Целью представленной работы являлось изучение возможности создания недорогого, но достаточно эффективного полимерного связующего материала для синтактных пенопластов различного назначения.
В качестве объекта исследований была выбрана система на основе олигопипериленстирола [ОППС], тетраэтоксисилана [ТЭС] и тетрапропоксисилана [ТПС]. Олигомер производится в промышленном масштабе и характеризуется приемлемой стоимостью. К недостаткам ОППС относят обычно низкую теплостойкость, чувствительность к воздействию ультрафиолетового излучения, низкую устойчивость к воздействию алифатических углеводородов и других органических растворителей. В связи с этим авторами было сделано предположение, что введение алкоксисиланов может привести к возрастанию физико-механических и эксплуатационных характеристик материала[1].
Как показали исследования, выбранные в работе алкоксисиланы полностью совместимы с олигомером во всех соотношениях. На первом этапе исследовалась кинетика взаимодействия ОППС и ТЭС. Взаимодействие алкосисиланов с ОППС предполагает образование трехмерной сшитой структуры[2]. Для экспериментального подтверждения наличия гель - фракции был использован аппарат Сокслета для экстракции растворимых линейных полимерных фракций. Экстракция проводилась в среде толуола. Полученные данные показали, что степень сшивки определяется как температурой и временем отверждения, так и составом исходной композиции. При комнатной температуре в течение трех месяцев степень сшивки не превышала 23%. Увеличению степени сшивки способствует повышение содержания ТЭС в композиции. С повышением температуры процесс начинает в значительной степени ускоряться. Так, например, при температуре 150оС наличие нерастворимой фракции достигает 97%.
Было сделано теоретическое предположение о возможности образования химических связей между ТЭС и ТПС. Это предположение было подтверждено исследованиями с помощью ИК-спектроскопии отвержденных на воздухе полимерных пленок ТЭС–ОППС и ТПС-ОППС. На ИК – спектрограммах четко прослеживается полоса в области 900-700см-1, которая отвечает колебаниям связи Si-C. В исходных компонентах эта полоса не прослеживается. Таким образом, исследования подтверждают тот факт, что действительно вследствие наличия реакционноспособных групп в алкоксисиланах и кратных связей в ОППС при обычных условиях образуется частично сшитый полимер, содержащий как силоксановые, так частично и карбосилановые группы. Вследствие наличия вышеуказанных групп, связующее приобретает сильнейшие гидрофобные свойства. При этом возникает реальная возможность использования данной композиции не только в качестве эффективного полимерного связующего, но и в качестве гидрофобизирующего материала.
Одной из важных характеристик связующего являются его реологические характеристики. Исследования показали, что введение в олигомер алкоксисиланов приводит к значительному снижению кинематической вязкости связующего[3]. Алкоксисиланы фактически являются активными разбавителями олигомера, что положительно сказывается на возможности использования исследуемой системы в различных полимерных композициях, в том числе и в пропиточных составах.
Одним из основных условий проявления высоких физико-механических свойств полимерных композиций является наличие достаточной адгезии между связующим и наполнителем. Адгезионные характеристики определяли на приборе ПСО- 5МГ4. В качестве образца использовались пластины из натрийборсиликатного стекла. После сушки полимерного связующего в течение 72 часов на покрытие цианакрилатным клеем наклеивались стальные грибки и проводились испытания по определению предела прочности при отрыве. Максимальные значения предела прочности при отрыве достигаются при концентрации алкоксисиланов 20-25%.
Несмотря на несколько более высокие физико-механические показатели композиций с ТПС, на практике предпочтительней использование рецептур содержащих ТЭС. Это связано не только с большей доступностью последнего, но и с его меньшей токсичностью[4].
Одним из возможных применений разработанного связующего может являться его использование в теплоизоляционных и теплозащитных композициях. Так, в настоящее время проводятся испытания синтактного пенопласта, представляющего собой композицию на основе разработанного связующего, наполненного полыми стеклянными микросферами[5]. Материал при кажущейся плотности 320 кг/м3 имеет достаточно высокие физико-механические показатели (предел прочности при сжатии 3,4 МПа) и при этом коэффициент теплопроводности пенопласта не превышает значения 0,08-0,09 Вт/м×К. Таким образом, проведенные исследования показали реальную возможность практического применения разработанных композиций на основе олигопипериленстирола и алкоксисиланов в качестве связующих для синтактных пенопластов.