Výzkum nátěrových hmot a organických povlaků, funkčních vrstev a kompozitních materiálů

na Oddělení nátěrových hmot a organických povlaků

 

Řada výzkumných projektů, vědeckých publikací a spolupráce s průmyslem na Oddělení nátěrových hmot a organických povlaků se týká oblasti úpravy kovových a nekovových povrchů, aktivní a pasivní povrchové ochrany, ochrany kovového povrchu vůči koroznímu napadení. Východiskem a materiálovou základnou pro tuto oblast je odvětví výroby nátěrových hmot, dále zpracovatelský průmysl využívající technologie lakování a nanášení nátěrových hmot a četné, různorodé a rychle se rozvíjející povrchové úpravy v oboru strojírenství a stavebnictví. Rovněž sem můžeme zařadit chemický průmysl produkující suroviny pro nátěrové hmoty – lakařská pojiva, výroba pigmentů pro nátěrové hmoty a plasty, aditiva pro nátěrové hmoty a plasty. Patří sem i odvětví povrchových úprav a předúprav, galvanické provozy, výroba fosfátovacích přípravků pro konverzní vrstvy, odmašťovací prostředky, atd. Dále sem spadají společnosti a provozovny zajišťující žárové zinkování, žárové nástřiky a další. Nemalou část tvoří i oblast plniv pro nátěrové hmoty, plasty a kompozity.

Na Oddělení nátěrových hmot a organických povlaků je vědecká činnost soustředěna na oblast povrchového inženýrství, výzkum je směřován do oblasti tvorby anorganicko-organických vrstev, nanomateriálů, geopolymerů a tenkých vrstev a povlaky vytvářené pomocí nátěrových hmot. V oblasti výzkumu materiálů pro povrchové úpravy jsou formulovány speciálních nátěry, například termostabilní nebo antikorozní a nátěrové hmoty s fotokatalytickými účinky.

Jsou studovány mechanismy reakcí probíhajících na rozhraní organický povlak – kov při korozních procesech. Koroze kovových materiálů je celosvětovým problémem a škody způsobené korozí představují velké finanční ztráty. Pokud není koroze termodynamicky nestálého kovu, například běžně rozšířené konstrukční oceli zastavena, je jejím výsledkem úplný rozpad tohoto kovu na korozní produkty podobající se výchozím surovinám, které jsou termodynamicky stabilnější. Korozi nelze zcela zastavit, pouze zpomalit. Ochrana konstrukčních kovových materiálů před korozí pomocí organických povlaků je založena na zamezení nebo zpomalení elektrochemických reakcí probíhajících na povrchu kovu nebo na rozhraní organického povlaku a chráněného kovu. Princip ochrany kovových materiálů proti korozi je založen na nalezení takového uspořádání systému materiál - prostředí, které by zvyšovalo jeho termodynamickou stabilitu a zmenšovalo rychlost korozních reakcí.

Další výzkumnou oblastí je studium mechanismů působení korozních inhibitorů pro ochranu kovových materiálů a syntéza ekologických antikorozních pigmentů. Na oddělení ONHOP jsou syntetizovány materiály perspektivní v ochraně před korozí. Jedná se zejména o vývoj inhibitorů koroze či ekologických antikorozních pigmentů, jsou vyvíjeny a syntetizovány nanočástice a morfologicky zajímavé částice pigmentů určené k dokonalému a účinnému propojení ve vzniklém polymerním ochranném filmu. Probíhají výzkumné práce na postupech přípravy antikorozních pigmentů perovskitového a feritového typu pro antikorozní povlaky.

Jsou připravovány core-shell částice nebo kompozitní částice s aktivně působící nanovrstvou zamezující průběhu určité korozní reakce. Perspektivní řešení se jeví ve využití synergického efektu sloučenin omezujících rychlost korozních reakcí -inhibitorů koroze s ostatními složkami ochranných organických nebo anorganických povlaků. V neposlední řadě jsou studovány elektricky vodivé polymery – polyanilin a polypyrrol – jako inhibitory korozních procesů. Jsou zkoumány také další perspektivní materiály, například uhlíkové nanotrubky atd.

Jsou vyvíjeny povlaky s obsahem vodivých polymerů ve spolupráci S ÚMCH AV ČR, které mají před sebou mnoho zajímavých aplikací. Jsou vyvíjeny a formulovány termicky a chemicky stabilní povlaky a povlaky s  obsahem kovových částic nebo nanočástic. Jsou testovány i perspektivní materiály přírodního původu, například diatomitové zeminy a morfologicky zajímavé částice silikátových minerálů.

Je studována zajímavá forma koroze – nitková koroze a možnosti její inhibice. Je rovněž zkoumána blesková koroze vznikající při aplikaci vodouředitelných disperzních pojiv nátěrových hmot. Jsou vyvíjeny inhibitory vůči těmto specifickým korozním projevům, například nitkové korozi nebo bleskové korozi vodouředitelných pojiv.

V současné době je řešena náhrada určité části obsahu kovového zinku v  zinc rich primers. Částice kovového zinku jsou elektrochemicky aktivním pigmentem často používaným pro nátěrové hmoty určené k tzv. těžké korozní ochraně kovů. Z mnoha důvodů -  ekologických, či  technologicky- aplikačních je řešena problematika snížení obsahu zinku. Mechanismus působení zinkového prachu v základních nátěrových hmotách s organickými pojivy je založeno na elektrochemických reakcích a bariérovém efektu oxidačních produktů. Cílem výzkumu je nalezení takového typu pigmentu a jeho koncentrace, který by v polymerním filmu nahradil část jeho obsahu při nezměněné či zvýšené antikorozní účinnosti, zlepšil fyzikální vlastnosti nátěru (adhezní i kohezní složku v nátěru), omezil sedimentaci těžkých podílů v kapalné nátěrové hmotě.

Pro některé průmyslové aplikace se používají pojiva na bázi  geopolymerů. Moderní povlaky, stavební hmoty a cementy obsahují geopolymerní pojiva s obsahem metakaolínu a aktivátorů na bázi alkalických křemičitanů. V poslední době jsou často diskutovány tzv. geopolymerní povlaky s obsahem kaolínu, metakaolínu atd. Jejich předností je chemická odolnost a termická stabilita. Jejich vlastnosti jsou na oddělení optimalizovány modifikací plnivy a pigmenty.

Důležitou oblastí oddělení je výzkum katalyzátorů pro oxypolymeračně zasychající pojiva. Cílem prací je vytipovat nové látky vykazující pozitivní vliv na vytvrzování modelových filmů v kombinaci s primárními sikativy nebo novými katalyzátory oxypolymeračních reakcí, vyzkoušet a najít další typy možných látek s urychlujícím vlivem na zasychání a zvyšující povrchovou tvrdost. Jsou studovány síťovací reakce na polykondenzačních a polyadičních pryskyřicích, pojiva z obnovitelných zdrojů a materiály přijatelné pro životní prostředí. Detailně je zkoumán vliv ferrocenových derivátů na oxypolymerační zasychání alkydových nátěrových filmů a pomocí spektroskopických metod je studován mechanismus jejich účinku při autooxidační reakci. Pozornost je zaměřena i na další organokovové sloučeniny potenciálně použitelné v oblasti nátěrových hmot. Například některé organokovové a komplexní sloučeniny se jeví jako perspektivní materiály. Například i pyrazolylborátové komplexy manganu mohou sloužit jako sekundární sikativa a je možno nahradit až dvě třetiny kobaltnatého sikativu. Jsou zkoumány rovněž zajímavé antioxidanty přírodního původu pro nátěrové hmoty. Nezbytným aditivem je v oxypolymeračních  pojivových systémech látka s antioxidačními vlastnostmi, která při aplikacích zabraňuje příliš rychlé tvorbě škraloupů na Oddělení nátěrových hmot a organických povlaků je zkoumán především produkt Appis meliflera -propolis.

Schmidová E., Švanda P.,Veselý D., Kalendová A.:
Mechanism of degradation of stabilized corrosion resistant steel during the welding cycle.
Anti-Corrosion Methods and Materials, 54, 4, s. 79-87, (2009)
ISSN 0003-5599
 
Kalendová A., Veselý D.. Kalenda P.:
Properties of paints with hematite coated and talc particles
Applied Clay Science  (2010), 48,581-588 (2010)
ISSN 0169-1317
 
Mauer M., Kalenda P., Conner M.:
Composite fillers and their influence on emissivity
 Journal of Physics and Chemistry of Solids, 73, (12), 1550-1555 (2012).