Многофункциональные нанопленки Эпилам: характеристики стойкости к агрессивным средам
ENG

Многофункциональные нанопленки Эпилам: характеристики стойкости к агрессивным средам

Многофункциональные нанопленки Эпилам: характеристики стойкости к агрессивным средам

Автор: А.С.Вохидов, ООО «АВТОСТАНКОПРОМ»

Жидкие Композиции Эпилам представляют собой фторорганические поверхностно-активные вещества — растворы фторорганических соединений, активированные квантовым воздействием в специально подобранных мультидисперсных растворителях с добавлением многоатомных спиртов, ингибиторов коррозии, бактерицидов и прочих добавок, вводимых для расширения диапазона функций, выполняемых получаемыми покрытиями — защитным монослоем многофункциональной пленки после испарения растворителей. Поверхностное натяжение раствора σ является функцией от многих параметров, в том числе и от концентрации растворенного вещества. На рис. 1 представлена изотерма поверхностного натяжения разного уровня концентрации раствора — содержания поверхностно-активных веществ. Известно, что поверхностно-активными (ПАВ) называют вещества, добавление которых к растворителю уменьшает поверхностное натяжение. Величину g = –dσ/dС называют также поверхностной активностью растворенного вещества. Поверхностную активность ПАВ при некоторой концентрации С1 определяют графически, проводя касательную к изотерме поверхностного натяжения в точке С = С1; при этом поверхностная активность численно равна тангенсу угла наклона касательной к оси концентраций:

f1

(1)

Нетрудно заметить, что с изменением концентрации фторактивных и других молекул реагентов поверхностная активность ПАВ изменяется. Поэтому поверхностную активность вещества — композиций обычно определяют при бесконечно малой концентрации раствора; в этом случае её величина, обозначаемая  gо, зависит только от природы ПАВ и растворителя.

f2

  Рис. 1. Изотерма поверхностного натяжения растворов фторактивных ПАВ Композиций Эпилам

На первый взгляд искривление поверхности приводит к поглощению поверхностной энергии в соответствии со снижением уровня избыточной энергии по формуле Лапласа.

Эффект кривизны поверхности снижает ее энергию за счет движения (поднятия) сопрягаемых частиц по капилляру силой давления, обусловленным поверхностным натяжением [1].

Силы, действующие на поверхности или на границе раздела, контактируют с электроотрицательными элементами фтора на пограничном слое. Поверхностные силы могут меняться в широком диапазоне – от очень слабых, вандерваальсовых (сил межмолекулярного воздействия – происходит при воздействии высоких температур вакуума) до очень сильных ковалентных связей, характерных для стабильных соединений, возникающих в условиях агрессивной среды.

Несмотря на химическую инертность молекул фтора, они обладают свойством проявлять силы отталкивания в процессе хемосорбции. Физико-химические свойства фторактивных ПАВ при достижении условий хемосорбции мономолекулярного слоя сохраняют низкую (ограниченно-приглушенную) поверхностную энергию, несмотря на то, что наиболее чувствительным фактором к модифицирующему воздействию ПАВ на поверхность является микрорельеф поверхности подложки и чистота поверхности. Исследование параметров микрорельефа поверхности подложек может стать существенным источником информации о модифицирующем воздействии фторактивных ПАВ до нанесения и после нанесения наноразмерных равномерных слоев покрытий.

f3

Рис.2. Хемосорбция молекул фторактивных ПАВ Эпилам при УФ, ИК активации

Молекулы большинства ПАВ обладают дифильным строением, т.е. содержат как полярную группу, так и неполярный углеводородный радикал. Расположение таких молекул в поверхностном слое энергетически наиболее оптимально при условии ориентации молекул полярной группой к полярной фазе (полярной жидкости), а неполярной – к неполярной фазе (газу или неполярной жидкости). При малой концентрации раствора тепловое движение нарушает ориентацию молекул ПАВ; при повышении концентрации происходит насыщение адсорбционного слоя и на поверхности раздела фаз (обрабатываемая поверхность — эпилам) образуется слой «вертикально» ориентированных молекул ПАВ.

Осаждение молекул фтора осуществляется в условиях термоактивации (нагрева), при этом реакция хемосорбции происходит с высвобождением энергии (в том числе поглощенных при активации ПАВ), величина которой, как и скорость протекания реакции, определяются температурой среды и объекта; оптимальные температуры для проведения реакции и закрепления покрытия на поверхности лежат в диапазоне +38°С…+110°С.

В практике всегда возникает вопрос: как связать работу молекулы фтора после её распада под действием фотонов?

Роль влияния излучения при активации композиций Эпилам на свойства адсорбции, формирования равномерного монослоя и хемосорбции очень важна. В результате облучения могут наблюдаться большие изменения в фазовом состоянии и физико-механической природе материалов. Метод исследования воздействия излучения на тонкие и очень тонкие структуры полимерных композиций можно анализировать с помощью установки «ДМ-1», позволяющая производить замеры прогибов (высоты подъема) испытуемых образцов (пленок или мембран) круглой формы [2].

В большинстве случаев стационарное воздействие агрессивных сред происходит при постоянном процессе диффузии атмосферных частиц с поверхностью материала. Если поток воздействия частиц агрессивных сред рассмотреть как эфирную структуру в газообразной форме, то можно предположить сходство с процессом, где пространственная структура протона [3] по отношению к набегающим потокам эфира на поверхность (протон) как объемную рассеивающую линзу с хаотической структурой движения, где их интегральный эффект воздействия плоских потоков можно оценивать с помощью сотового миделя.

Характер спектра поглощения фтора не позволяет непосредственно определить энергию диссоциации фтора без использования инструментов технологического порядка. Несмотря на то, что вычисления энергии диссоциации в настоящее время производятся косвенным путем (используя уровень поверхностной энергии, энергию диссоциации HF, теплоту образования или теплопроводность пористой поверхности с учетом сродства поверхности к фтору) практические результаты применения нанопленок фторПАВ (Эпилам) позволяют систематизировать исходные параметры исследуемые параметры. В более ранних трудах можно обнаружить, что температурная зависимость теплопроводности фтора и азота при давлении 10 мм рт. ст. остается сходной до 727º [4]. Теплота диссоциации нанопленки фтора имеет прямую зависимость от температуры поверхности материала вследствие незначительного различия теплоемкостей атомного и молекулярного фтора, т. е. исследование термодинамических показателей показывает абсолютное значение теплоты диссоциации моля фтора, в интервале от 1000 до 0ºК возрастает всего на 2,44 ккал, что доказывает снижение поверхностной энергии, где предметом изучения является сложная профилограмма поверхности или система по типу пористая поверхность – жидкость фторПАВ.

Ряд композиций Эпилам («Эпилам Трибоконцентрат», «Эпилам АКВА», «Эпилам СФК-05» и др. по ТУ 2412-002-) создают на поверхностях молекулярные хемосорбированные самоорганизующиеся слои, — структурно походящие на известные образования с так наз. «частоколом Ленгмюра», способствующим надёжному удержанию штатного масла в парах трения и препятствующих появлению ситуации сухого трения. Структура получаемого эпиламированием композицией покрытия фактически согласуется с теоретическими представлениями о поверхностях Ленгмюра-Блоджетт. Исследуя поверхностное натяжение водных растворов органических веществ, Траубе и Дюкло установили для гомологических рядов поверхностно-активных веществ следующее эмпирическое правило: В любом гомологическом ряду при малых концентрациях удлинение углеродной цепи на одну группу СF или СН увеличивает поверхностную активность в 3 – 3.5 раза. С учетом данного правила разрабатываются новые экобезопасные составы фторактивных ПАВ — композиций «Эпилам» и др.

Существуют разные методы теоретического и аналитического обоснования и оценки качества получаемых покрытий. К примеру, авторы (Д.В.Лебедев, Л.П.Мясникова и др.) метода плазмоинициированной термолюминесценции (ПИТЛ) раскрывают методику [5] исследования радиационного старения стандартных фтор-содержащих покрытий: выявляется существенное изменение в физико-химической структуре поверхности фторсодержащих пленок после кратковременного облучения покрытий плазмой тлеющего разряда в аргоне. На основании анализа формы и интенсивности кривых свечения высказано предположение, что облучение стандартных покрытий в основном вызывает разрывы молекул и увеличивает дефектность поверхности, в то время как воздействие плазмы тлеющего разряда в аргоне при комнатной температуре приводит к травлению поверхности, удалению поверхностного дефектного слоя и преимущественному образованию сшивок.

f4

Рис.3. Описание процесса активности химической структуры покрытия по методу ПИТЛ.

Несмотря на фрактальность, нестабильность фазового состояния композиций фторПАВ в процессе нанесения на поверхность и оказания на них физико-механических воздействий (кипячение, воздействие ультразвука, взбалтывание аэрозоля и т.д.), композиции (эпиламы) сохраняют способность к образованию мономолекулярной пленки с равномерным распределением молекул, создающих покрытие, демонстрируя действенность главного закона существования материи — от хаоса к порядку при активации . В этих условиях роль человека сводится к управлению толщиной получаемого слоя — изменением условий нанесения композиций и регулированием концентрации молекул и слоев нанопленок.

Nanoplenka_Avtostankoprom

Рис. 4 Профилограмма поверхности в процессе образования монослоя Эпилам

В процессе получения монослоя важно учитывать основное назначение фотона — заставлять молекулы фтора двигаться в пространстве более энергично (прямолинейно по геометрии Евклида) и заставить её принять вертикальное положение при осаждении на поверхности.

Применение высокочастотных ультразвуковых волн и ультрафиолетового излучения в ряде случаев, с большей вероятностью создает характер устойчивых геометрий, что допускается к применению в композитных материалах, которые применяются часто в сложной среде.

Литература:

  • Суздалев Ч. П. «Нанотехнология» М, 2005, стр. 163
  • Якупов Н.М. И др. «О влиянии солнечного излучения на механические характеристики полимерных пленок». Материалы 8-1 Конференции «Пленки и покрытия-2007».
  • Железнов И.Г. Физика эфира. Научное издание. Москва, 2010.
  • Рысс И.Г. Химия фтора и его неорганических соед. Москва, 1956
  • Л.П. Мясникова, Д.В. Лебедев, А.А.Беляев, А.Л. Мясников и др. «Изучение стабильности фторсодержащих покрытий колю резонатора квантовых генераторов частоты». ФЗТИ им.А.Ф.Иоффе РАН.
  • Материалы сайта www.epilam.ru