1. Введение

Среди разнообразных полимерных материалов, которые нашли применение в народном хозяйстве, полиуретаны занимают важное место. Внимание к этим полимерам в последнее время повысилось, что объясняется комплексом ценных эксплуатационных свойств, а именно высокой прочностью, высоким относительным удлинением, устойчивостью гидролитическому воздействию и устойчивости к воздействию некоторых видов агрессивных сред. Все чаще полиуретаны находят применение в качестве защитных покрытий.

Но, не смотря на прекрасный внешний вид, полиуретаны имеют ряд недостатков, главными из которых являются высокая восприимчивость отвердителя к влаге окружающей среды, недостаточная твердость и прочность полученных покрытий [1] Кроме того, полиуретановые материалы обладают низкой устойчивостью к воздействию к термической и термоокислительной деструкции. В связи с этим, модификация полиуретана является перспективным способом изменения первоначальных свойств полимерного материала, а именно путем создания полимерной полиуретановой композиции на основе кремнийорганического гидрофобизирующего модификатора – полиметилфенилсилоксана.

Целью данной работы являлось исследование эксплуатационных свойств полимерного покрытия на основе однокомпонентного полиуретана модифицированного полиоргансилоксаном.

2. Объекты и методы исследования

Для устранения вышеприведенных недостатков, полимерные полиуретановые композиции можно модифицировать различными химическими соединениями. В ранее опубликованных работах рассматривались полимерные композиции, модифицированные различными органическими соединениями. Однако, в подобных композициях сохранялась достаточно высокая горючесть и незначительная адгезия по отношению ко многим строительным материалам.

Как показывают практические исследования, некоторые кремнийорганические соединения хорошо зарекомендовали себя в качестве модификаторов полимерных композиций, например, полиорганосилоксаны.

Полиорганосилоксаны характеризуются высокой термической стойкостью, что обусловлено высокой энергией и полярностью связи Si — О. Органические радикалы у атома кремния стойки к термоокислению из-за поляризации связи Si— С.

 Наряду с высокой термостойкостью представители этой группы, в частности полиметилфенилсилоксан, который был выбран в качестве модификатора, обладает морозостойкостью, гидрофобностью, негорючестью и высокими электроизоляционными показателями. Покрытия на основе полиметилфенилсилоксанов стойки к действию различных химических реагентов, не подвержены мелению под действием атмосферных факторов, обладают хорошей атмосферо - и влагостойкостью, повышенной термостабильностью, низким давлением насыщенных паров и испаряемостью и высокой температурой вспышки [2].

В качестве полиуретанового компонента был выбран полиуретановый форполимер на основе простого полиэфира Лапрола 1052 и толуилендиизоцианата. Изоцианаты содержат группу –N=C=O с высокой степенью ненасыщенности и легко вступают во взаимодействие с большим количеством соединений, а также реагируют между собой. Изоцианаты могут реагировать почти с любыми соединениями, содержащими подвижные атомы водорода. Некоторые реакции могут идти без переноса водорода. Как правило присоединение происходит по двойной связи N=C и лишь при определенных условиях по С=О группе [3]. Содержание свободных NCO-групп в готовом форполимере 18%, динамическая вязкость – 4500 мПа*с. Форполимер был выбран для получения оптимальных свойств отвержденного покрытиях[3].

Большое количество жестких сегментов в строении толуилендиизоцианата и его способность к кристаллизации делает отвержденное покрытие более твердым, его стойкость к абразивным нагрузкам увеличивается.

Кремнийорганический олигомер – полиметилфенилсилоксан, был выбран в качестве модификатора. Наличие реакционноспособных гидроксильных групп в боковой цепи, высокая термостойкость (до 300ºС) в отвержденном состоянии и низкое влагопоглощение являются основными его характеристиками. Молекула силоксана может принимать различные конформации благодаря малому пределу вращения и большой длине химических связей, из-за чего, фенильные и метильные радикалы появляются на поверхности макромолекулы, и это увеличивает поверхностное натяжение всей пленки[4].

Для определения эффекта модификации полиуретанового форполимера полиметилфенилсилоксаном использовали некоторые методы.

Влагопоглощение модифицированной и не модифицированной пленок определяли по ГОСТ 2678-94, краевой угол смачивания определяли по ГОСТ 7934.2-74, с помощью адгезиметра ПСО - МГ4 определяли адгезию на стекле по ГОСТ 28574 - 90, при определении относительной твердости использовали маятниковый прибор М-3 по ГОСТ 5233-89 [5].

Нанесение композиций на поверхность полимерных пленок для следующих испытаний проводили при температуре 20°С и относительной влажности воздуха 75%. С помощью специализированной фильеры с регулируемым зазором композиция наносилась на зеркальное стекло. Толщина отвержденного покрытия составляла 50 мкм.

2. Результаты исследований

Была высказана гипотеза о механизме взаимодействия однокомпонентного полиуретана и полиметилфенилсилоксана, о возможности образования химических связей между этими веществами. Продукт взаимодействия форполимера и полиметилфенилсилоксана вероятно представляет собой трехмерно-сшитый полимер, в котором макромолекулы полиуретана сшиты молекулами кремнийорганического соединения. В основе этой химической связи лежит механизм взаимодействия изоцианатных групп с гидроксильными группами силоксана [5,6].

Образованная связь Si – O – C оказывает значительное влияние на физико-механические характеристики пленки и на структуру ее поверхности. Исследование относительной твердости покрытий показало (рис.1), что введение полиметилфенилсилоксана увеличивает время отверждения полимерного покрытия. Содержание модификатора до 5% незначительно сказывается на его твердости. Но при содержании полиметилфенилсилоксана в количестве 10% можно наблюдать существенное снижение относительной твердости полимерного покрытия более, чем в полтора раза.