers 0.000 description 1
- 125000001424 substituent group Chemical group 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C22/00—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C22/82—After-treatment
- C23C22/83—Chemical after-treatment
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D3/00—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
- B05D3/10—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by other chemical means
- B05D3/102—Pretreatment of metallic substrates
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D7/00—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials
- B05D7/14—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials to metal, e.g. car bodies
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C22/00—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C22/05—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C22/00—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C22/78—Pretreatment of the material to be coated
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
- Paints Or Removers (AREA)
- Chemical Treatment Of Metals (AREA)
Abstract
Description
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.The invention relates to a method for producing on the surface of a metal, for example, aluminum, polymer coatings with hydrophobic properties that can be used as anti-icing coatings, protective coatings for electronics, self-cleaning surfaces, as well as coatings to protect against biofouling.
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 привитой 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).Known methods for producing a polymer coating on the metal surface using surface-initiated polymerization, in which the surface is pre-treated with 1N. aqueous solution of monochloracetic acid, or 0.5 n. a solution of 3-chloromethylbenzoic acid in methanol, and the polymerization is carried out in a solution containing various monomers by grafting it on the surface in the presence of a catalytic complex (Patent RU 2380173, IPC B05D 7/14, B05D 3/10, 01/27/2010; Patent RU 2405859, IPC 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.The disadvantages of these methods is the high cost of used acids, fixed on the surface to initiate the polymerization process, and the low efficiency of fixing the polymer coating.
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, C25D11/04, C25D 11/18, C25D 15/00, 28.01.1993).A method of obtaining anodized objects of aluminum or magnesium, followed by modification of the oxide layer by fluoropolymers. The method is carried out by first obtaining a microporous substrate surface structure by anodic oxidation, followed by treatment in a fluoropolymer aqueous emulsion with a particle size of 1-50 nm. For the purposes of the invention, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyvinyl fluoride and tetrafluoroethylene copolymers are preferred (Patent DE 4124730, IPC B05D 5/08, C09D 127/12, C25D 11/18, C25D 11/30, B05D 3/10, B05D 3/00, B05D 7/14, B32B 15/08, C08F 14/18, C08J 5/12, C09D 127/12, C09D 127/18, C25D11 / 04, C25D 11/18, C25D 15/00, 1/28/1993).
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.The disadvantage of this method is the complexity and the multi-stage anodizing process. The consolidation of fluoropolymer particles on the surface occurs only due to sorption, which does not ensure the stability of the hydrophobic state. In addition, the deposition can clog previously obtained microtexture.
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).A method of obtaining a polymer coating on the metal surface using surface-initiated polymerization. The method includes pre-activating the surface of aluminum with low-pressure plasma and fixing glycidol to obtain reactive hydroxyl groups on the surface capable of interacting with the polymerization initiator α-bromoisobutyryl bromide. Then, surface-initiated polymerization of monomers selected from the series: 2,2,2-trifluoroethyl methacrylate, 1,1,1,3,3,3-hexafluoroisopropyl methacrylate, 3,3,4,4,5,5,6,6,7 , 7,8,8,9,9,10,10,10-heptadecafluorodecyl methacrylate and lauryl methacrylate. As a result, graft polymeric coatings with highly hydrophobic properties were obtained (Patent RU 2547070, IPC C23C 22/00, C23C 22/83, B05D 7 / 14 April 10, 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.The disadvantage of this method is the use of low-pressure plasma to pre-activate the surface, since this requires special equipment. In addition, the multistage process and high consumption of monomer make this method is not technologically advanced.
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).The closest technical solution is a method of obtaining a polymer coating on the metal surface with hydrophilic monomers using surface-initiated polymerization. The method includes pretreatment of the metal surface with an aqueous solution of sodium hydroxide, further processing with dichloro (3-chloropropyl) methylsilane polymerization initiator solution, the subsequent modification is carried out in a solution containing a hydrophilic monomer in the presence of a catalytic complex (Patent RU 2379123, IPC B05D 7/14, B05D 3 / 10, 01.20.2010).
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.The disadvantage of this method is the difficulty of working with dichloro (3-chloropropyl) methylsilane, since the latter is crosslinked even with a small amount of water in the solution, which leads to an ineffective fixation on the surface of the polymerization initiator.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка эффективного способа получения привитого полимерного покрытия на металлической поверхности для придания супергидрофобных свойств.The task of the invention is to develop an effective method of obtaining a grafted polymer coating on a metal surface to impart superhydrophobic properties.
Техническим результатом является получение на поверхности алюминия полимерного покрытия, обладающего супергидрофобными свойствами.The technical result is to obtain on the surface of aluminum polymer coating with superhydrophobic properties.
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 2,2,2-трифторэтилметакрилата, взятых в мольном отношении 0.6:1 соответственно, в среде метилэтилкетона, с последующим термостатированием модифицированного алюминия при 140°С.The technical result is achieved in a method of obtaining a polymer coating on the surface of aluminum, including degreasing aluminum surface with acetone, treating with 1M sodium hydroxide solution, water, subsequent drying and surface modification, while degreasing aluminum surface is carried out before treating with sodium hydroxide solution; after treating with sodium hydroxide solution Surface etching with 2M-5M hydrochloric acid solution and its temperature control at 140 ° C, and modification of the aluminum surface are 3% (mass.) creates preformed at 70 ° C in the presence of azobisisobutyronitrile copolymer of glycidyl methacrylate and 2,2,2-trifluorethylmethacrylate, taken in molar ratio of 0.6: 1, respectively, in the medium of methyl ethyl ketone, followed by incubation of the modified aluminum at 140 ° C.
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-2,2,2-трифторэтилметакрилат, 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.The proposed method allows to avoid defects (degradation) of the formed coating, which are formed due to uneven fixation and the absence of chemical bonds with the substrate, when modified with low molecular weight hydrophobic agents. In addition, during the synthesis of the polymer (copolymer), it is possible to vary not only the molecular weight, but also introduce additional reactive centers for chemical interaction with the surface of the substrate. In particular, the synthesized copolymer consists of two comonomers: one comonomer-2,2,2-trifluoroethyl methacrylate, containing a fluorinated substituent, provides low wettability of the material, but has low adhesion to metal substrates (which limits its use in pure form), and the second comonomer - glycidyl methacrylate containing reactive epoxy groups, provides covalent attachment on the surface of aluminum.
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.Preliminary preparation of the treated aluminum surface performed by etching in hydrochloric acid, allows to obtain a textured surface structure, does not require special equipment and allows you to increase the efficiency of grafting a polymer coating.
Способ получения полимерного покрытия осуществляется следующим образом.The method of obtaining a polymer coating is as follows.
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.The aluminum plate is cleaned of organic plaque, for example, with acetone, treated with 1M sodium hydroxide solution to remove the oxide film. Etching of the samples is carried out in 2M-5M hydrochloric acid. This is followed by purification from acid and pickling products by boiling in deionized water. To fix the obtained microstructure of the aluminum surface, the samples are placed in a heating chamber for 30 minutes at 140 ° C.
Синтез статистического сополимера глицидилметакрилата (ГМА) и 2,2,2-трифторэтилметакрилата (ТФЭМ) 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.Synthesis of the glycidyl methacrylate (GMA) random copolymer and 2,2,2-trifluoroethyl methacrylate (TEFEM) is carried out in methyl ethyl ketone (IEC) with a molar ratio of comonomers of 0.6: 1, respectively, at 70 ° C for 24 hours. Azobisisobutyronitrile (AIBN) is used as an initiator of free radical polymerization. The polymer is planted in cold hexane, then dried under reduced pressure for 24 hours.
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.The modification is carried out in 3% (mass.) Solution of the copolymer in methyl ethyl ketone. Samples with a pre-treated surface are immersed in the copolymer solution for 30 minutes, removed and thermostatic at 140 ° C for 30 minutes. The samples are washed from the loose copolymer in IEC and dried at 80 ° C to constant weight.
Оценку гидрофобных свойств полученных модифицированных образцов проводили измерением углов смачивания. Величины углов смачивания модифицированного исходного алюминия до и после травления представлены в таблице.Evaluation of the hydrophobic properties of the modified samples was performed by measuring the wetting angles. The magnitude of the wetting angles of the modified original aluminum before and after etching are presented in the table.
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.These tables confirm that the developed (etched) etched developed (textured) surface of aluminum samples with a combination of micro- and nano-objects, after modification with a copolymer, allows to achieve a superhydrophobic state.
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.It should be noted that changing the etching mode allows you to change the parameters of the surface microtexture, which practically does not affect the initial wetting mode. The best results are characteristic of etching in acid with a concentration of 5M.
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).The figure shows a graph of the contact angles for a standing drop on the surface of a sample of aluminum in example 1, modified with a copolymer, as a function of time (in a chamber saturated with water vapor).
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.The main characteristic of the stability of superhydrophobic properties is the preservation of the wetting regime during prolonged contact with a standing drop in an atmosphere saturated with water vapor. The graph shows that the modified sample shows a stable superhydrophobic state, but as a result of the interaction of the surface with water, there is a tendency to a decrease in the contact angles. Apparently, a decrease in the wetting angle is due to the presence of oxygen-containing copolymer residues on the surface of the coating, which contributes to the adsorption of water and the formation of hydrogen bonds.
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.Example 1. An aluminum plate with a size of 10x10 mm is washed in acetone for 30 minutes, then placed in 1M sodium hydroxide solution for 1 minute to remove the oxide film. Etching is carried out in hydrochloric acid with a concentration of 5M for 3 minutes, followed by immersion in boiling deionized water to remove etching products. Then the samples are kept in a heating chamber for 30 minutes at a temperature of 140 ° C.
Готовят раствор мономеров (в мольном отношении 0,6:1) глицидилметакрилата (1,1 г) и 2,2,2-трифторэтилметакрилата (2 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.A solution of monomers (in a molar ratio of 0.6: 1) of glycidyl methacrylate (1.1 g) and 2,2,2-trifluoroethyl methacrylate (2 g), and a polymerization initiator azobisisobutyronitrile (0.017 g) in 16 ml of methyl ethyl ketone are prepared. The total concentration of monomers is 1 mol / l. The synthesis of the copolymer is carried out at 70 ° C for 24 hours. The copolymer is isolated by planting in cold hexane, followed by drying under reduced pressure to constant weight.
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.The fixing of the polymer modifier on the surface of aluminum is carried out by keeping the sample in a 3% solution of the copolymer in methyl ethyl ketone for 30 minutes. Then the sample was thermostated at 140 ° C for 30 minutes. The samples are washed from the loose copolymer in IEC and dried at 80 ° C to constant weight.
Примеры 2-4. Выполняются аналогично примеру 1 с использованием соответствующей таблице концентрацией соляной кислоты.Examples 2-4. Performed analogously to example 1 using the corresponding table concentration of hydrochloric acid.
Пример 5. Выполняется аналогично примеру 1 без выполнения травления образца соляной кислотой.Example 5. Performed analogously to example 1 without performing the etching of the sample with hydrochloric acid.
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 2,2,2-трифторэтилметакрилата, 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.Thus, a method of obtaining a polymer coating on the surface of aluminum, including degreasing the surface of aluminum with acetone, treating it with 1M sodium hydroxide solution, water, etching the surface with 2M-5M hydrochloric acid solution and incubating it at 140 ° C and then modifying the aluminum surface with a 3% solution previously obtained at 70 ° C in the presence of azobisisobutyronitrile with glycidyl methacrylate and 2,2,2-trifluoroethyl methacrylate copolymer, taken in a molar ratio of 0.6: 1, respectively, in methyl ethyl ketone, with n following incubation of the modified aluminum at 140 ° C produces an aluminum surface of the polymeric coating having superhydrophobic properties.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017147196A RU2685354C1 (en) | 2017-12-29 | 2017-12-29 | Method of obtaining polymer coating on aluminum surface |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017147196A RU2685354C1 (en) | 2017-12-29 | 2017-12-29 | Method of obtaining polymer coating on aluminum surface |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2685354C1 true RU2685354C1 (en) | 2019-04-17 |
Family
ID=66168547
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017147196A RU2685354C1 (en) | 2017-12-29 | 2017-12-29 | Method of obtaining polymer coating on aluminum surface |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2685354C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111394735A (en) * | 2020-04-10 | 2020-07-10 | 高瑞安 | Aluminum profile spraying pretreatment liquid and spraying pretreatment method |
| CN112064935A (en) * | 2020-09-04 | 2020-12-11 | 江苏美诺斯建材科技有限公司 | Novel self-cleaning aluminum veneer and preparation process thereof |
| CN116516347A (en) * | 2023-04-19 | 2023-08-01 | 济南大学 | Method for preparing super-hydrophobic layer on surface of workpiece |
| RU227855U1 (en) * | 2024-04-17 | 2024-08-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | BUN WITH A BULK MATERIAL FLOW SEPARATOR |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0709415B1 (en) * | 1994-10-28 | 2001-07-25 | Nof Corporation | Substrat coated by a base-coat and a clear coat, method of film-forming and coated articles |
| EP1266750B1 (en) * | 2001-06-15 | 2005-06-08 | Agfa-Gevaert | Method for preparation of a lithographic printing plate |
| RU2379123C1 (en) * | 2008-07-21 | 2010-01-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) | Method of production of polymeric coating on metal surface |
| RU2380173C1 (en) * | 2008-07-21 | 2010-01-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) | Method of preparing polymer coating on metal surface |
| RU2542919C1 (en) * | 2013-12-20 | 2015-02-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Method for preparing polymer coating on metal surface |
| RU2547070C1 (en) * | 2013-12-20 | 2015-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Method of obtaining polymeric coating on metal surface |
-
2017
- 2017-12-29 RU RU2017147196A patent/RU2685354C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0709415B1 (en) * | 1994-10-28 | 2001-07-25 | Nof Corporation | Substrat coated by a base-coat and a clear coat, method of film-forming and coated articles |
| EP1266750B1 (en) * | 2001-06-15 | 2005-06-08 | Agfa-Gevaert | Method for preparation of a lithographic printing plate |
| RU2379123C1 (en) * | 2008-07-21 | 2010-01-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) | Method of production of polymeric coating on metal surface |
| RU2380173C1 (en) * | 2008-07-21 | 2010-01-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) | Method of preparing polymer coating on metal surface |
| RU2542919C1 (en) * | 2013-12-20 | 2015-02-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Method for preparing polymer coating on metal surface |
| RU2547070C1 (en) * | 2013-12-20 | 2015-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Method of obtaining polymeric coating on metal surface |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111394735A (en) * | 2020-04-10 | 2020-07-10 | 高瑞安 | Aluminum profile spraying pretreatment liquid and spraying pretreatment method |
| CN112064935A (en) * | 2020-09-04 | 2020-12-11 | 江苏美诺斯建材科技有限公司 | Novel self-cleaning aluminum veneer and preparation process thereof |
| CN116516347A (en) * | 2023-04-19 | 2023-08-01 | 济南大学 | Method for preparing super-hydrophobic layer on surface of workpiece |
| RU227855U1 (en) * | 2024-04-17 | 2024-08-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | BUN WITH A BULK MATERIAL FLOW SEPARATOR |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2685354C1 (en) | Method of obtaining polymer coating on aluminum surface | |
| Gil'Man | Low-temperature plasma treatment as an effective method for surface modification of polymeric materials | |
| US6242054B1 (en) | Method for corrosion-resistant coating of metal substrates by means of plasma polymerization | |
| Wang et al. | Studies on surface graft polymerization of acrylic acid onto PTFE film by remote argon plasma initiation | |
| US20040033358A1 (en) | Surface-treating fluoropolymer powders using atmospheric plasma | |
| US20190071585A1 (en) | Polymers formed from 2,3,3,3-tetrafluoropropene and articles and uses thereof | |
| JP2008542449A5 (en) | ||
| US20190358668A1 (en) | Hydrophilic, Multifunctional Ultra-Thin Coatings with Excellent Stability and Durability | |
| RU2685309C1 (en) | Method of obtaining polymer coating on aluminum surface | |
| JP6407513B2 (en) | Polymer for surface modification of medical materials | |
| TW201406878A (en) | Coating composition for water-proofing and moisture-proofing | |
| CN105728299A (en) | Surface-modified metal and method for modifying metal surface | |
| RU2547070C1 (en) | Method of obtaining polymeric coating on metal surface | |
| CN105418837B (en) | A kind of be separated causes the preparation method of porous super hydrophobic coating material | |
| Hsieh et al. | Improvement of hydrophilicity of poly (ethylene terephthalate) by non-polymer-forming gaseous glow discharge | |
| RU2685356C1 (en) | Method of obtaining polymer coating on aluminum surface | |
| Li et al. | Surface modification and adhesion improvement of expanded poly (tetrafluoroethylene) films by plasma graft polymerization | |
| CN104028116B (en) | A kind of method of modifying of antipollution hydrophilicity kynoar film | |
| JP6560560B2 (en) | Contamination resistant surface modifier and surface treatment method | |
| CN108395570A (en) | A kind of self-repair material and preparation method and application | |
| Bullett et al. | Chemical and thermo‐responsive characterisation of surfaces formed by plasma polymerisation of N‐isopropyl acrylamide | |
| Yang et al. | Wettability and lubrication of polytetrafluorethylene (PTFE) by UV-induced graft copolymerization on plasma-treated surface | |
| Samide et al. | Surface analysis of inhibitor film formed by Poly (Vinyl Alcohol) on stainless steel in sodium chloride solution | |
| JP6631171B2 (en) | Porous fluororesin with surface grafted | |
| Kazaryan et al. | Hydrophobic Properties of Poly (vinyl pivalate-co-1H, 1H-perfluoro-4-methyl-3, 6-dioxaoctyl methacrylate) Fabricated in Supercritical Carbon Dioxide |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191230 |