Электронный научный журнал
Международный студенческий научный вестник
ISSN 2409-529X

ТОНКОСЛОЙНЫЕ ПОКРЫТИЯ НА ОСНОВЕ ВЫСОКОНАПОЛНЕННЫХ СИНТАКТНЫХ ПЕНОПЛАСТАСТОВ С СИЛОКСАНОВЫМ СВЯЗУЮЩИМ

Багирова О.В. 1
1 Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых
В настоящее время во многих зарубежных странах проводятся исследования, направленные на изучение такого типа пенопластов, как синтактные. Эти пенопласты представляют особый интерес для изучения по нескольким причинам. В работе рассмотрены режимы получения тонкослойных покрытий на основе синтактного пенопласта с олигодиметилсилоксаном в качестве связующего. Выбраны оптимальные технологические параметры для отверждения защитных покрытий (температура, концентрация и др.). Изучены физико-механические характеристики строительных материалов на основе полидиметилсилоксана. Научные разработки новых исходных веществ, наполнителей и композиций на их основе позволяет получать все новые материалы, находящие применение в технике. Таким образом можно сказать, что синтактные пенопласты являются интересным объектом для изучения. Результаты исследований несомненно будут иметь практическую ценность.
синтактные пенопласты
олигодиметилсилоксан
тетраэтоксисилан
связующие
тонкослойные покрытия
1. Адгезия и прочность адгезионных соединений //Под ред. М.Г. Драновского.- М.: МДНТП им. Ф.Э. Дзержинского, 1988. - 327 с.
2. Батяев Е.А., Харитонов Н.П., Кузинец А.С., Бессонов А.А. Исследование газопроницаемостии защитных свойств отвержденных пленок немодифицированного полидиметилфенилсилоксана// ЖПХ, 1981, T.LIV, № 8 .-С. 1927-1929.
3. Брык М.Т., Липатова Т.Э. Физико-химия многокомпонентных полимерных систем,- Киев: Наукова думка, 1986,- 345 с.
4. Брык М.Т. Деструкция наполненных полимеров. - М.: Химия, 1989. - 192 с.
5. Вишняков Н.И. Усиление эластомеров//Итоги наукии техники. Химия и технология ВМС, 1975, № 7,-С .130-146.
6. Соболев В.М., Бородина И.В. Промышленные синтетические каучуки - М.: Химия, 1977,- 392 с.
7. Справочник по композиционным материалам. / Под ред. Дж. Любина: Пер. с англ./ Под ред. Б.Б. Геллера. - М.: Машиностроение, 1988. Кн.2. - 614 с.
8. Чухланов В.Ю., Жилин Д.В. Исследование влияния термостабилизаторов на диэлектрические свойства герметика на основе полидиметилсилоксана.//Авиационные материалы и технологии. ВИАМ. № 4, 2012. с.56-59.
9. Чухланов В.Ю., Сысоев Э.П. Применение полых микросфер в кремнийорганических синтактныхпенопластах // Стекло и керамика, 2000, № 2. - С .11
10. Чухланов В.Ю.,Алексеенко А.Н. Применение синтактных пенопластов с кремнийорганическим и связующими в строительстве// Строительные
материалы, 2001, № 6. - С.26-27.
11. Yu. Chukhlanov, S. S. Kriushenko, and N. V. Chukhlanova. Elastic Polyurethane Foams Modified by Tetraethoxysilane //Theoretical Foundations of Chemical Engineering, 2015, Vol. 49, No. 4, pp. 518-522

Синтактные пенопласты сравнительно давно применяются в различных отраслях науки и тех­ники. Это авиация, космонавтика, машинострое­ние, судостроение, строительство. К достоинствам данных материалов можно отнести высокие фи­зико-механические свойства в сочетании с неболь­шой плотностью. Однако использование полимер­ ной матрицы в качестве связующего приводит к тому, что полимер ограничивает функциональ­ность материала за счет низкой термической устой­чивости и склонности к разложению под действи­ем УФ-излучения. В связи с этим, значительный интерес представляют кремнийорганические свя­зующие, характеризующиеся высокой устойчиво­стью к действию температуры и неблагоприятных атмосферных факторов.

Однако кремнийоргани­ческие связующие характеризуются недостаточно высокими прочностными свойствами. Целью ра­боты являлось нахождение оптимальных техноло­гических режимов получения тонкослойных по­крытий на основе синтактного пенопласта со свя­зующим олигодиметилсилоксаном с концевыми ОН-группами и исследование физико-механичес­ких свойств получаемых материалов.

Рис. 1. Схема реакции органосиланов с концевыми ОН-группами с тетраэтоксисиланом

Таблица 1. Влияние наполнителя на время гелеобразования 17,5% раствора ОДМС в толуоле (Т = 298 К)

Наполнитель,

м.ч. на 100 м.ч. связующего

Концентрация ОН-групп

на поверхности

наполнителя, группы/нм2

Катализатор 18,

масс. ч.

Время

гелеобразования,

мин.

   

-

-

 

2

164±8

-

-

 

6

10±1

150

 

4,2 – 5,7

2

171±7

150

 

4,2 – 5,7

6

9±2

-

10

3

2

Гелеобразования нет

-

10

3

6

420±12

*концентрация гидроксильных групп на поверхности наполнителя [4]

Эксперимент

Превращение линейных низкомолекулярных органосилоксанов с концевыми ОН-группами в трехмерную структуру, проходит под действием тетраэтоксисилана, продуктами его частичного гидролиза (этилсиликат 40) и другими кремнийорганическими соединениями. Катализаторами реакции являются оловоорганические соединения, стеарат свинца и органические соединения других переходных металлов [1-3]. Механизм действия оловоорганических катализаторов объясняют образованием промежуточного активированного комплекса с последующим отщеплением спирта, регенерацией катализатора и образованием силоксановой связи [4-6]. В ходе реакции трехмернойполиконденсации наблюдается образование геля. Появление и увеличение содержания геля сопровождается резким возрастанием вязкости системы. В связи с этим реакция функциональных групп замедляется, и процесс поликонденсации на этой стадии редко доходит до конца.

Предположительно реакция протекает с выделением этилового спирта по схеме, представленной на рисунке 1.

Для полифункциональных мономеров степень превращения в точке гелеобразования зависит от их функциональности [11].

Степень завершения данной реакции (Р) можно рассчитать по формуле (1):

Р = 2/f – 2/х – f (1)

где f – функциональность системы; х – средняя степень поликонденсации.

При высоких значениях х часть уравнения 2/х - f стремится к нулю [7]. Тогда при поликонденсации системы, содержащей эквимолярное соотношение компонентов (на 2 моля диметилсилоксанас концевыми ОН - группами приходится 1 моль тетраэтоксисилана), функциональность которой составляет 2,66; степень завершённости реакции поликонденсации в момент начала гелеобразования составит 2/2 ,6 6 = 0,75.

Влияние стеклянного наполнителя на процесс поликонденсации диметилсилоксана и тетраэтоксисилана может проявиться вследствие наличия ОН - групп на поверхности стекла. Так в работе [8, 10] отмечается, чтоколлоидные частицы аэросила (размером 3-10 нм) могут взаимодействовать с ОН - группами и блокировать, таким образом, доступ отвердителя к ним.

Для определения влияния наполнителя на процесс поликонденсации, был поставлен контрольный эксперимент с использованием композиции, как без наполнителя, так и с наполнителем: аэросилом и полыми микросферами (таблица 1).

Проведённые эксперименты показали, что ПСМ в отличие от аэросила, вследствие более крупных размеров, не оказывают существенного влияния на скорость реакции поликонденсации. Таким образом, в описании кинетики отверждения полидиметилсилоксана, влиянием стеклянных микросфер можно пренебречь, что позволяет значительно упростить описание кинетической схемы процесса.

Выбор оптимальных параметров отверждения

Для получения тонкослойных защитных покрытий перспективным считается метод напыления композиции на защищаемую поверхность [9].

Такой показатель как плотность наполненных композиций с достаточной степенью точности рассчитывается по следующей формуле:

ρm=ρсф/ (1-θсв) + ρсвθсв (2)

где ρсв/, ρсв- усредненная плотность микросфер и связующего соответственно; θсв - объёмная доля связующего.

Причём оптимальным составом считался тот, плотность (ρ) которого максимально приближалась к рассчитанной плотности.

Сравнительные характеристики тонкослойных СП полученных из композиции с различной вязкостью показывают, что определяющим параметром для достижения расчетной плотности СП является вязкость системы. В связи с этим необходимо строго контролировать вязкость композиции в течение всего процесса напыления.

После добавления отверждающего агента композиция напылялась с помощью специализированного пневмораспылителя.

Рис. 2. Выделение растворителя  в  процессе сушки
синтактного  покрытия

Напыление производится послойно. Толщина первого слоя 90-150 мкм, толщина последующих слоев 200 - 400 мкм. Время выдержки каждогослоя на воздухе при температуре 298 К составляет 0,75 ч. После достижения заданной толщины пенопокрытие выдерживают до полного удаления растворителя. Скорость удаления растворителя из СП определяется в значительной степени содержанием ПСМ в композиции (рисунок 2).

Это объясняется адсорбцией растворителя на поверхности микросфер. Данный процесс можно значительно ускорить, используя сушку при повышенных температурах.При этом при повышении температуры на 60 К, время полного удаления растворителя сокращается в 33 раза. Варьируя в небольших пределах концентрацию отвердителя можно без заметного ухудшения физико-механических характеристик наполненного материала регулировать время переработки композиции от 30 минут до 3 часов. Таким образом, проведенные в данной главе исследования позволяют получать защитные покрытия по оптимальным режимам и предварительно оценить свойства получаемых пеноматериалов.

Выводы

Таким образом, для получения покрытия с минимальным подвспенванием и соответственно с наибольшей плотностью упаковки микросфер и снаилучшими физико-механическими свойствами, необходимо соблюдать следующие условия:

- покрытие необходимо наносить в несколько слоев, причем толщина первого слоя должна быть минимальной;

- время живучести композиции должно быть достаточным для полного удаления из нее воздуха;

- температура отверждения должна быть много ниже температуры кипения растворителя, так как возможно подвспенивание материала интенсивно выделяющимися парами жидкости.

Условные обозначения

ОДМС олигодиметилсилоксан

ТЭОС тэтраэтоксисилан

ПСМ полые стеклянные микросферы

СП синтактные пенопласты

ПДМС полидиметилсилоксан


Библиографическая ссылка

Багирова О.В. ТОНКОСЛОЙНЫЕ ПОКРЫТИЯ НА ОСНОВЕ ВЫСОКОНАПОЛНЕННЫХ СИНТАКТНЫХ ПЕНОПЛАСТАСТОВ С СИЛОКСАНОВЫМ СВЯЗУЮЩИМ // Международный студенческий научный вестник. – 2017. – № 3.;
URL: http://eduherald.ru/ru/article/view?id=17204 (дата обращения: 22.10.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074