КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ПОЛИУРЕТАНА И МЕЗОПОРИСТОГО КРЕМНЕЗЕМА. СТРУКТУРА И СВОЙСТВА Волкова Е.Р.,Кондрашова Н.Б.

Институт технической химии УрО РАН


Номер: 6-1
Год: 2016
Страницы: 31-34
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

полиуретановый композит, мезопористый кремнезем (МСМ-48), реология, прочность, структура, КР спектроскопия, polyurethane composite, mesoporous silica (МСМ-48), rheology, strength, structure, Raman spectroscopy

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

Изучено влияние мезопористого кремнезема на структуру, реологические и физико-механические свойства полиуретанов низкотемпературного отверждения. Установлено, что введение в полиуретановую композицию мезопористого SiOтипа МСМ-48, модифицированного NiO, позволяет улучшить технологические и эксплуатационные свойства готового материала.

Текст научной статьи

В последние годы активно развивается направление, связанное с применением мезопористых материалов на основе диоксида кремния (кремнезема) (МК) с высокой удельной поверхностью, наноразмерными организованными порами и высокой концентрацией гидроксильных групп, в качестве активных наполнителей полимеров [1, 41; 2, 393; 3, 4719]. Нами установлено, что наноматериалы на основе SiO2 (МСМ-48), модифицированные оксидами металлов, могут быть использованы в качестве полифункциональных модификаторов, выполняющих одновременно функции катализаторов отверждения и усиливающих наполнителей полиуретановых систем на основе смеси гидроксилсодержащих олигомеров и полиизоцианата (ПИЦ) [4, 21; 5, 5]. В данной работе исследовано влияние никельоксидных кремнезёмных композитов на структуру и свойства жестких полиуретанов. В качестве объектов исследования рассмотрены композиции на основе смеси гидроксилсодержащих олигомеров и ПИЦ, используемые для изготовления высокопрочных полиуретановых материалов (ПУМ) [5, 5; 6, 46] и клеевых полиуретановых композиций низкотемпературного отверждения [7, 10]. В качестве наноразмерных наполнителей выбраны МСМ-48 с удельной поверхностью 1608 м2/г и МК [8, 275], поверхность которого модифицирована NiO различными методами. Материал МСМ-48/NiO (I) получали методом прямого гидротермального синтеза (Sуд. = 917 м2/г). МСМ-48/NiO (II) синтезировали методом постсинтетической модификации кремнезёмной основы МСМ-48 (Sуд. = 1145 м2/г). Реологические исследования проводили на ротационном вискозиметре RHEOTEST 2.1 (Германия) с рабочим узлом конус - плита при температуре 25±1°C и скорости сдвига 180 с-1. По результатам реологических испытаний были построены кинетические кривые η(t), характеризующие изменение динамической вязкости реакционной массы во времени, определены константы скорости реакции k. Физико-механические характеристики ПУМ (относительную критическую деформацию ε и модуль Юнга Е - напряжение при растяжении 1%-5%) определяли на универсальной машине INSTRON 3365 (Великобритания) при температуре 25±1°С и скорости растяжения 0.056 с-1. Спектры комбинационного рассеяния (КР) света записывали на многофункциональном КР спектрометре SENTERRA (Германия), длина волны возбуждения 785 нм. Составы и свойства исследуемых ПУМ представлены в табл. 1. Изменение вязкости композиций в процессе отверждения при комнатной температуре показано на рис. 1. Таблица 1 Состав и свойства полиуретановых композиций Шифр образца Наполнитель k, мин-1 σр, МПа Е, МПа ε, % ПУМ-1 - 0.37 48.3 430 17 ПУМ-2 МСМ-48 0.42 40.9 410 14 ПУМ-3 МСМ-48/NiO (I) 0.47 53.7 760 12 ПУМ-4 МСМ-48/NiO (II) 0.53 64.5 800 10 Рис. 1 - Реокинетика изменения вязкости полиуретановых композиций Из рис. 1 и табл. 1 видно, что введение в полимерную композицию МСМ-48/NiO позволяет существенно повысить скорость отверждения ПУМ и, соответственно, сократить время жизнеспособности реакционной массы при температуре 25±1°С, причем наполнитель МСМ-48/NiO (II) оказывается эффективнее материала МСМ-48/NiO (I). Улучшение физико-механических свойств полиуретанов в присутствии активных наполнителей происходит в результате структурной перестройки полимера. Эффект усиления объясняется формированием физической сетки супрамолекулярных структур, самоорганизующихся под действием силовых полей высокоактивных наночастиц. Изменение структуры полимера в присутствии наполнителей исследовали методом КР спектроскопии по состоянию водородных связей в области валентных колебаний С=О (Амид I), 1690-1750 см-1. Для сравнения спектров определяли относительную интенсивность Iотн.i = Аi/ΣАi (где Аi и ΣАi - интегральная интенсивность i-той полосы и суммарная интенсивность соответственно). Результаты обработки КР спектров приведены на рис. 2 в формате 3D. По результатам КР спектроскопии было определено относительное поглощение двух карбонильных пиков R=D1702/D1728, характеризующее степень участия карбонилов в водородных связях или степень упорядоченности жестких сегментов [9, 188]. Таким образом, композит ПУМ-4 (R = 0.53) имеет более регулярную структуру, чем объясняются повышенные прочностные характеристики полиуретанового материала, синтезированного в присутствии МСМ-48/NiO (II). Рис. 2 - Гистограмма микроструктуры ПУМ по результатам КР спектроскопии в области Амид I По результатам исследования микроструктуры, реологических и физико-механических свойств жестких ПУМ низкотемпературного отверждения установлено, что введение в полиуретановую композицию мезопористого SiO2 типа МСМ-48, модифицированного NiO методом постсинтетической модификации кремнезёмной основы МСМ-48, позволяет повысить прочность и модуль Юнга материала в 1.3, и ~1.9 раза соответственно, по сравнению с ненаполненным ПУМ. При этом скорость отверждения реакционной смеси при комнатной температуре повышается в ~1.4 раза.

Научные конференции

 

(c) Архив публикаций научного журнала. Полное или частичное копирование материалов сайта возможно только с письменного разрешения администрации, а также с указанием прямой активной ссылки на источник.