Белорусский государственный технологический университет, Минск, Беларусь:

Н. Р. Прокопчук, профессор кафедры полимерных композиционных материалов, докт. хим. наук, член-корр. Национальной академии наук Беларуси, эл. почта: nrprok@gmail.com

А. Ю. Клюев, профессор кафедры технологии деревообрабатывающих производств, докт. техн. наук, эл. почта: tnsippm@belstu.by

И. О. Лаптик, инженер кафедры полимерных композиционных материалов, эл. почта: inna.laptik@yandex.ru

Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, Санкт-Петербург, Россия:
А. Г. Сырков, профессор кафедры общей и технической физики, докт. техн. наук, эл. почта: syrkovandrey@mail.ru

Разработаны нетоксичные эпоксидные композиции для противокоррозийной обработки металлов на основе смолы ЭД-20 и нового отвердителя — канифолетерпеностирольномалеинового аддукта (КТСМА), получаемого из возобновляемого растительного сырья. Для повышения устойчивости отвержденной смолы к ударным нагрузкам в композиции смола – отвердитель вводили пластификатор ДЭГ-1 в количестве 7 % от массы смолы. В составе КТСМА имеются функциональные ангидридные и карбоксильные группы, необходимые для взаимодействия с эпоксидными и гидроксильными группами эпоксидной смолы (ЭС) с образованием пространственной сшитой структуры покрытия. Покрытия по стали на основе ЭД-20, отверждаемые токсичным тэтраэтиленпентамином (ТЭПА), обладают несколько лучшими физико-механическими свойствами по сравнению с отвержденными КТСМА: большей твердостью — 0,30 отн. ед. против 0,20 отн. ед. и лучшей адгезией — 3 балла против 4. Это может быть связано с гораздо большим объемом молекул отвердителя КТСМА по сравнению с молекулами ТЭПА, что снижает плотность сшитой пространственной структуры покрытий. Для повышения устойчивости к механическим воздействиям и химическим агрессивным средам покрытия модифицированы наночастицами разной природы, включая оксиды цветных металлов TiO₂ и ZnO. Установлено, что наномодифицирование разработанных композиций наночастицами TiO₂, ZnO и ударопрочными алмазами (УДА СП, ША-А) в сверхмалых количествах (0,005; 0,010; 0,020 % (мас.) позволяет существенно повысить эксплуатационные свойства антикоррозионных покрытий. Предложена гипотеза образования надмолекулярной структуры разработанных покрытий по типу взаимопроникающих сеток. На поверхности наночастиц имеются функциональные полярные группы и их нескомпенсированный электрический заряд. Они активно взаимодействуют с олигомерными молекулами эпоксидной смолы по ее функциональным эпоксидным и гидро-ксильным группам, образуя пространственную систему физических связей, дополнительных к химическим связям отвердителя КТСМА и молекул эпоксидной смолы. Образование физических связей между функциональными группами ЭС и наночастицами доказано увеличением динамической вязкости на ротационном вискозиметре Брукфильда DV-II+Pro ЭС-ДЭГ-1 при введении в ЭС исследованных наночастиц. Рост вязкости значительный: с 15 до 25–29 мПа·с.

1. Sizyakov V. M., Polyakov P. V., Bazhin V. Yu. Production of aluminium and its alloys: Current trends and strategic tasks. Tsvetnye Metally. 2022. No. 7. pp. 16–23.
2. Kovalskaya K. V., Gorlanov E. S. Al – Ti – B master alloys: structure formation in modified alloys. Tsvetnye Metally. 2022. No. 7. pp. 57–64.
3. Zhilina E. M., Krasikov S. A., Kuznetsov I. V., Kalenova M. Yu. Separation of ultrafine uranium oxide particles from zirconium alloys in remelting process with fluoride and oxide slags: thermodynamic analysis. Tsvetnye Metally. 2022. No. 7. pp. 73–76.
4. Glaziev M. V., Bazhin V. Yu. Refractory materials combined with industrial waste for metallurgical machinery. Novye ogneupory. 2020. No. 11. pp. 21–26.
5. Litvinova T. E., Kashurin R., Lutskiy D. Complex formation of rare-earth elements in carbonate–alkaline media. Materials. 2023. Vol. 16. P. 3140. DOI: 10.3390/ma16083140
6. Baake E., Shpenst V. A. Recent scientific studies on electrothermal metallurgical processes. Journal of Mining Institute. 2019. Vol. 240. pp. 660–668.
7. Bazhin V. Y., Aryshenskii E., Hirsch J., Kawalla R. et al. Impact of Zener-Hollomon parameter on substructure and texture evolution during thermomechanical treatment of iron-containing wrought aluminium alloys. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2019. Vol. 29, Iss.5. P. 893–906. DOI: 10.1016/S1003-6326(19)64999-X
8. Cheremisina E., Cheremisina O., Ponomareva M., Bolotov V., Fedorov A. Kinetic Features of the hydrogen sulfide sorption on the ferro-manganese material. Metals. 2021. Vol. 11. P. 90. DOI: 10.3390/met11010090
9. Lutskiy D. S., Ignatovich A. S. Understanding the hydrometallurgical recovery of copper and rhenium when processing off-grade copper concentrates. Journal of Mining Institute. 2021. Vol. 251. P. 723–729. DOI: 10.31897/PMI.2021.5.11
10. Grebier S., Prenner S., Kurz A., Resch S., Pavisek A. et al. Polymer nanocomposites – additives, properties, applications, environmental aspects. NanoTrust dossier. 2020. No. 58. pp. 1–6.
11. Pruna A. Nanotechnology in eco-efficient construction materials. Processes and applications. Woodhead Publishing Series in Civil and Structural Engineering. 2019. pp. 337–359.
12. Ganzulenko O. U., Maskova M. S., Ivantsova N. Yu. The practice of using nanocoatings in various industries. Proceedings of the Nanophysics & Nanomaterials International Conference. 23–24 November 2022, Saint Petersburg. 2022. pp. 87–92.
13. Yachmenova L. A., Silivanov M. O., Kushchenko A. N. V. B. Aleskov skiy’s ideas elaborated by the Mining University’s science schools in the field of nanotechnology. Proceedings of the Nanophysics & Nanomaterials International Conference. 23–24 November 2022, Saint Petersburg. 2022. pp. 361–366.
14. New materials: preparation, properties and applications in the aspect of nanotechnology. New York : Nova Science Publishers, Inc., 2020. 249 p.
15. Applied aspects of nanophysics and nanoengineering. New York : Nova Science Publishers, Inc., 2019. 308 p.
16. Pomogaylo A. D., Rozenberg A. S., Uflyand N. E. Nanoparticles of metals in polymers. Moscow : Khimiya, 2000. 401 p.
17. Margolin V. I., Potapov A. A., Farmakovskiy B. F., Kuznetsov P. A. Developing nanocomposite-based nanotechnologies. St Petersburg : Izdatelstvo SPbGETU “LETI”, 2016. 190 p.
18. Liopo V., Avdejchik S., Struk V. et al. Nanocomposite materials based on thermoplastic blends for the technological equipment with a long service life. Machines. Technologies. Materials. 2018. Vol. 12, No. 12. pp. 341–343.
19. Kantyukov R. R., Zapevalov D. N., Vaganov R. K. Analyzing the use and effect of carbon dioxide environments on the corrosion condition at oil and gas sites. Journal of Mining Institute. 2021. Vol. 250. pp. 578–586.
20. Alkhimova V. A., Sharapova D. M. Corrosion and protection of production tubing in oil and gas industry. Proceedings of the Nanophysics & Nanomaterials International Conference. 23–24 November 2022, Saint Petersburg. 2022. pp. 20–26.
21. Konchus D. A., Sivenkov A. V. A surface structure formation of stainless steel using a laser. Materials Science Forum. 2021. Vol. 1022. pp. 112–118.
22. Pozhidaeva S. D., Ageeva L. S., Ivanov A. M. Zinc oxidized with the help of acids at room temperatures: A comparative analysis. Journal of Mining Institute. 2019. Vol. 235. pp. 38–46.
23. Zhao Y., Xu J. B., Hu J. M. et al. Electrodeposited superhydrophobic silica films coembedded with template and corrosion inhibitor for active corrosion protection. Applied Surface Science. 2020. Vol. 508. 145242.
24. Cueli Corugedo A., Latypov O. R., Latypova D. R., Montero Adames Y. Protecciоn de la tuber a principal contra la corrosiоn en reas complejas. Ingenier a Mecanica. 2019. Vol. 22, No. 1. pp. 74–78.
25. Syzrantsev V. V. Analysis of variation in the properties of the surface of SiO₂ and Al₂O₃ nanoparticles obtained by different methods. Condensed Matter and Interphases. 2022. Vol. 24, No. 3. pp. 369–378.
26. Syzrantsev V. V. Variation of properties of cured epoxy resin with nanoparticles synthesized by various techniques. Proceedings of the Nanophysics & Nanomaterials International Conference. 23–24 November 2022, Saint Petersburg. 2022. pp. 280–285.
27. Lee H., Neville K. Epoxy resins. Encyclopedia of polymers. Vol. 3. Moscow : Izdatelstvo “Sovetskaya entsiklopedia”, 1971. pp. 992–1001.
28. Long He, Liu Lei, Cao Chang, Jiang Feng, Xu Jun. Improved curing performances of epoxy resin by a structure-controllable self-emulsifying curing agent. Journal of Adhesion Science and Technology. 2022. Vol. 36. pp. 490–506.
29. Kitichatpayak D., Makcharoen W., Vittayakorn N., Vittayakorn W. Influence of various nanofillers on mechanical and electrical properties of epoxy resin composites. Polymer-Plastics Technology and Materials. 2022. Vol. 61. pp. 1826–1832.
30. Osipchik V. S., Khlaing Zo U, Kostromina N. V., Kravchenko T. P. et al. Developing corrosion-resistant materials using ED-20 epoxy resin modified with viniflex. Klei. Germetiki. Tekhnologii. 2020. No. 10. pp. 38–41.
31. Musa A., Alamry K., Hussein M. Polybenzoxazine-modified epoxy resin: thermal properties and coating performance. International Journal of Polymer Analysis and Characterization. 2021. Vol. 26. pp. 189–203.
32. Firas Jameel Jabbar. Study the thermal properties of epoxy resin reinforced with calcium oxide fibers. Smart Science. 2021. Vol. 9. pp. 61–69.
33. Bormotova A. N. Optimization of the polymer matrix of epoxy composites. Mezhdunarodnyy nauchno-issledovatelskiy zhurnal. 2022. No. 1. pp. 28–33.
34. Putilina P. M., Pigareva V. A., Gorbatkina Yu. A., Gorbunova I. Yu. et al. Effect of repeated curing cycles on the mechanical characteristics of epoxy matrix and its adhesion to fibers. Klei. Germetiki. Tekhnologii. 2021. No. 11. pp. 12–19.
35. Svistkov A. L., Eliseeva A. Yu., Kondyurin A. V. Mathematical model of the curing reaction of ED-20 resin with TEAT-1 curing compound. Bulletin of Perm University. Physics. 2019. Vol. 1. pp. 9–16.
36. Ou Baoli, Wang Yuwei, Lu Yi. A review on fundamentals and strategy of epoxy-resin-based anticorrosive coating materials. Polymer-Plastics Technology and Materials. 2021. Vol. 60. pp. 601–625.
37. Merad L., Bouchaour M., Abbadie M. J., Benyoucef B. Preparation and mechanical characterization of TiO₂/epoxy resin nanocomposites through differential scanning calorimetry and Raman spectroscopy. Zhurnal Prikladnoii Spektroskopii. 2019. Vol. 86, No. 1. pp. 78–83.
38. Radbil A. B., Klyuev A. Yu., Prokopchuk N. R. Elaborating the theoretical and practical basis for deep and comprehensive processing of Pinus Silvestris L. Minsk : Konfido, 2021. 77 p.
39. TU RB 100056180.003–2003. Diamond blend ShA-A. Introduced: 03.02.2004.
40. TU RB 28619110.001–95. Ultra-dispersed detonation diamonds. Introduced: 23.10.1995.
41. Prokopchuk N. R., Globa A. I., Laptik I. O., Syrkov A. G. The properties of metal coatings enhanced with diamond nanoparticles. Tsvetnye Metally. 2021. No. 6. pp. 55–58.
42. GOST 8832–76. Paintwork materials. Methods for formation of paint coating for testing. Introduced: 01.01.1977.
43. ISO 1522–73. Paints and varnishes – Pendulum damping test. Published: 01.12.1973.
44. GOST 5233–89. Paint materials. Method for determination of coating hardness with pendulum instrument. Introduced: 01.01.1990.
45. GOST 4765–73. Paint and lacquer materials. Method for determination of impact resistance. Introduced: 01.07.1974.
46. GOST 15140–78. Paintwork materials. Methods for determination of adhesion. Introduced: 01.01.1979.