danДоклады Национальной академии наук БеларусиDoklady of the National Academy of Sciences of Belarus1561-83232524-2431The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8323-2026-70-4-329-335dan-1325Research ArticleТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИTECHNICAL SCIENCESОсобенности эффекта Ребиндера в наномодифицированных эпоксидных покрытияхFeatures of the Rebinder effect in nanomodified epoxy coatingshttps://orcid.org/0000-0001-7290-1199ПрокопчукН. Р.ProkopchukN. R.

Прокопчук Николай Романович – член-корреспондент, д-р хим. наук, профессор

ул. Свердлова, 13а, 220006, Минск 

Prokopchuk Nikolay R. – Corresponding Member, D. Sc. (Chemistry), Professor

13a, Sverdlov Str., 220006, Minsk 

nrprok@mail.comЛаптикИ. О.LaptikI. O.

Лаптик Инна Олеговна – аспирант 

ул. Свердлова, 13а, 220006, Минск 

Laptik Inna O. – Postgraduate Student 

13a, Sverdlov Str., 220006, Minsk 

inna.laptik@yandex.ruБелорусский государственный технологический университетБеларусьBelarusian State Technological UniversityBelarus202629082026704329335Copyright © Прокопчук Н.Р., Лаптик И.О., 20262026Прокопчук Н.Р., Лаптик И.О.Prokopchuk N.R., Laptik I.O.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.belnauka.by/jour/article/view/1325

Впервые установлены особенности эффекта Ребиндера в сшитой эпоксидной матрице, содержащей сверхмалые количества (0,005–0,1 мас. %) наночастиц УДА СП, АШ-А, TiO2, ZnO, Al2O3, SiO2. Оценено адсорбционное понижение водой прочности при ударе и твердости наномодифицированных покрытий по стали в сравнении с немодифицированными покрытиями. Предлагаемый механизм снижения эффекта Ребиндера наночастицами заключается в следующем. В результате взаимодействия электрических зарядов на поверхности наночастиц с диполями полярных эпоксидных и гидроксильных групп в макромолекулах эпоксидной смолы образуются силы Ван-дер-Ваальса, дополнительные к существующим поперечным химическим связям отвердителя. В результате образуется система по типу взаимопроникающих сеток. Сегментальные движения на участках макромолекул между узлами химической сетки замедляются, потенциальный барьер разрыва химических связей в макромолекулах эпоксидной смолы повышается. Прочность при ударе и твердость покрытий возрастают. Установлена корреляция между значением компенсации эффекта Ребиндера и величиной электрического заряда на поверхности наночастиц. Таким образом, наномодифицирование эпоксидных покрытий даже сверхмалыми количествами наночастиц (0,005 мас. %) позволяет существенно снизить отрицательное действие эффекта Ребиндера, вызываемого водой. Это имеет важное практическое значение, так как антикоррозионные покрытия, эксплуатируемые в атмосфере, периодически подвергаются воздействию осадков.

For the first time, we have established the features of the Rebinder effect in a cross-linked epoxy matrix containing ultra-small amounts (0.005–0.1 wt. %) of UDA SP, ASH-A, TiO2, ZnO, Al2O3, SiO2 nanoparticles. The waterinduced adsorption reduction of impact strength and hardness of nanomodified coatings on steel was evaluated in comparison with non-modified coatings. The proposed mechanism for the reduction of the Rebinder effect by nanoparticles is as follows. As a result of the interaction of electric charges on the surface of nanoparticles with the dipoles of polar epoxy and hydroxyl groups in the macromolecules of epoxy resin, Van der Waals forces form in addition to the existing cross-linking chemical bonds of the hardener. As a result, an interpenetrating network-type system is formed. The mobility of the macromolecule segments between cross-link nodes is reduced, and the energy barrier for bond rupture in epoxy resin macromolecules increases. The impact strength and hardness of coatings increase. A correlation has been established between the degree of compensation for the Rebinder effect and the magnitude of the electric charge on the nanoparticle surface. Thus, the nanomodification of epoxy coatings with even ultra-small amounts of nanoparticles (0.005 wt. %) makes it possible to significantly reduce the negative impact of the Rebinder effect caused by water. This is of great practical importance, since anti-corrosion coatings operated in the atmosphere are periodically exposed to precipitation.

эпоксидная смолаэффект Ребиндерананочастицытвердостьпрочность при удареepoxy resinRebinder effectnanoparticleshardnessimpact strengthРабота финансировалось в рамках ГПНИ «Современное материаловедение, перспективные материалы и новые технологии», подпрограмма «Наноструктуры, наноматериалы и технологии» на 2026– 2030 годы, НИР «Наномодифицирование ПА-6 и эпоксидных смол наночастицами различной природы для улучшения комплекса их эксплуатационных свойств».The work was funded as part of the State Program “Modern materials science, promising materials, and new technologies”, subprogram “Nanostructures, nanomaterials, and technologies” for 2026–2030, “Nanomodification of PA-6 and epoxy resins with nanoparticles of various natures to improve their performance pro­ perties”.ReferencesРебиндер, П. А. Избранные труды. Поверхностные явления в дисперсных системах. Физико-химическая механика / П. А. Ребиндер; под общ. ред. Г. И. Фукс, Н. В. Перцов. – М., 1979. – 384 с.Rebinder P. A. Selected works. Surface Phenomena in Dispersed Systems. Physico-Chemical Mechanics. Moscow, 1979. 384 p. (in Russian).Тынный, А. Н. Прочность и разрушение полимеров при воздействии жидких сред / А. Н. Тынный. – Киев, 1975. – 208 с.Tynnyy A. N. Strength and Destruction of Polymers under the Influence of Liquid Media. Kiev, 1975. 208 p. (in Russian).Волынский, А. Л. Особенности эффекта Ребиндера в полимерах. Обзор / А. Л. Волынский, Н. Ф. Бакеев // Физикохимия поверхности и защита материалов. – 2013. – Т. 49, № 5. – С. 451–470. https://doi.org/10.7868/S0044185613050100Volynskii A. L., Bakeev N. F. Regularities of the Rehbinder effect in polymers. Review. Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces, 2013, vol. 49, no. 5, pp. 493–509. https://doi.org/10.1134/s2070205113050109Малкин, А. И. Закономерности и механизмы эффекта Ребиндера / А. И. Малкин // Коллоидный журнал. – 2012. – Т. 74, № 2. – С. 239–256.Malkin A. I. Regularities and mechanisms of the Rehbinder’s effect. Colloid Journal, 2012, vol. 74, no. 2, pp. 223–238. https://doi.org/10.1134/s1061933x12020068Структурный подход к исследованию механизма деформации аморфных полимеров / А. Л. Волынский, А. И. Кулебякина, Д. А. Панчук [и др.] // Высокомолекулярные соединения. Серия А. – 2007. – Т. 49, № 12. – С. 2063–2084.Volynskii A. L., Kulebyakina A. I., Panchuk D. A., Moiseeva S. V., Bol’shakova A. V., Grokhovskaya T. E., Yarysheva L. M., Kechek’yan A. S., Bazhenov S. L., Bakeev N. F. Structural approach to the study of deformation mechanism of amorphous polymers. Polymer Science, Series A, 2007, vol. 49, no. 12, p. 1265–1283. https://doi.org/10.1134/s0965545x07120048Общие закономерности формирования и структура металлонаполненных полимерных нанокомпозиций на основе крейзованных полимерных матриц / О. В. Аржакова, С. Ю. Ермушева, Л. М. Ярышева [и др.] // Высокомолекулярные соединения. Серия А. – 2003. – Т. 45, № 6. – С. 955–962.Arzhakova O. V., Ermusheva S. Yu., Yarysheva L. M., Volynskii A. L., Bakeev N. F. General features of formation and structure of metal-filled polymer nanocompositions based on crazed polymer matrices. Polymer Science, Series A, 2003, vol. 45, no. 6, pp. 573–578.Структура и стабильность олигомер-полимерных смесей на основе полиэтилентерефталата, деформированного по механизму крейзинга / А. Ю. Ярышева, В. В. Полянская, Е. Г. Рухля [и др.] // Коллоидный журнал. – 2011. – Т. 73, № 4. – С. 565–571.Yarysheva A. Yu., Polyanskaya V. V., Dement’ev A. I., Rukhlya E. G., Volynskii A. L., Bakeev N. F. Structure and stability of oligomer-polymer blends based on poly(ethylene terephthalate) deformed by crazing mechanism. Colloid Journal, 2011, vol. 73, no. 4, pp. 575–580. https://doi.org/10.1134/s1061933x11040193Ярышева, Л. М. Крейзинг как метод создания пористых материалов / Л. М. Ярышева, А. Л. Волынский, Н. Ф. Бакеев // Высокомолекулярные соединения. Серия Б. – 1993. – Т. 35, № 7. – С. 913–921 (на англ. яз.).Yarysheva L. M., Volynskij A. L., Bakeev N. F Environmental crazing as a method of preparation of porous materials. Vysokomolekulyarnye soedineniya. Seriya B [Polymer Science. Series B], 1993, vol. 35, no. 7, pp. 913–921.Кристаллизация гидроксиапатита в пористых полимерных матрицах, полученных по механизму крейзинга / Н. Ф. Бакеев, А. Л. Волынский, Н. И. Никанорова [и др.] // Доклады Академии наук. – 2009. – Т. 426, № 1. – С. 63–65.Bakeev N. F., Volynskii A. L., Nikonorova N. I., Abramchuk S. S., Trofimchuk E. S., Fadeeva I. V., Barinov S. M. Hydroxyapatite crystallization in porous polymer matrices produced by crazing. Doklady Chemistry, 2009, vol. 426, pp. 111–113. https://doi.org/10.1134/s001250080905005xТрофимчук, Е. С. Получение пленочных композитов на основе крейзованных полимеров и наночастиц силиказоля / Е. С. Трофимчук, Н. И. Никонорова, Е. А. Нестерова [и др.] // Российские нанотехнологии. – 2009. – Т. 4, № 9–10. – С. 164–166.Trofimchuk E. S., Nikonorova N. I., Nesterova E. A., Muzafarov A. M., Meshkov I. B., Volynskii A. L., Bakeev N. F. Preparing film composites based on crazed polymers and silica sol nanoparticles. Nanotechnologies in Russia, 2009, vol. 4, pp. 736–740. https://doi.org/10.1134/s199507800909016xМалкин, А. И. Эффект Ребиндера в разрушении металлов и горных пород / А. И. Малкин, Д. А. Попов // Физика металлов и металловедение. – 2022. – Т. 123, № 12. – С. 1313–1324. https://doi.org/10.31857/S0015323022600678Malkin A. I., Popov D. A. The Rebinder effect in fracturing of metals and rocks. Physics of Metals and Metallography, 2022, vol. 123, pp. 1234–1244. https://doi.org/10.1134/s0031918x22601585Лепин, И. В. Адсорбционное понижение прочности сорбентов и катализаторов / И. В. Лепин, Т. К. Григорова, В. И. Соколенко // Вопросы атомной науки и техники. – 2018. – № 5. – С. 87–91 (на англ. яз.).Lepin I. V., Grigorova T. K., Sokolenko V. I. Adsorptive strength reduction of sorbents and catalysts. Problems of Atomic Science and Technology, 2018, vol. 117, no. 5, pp. 87–91.Эффект Ребиндера при испытаниях жаропрочных сплавов в контакте с расплавами солей / Л. Б. Гецов, М. Ю. Баландина, А. И. Грищенко [и др.] // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 2021. – Т. 87, № 10. – С. 54–62. https://doi.org/10.26896/1028-6861-2021-87-10-54-62Getsov L. B., Balandina M. Yu., Grishchenko A. I., Laptev A. B., Puzanov A. I The Rehbinder effect in tests of superalloys in contact with molten salts. Zavodskaya laboratoriya. Diagnostika materialov = Industrial Laboratory. Diagnostics of Materials, 2021, vol. 87, no. 10, pp. 54–62 (in Russian). https://doi.org/10.26896/1028-6861-2021-87-10-54-62Прокопчук, Н. Р. Роль энергетического состояния поверхности наночастиц в формировании структуры и свойств полимерных нанокомпозитов / Н. Р. Прокопчук, И. О. Лаптик // Полимерные материалы и технологии. – 2025. – Т. 11, № 3. – С. 28– 35. https://doi.org/10.32864/polymmattech-2025-11-3-28-35Prokopchuk N. R., Laptik I. O. The role of the energy state of the nanoparticle surface in the formation of the structure and properties of polymer nanocomposites. Polimernye materialy i tekhnologii [Polymer Materials and Technologies], 2025, vol. 11, no. 3, pp. 28–35. https://doi.org/10.32864/polymmattech-2025-11-3-28-35Карякина, М. И. Лабораторный практикум по испытанию лакокрасочных материалов и покрытий. – М., 1977. – 240 с.Karyakina M. I. Laboratory Practice on Testing of Paint and Varnish Materials and Coatings. Moscow, 1977. 240 p. (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.