CC BY
202
УДК547-304.2; 547-311; 667.6
Л. И. Билялов, К. А. Медведева, Е. Н. Черезова,
Е. М. Готлиб, А. И. Хасанов
МОДИФИКАЦИЯ ЭПОКСИДНОГО ПОЛИМЕРА ЛАПРОЛАТОМ 803
И ИЗУЧЕНИЕ ЕГО ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
Ключевые слова: Лапролат 803, эпоксидные полимеры.
Изучено влияние модификатора Лапролата 803 на физико-механические характеристики эпоксидно-уретановых композиций. Установлено, что использование данного модификатора позволяет увеличить адгезионные и прочностные характеристики материалов.
Keywords: Laprolat 803epoxy polymers.
The effect of the modifier Laprolat 803 on the physical and mechanical properties of epoxy-urethane compositions was examined. It was found that the use of the modifier increases the adhesion and strength properties of materials.
Введение
Эпоксидные полимерные материалы широко используются в различных областях промышленности и строительства. Это обусловлено возможностью придания им требуемых свойств, как за счет использования различных отверждающих систем, так и введением разнообразных модификаторов [1, 2, 3]. В частности, модификация эпоксидных полимеров диизоцианатами, которые реагируют с гидроксильными группами эпоксидной смолы с образованием уретановых связей -ЫН-С(0)0-, приводит к увеличению адгезии в 1,5-3 раза. Недостатком изоцианатных модификаторов является их высокая токсичность. Уретановые группы образуются также при реакции циклокарбонатов с аминами. С этих позиций циклокарбонаты интересны, как модификаторы эпоксидных смол, отверждаемых аминами.
Целью данной работы является исследование влияния олигомерного
циклокарбоната лапролат 803 на физикомеханические свойства эпоксидных полимеров, отвержденных аминными отвердителями различной структуры.
Экспериментальная часть
В работе использованы: смола эпоксидная ЭД-20 (ГОСТ 10587-84); лапролат 803 (Л-803) (ТУ 2226-034-10488057-2003, количество
циклокарбонатных групп 21,2%); отвердители для эпоксидных смол гексаметилендиамин (ГМДА, ТУ 6-09-36-73), АФ-2 (ТУ 2494-052-00205423-2004, содержание элементного азота 21 %мас.),
полиаминоалкилфенол (ПАФ [4], содержание элементного азота 19 %мас.). Элементный анализ на азот был проведен на анализаторе Е1ешеШ:аг Уапо Е1СиЬе НСШ-0.
Адгезионная прочность клеевого соединения с алюминиевой подложкой определена методом сдвига по методике [5] (размеры
склеиваемого участка 1х2 см) на измерительной машине «ТеБТ вшЬН». Прочность на удар измерена на приборе МИНПРИБОР У1-А в соответствии [6]. Прочность на изгиб определена на приборе «Изгиб»
фирмы Градиент-техно в соответствии методикой [7]. Водопоглощение измеряли в соответствии с методикой [8].
Результаты и их обсуждение
Известно, что реакционная способность циклокарбонатных групп по отношению к аминам ниже, чем у эпоксидных групп [9]. В связи с этим, для достижения более высокой конверсии циклокарбонатных групп, получение
эпоксиполимера, включающего циклокарбонатную составляющую, проводили в две стадии. На первой стадии смешивали циклокарбонат Л-803 с
отвердителем, взятым в количестве, необходимом для отверждения всей композиции, из расчета на эпоксидные и циклокарбонатные функциональные группы (ЭД-20+Л-803) (табл. 1) и выдерживали смесь в термошкафу при 50 °С в течение трех часов.
Таблица 1 - Состав полимерных композиций
Ингредиенты, мас.ч.
ЭД^ Л^3 АФ-2 ПАФ ГМДА
1GG G 3G 3G 13,7
9G 1G 2S,5 2S,5 13,1
7G 3G 25,5 25,5 11,S
5G 5G 22,4 22,4 1G,5
Выбор температуры обусловлен литературными данными об ускорении реакции между аминами и циклокарбонатами при повышенной температуре [10, 11]. На второй стадии в полученную реакционную массу вводили эпоксидную смолу, тщательно перемешивали и выдерживали в термошкафу при 50 °С в течение трех часов.
Для выявления влияния структуры сшивающего агента на свойства эпоксидного полимерного материала в ходе работы были использованы алкил- и ариламины. В ходе выдержки при 50 оС смеси Л-803 с отвердителями АФ-2 и ГМДА, вязкость реакционной массы возрастала, что не позволяло проводить
равномерное распределение эпоксидной смолы в композиции на второй стадии. Максимально возможная дозировка Л-803 при использовании в качестве отвердителя АФ-2 составляла 10 %мас., при использовании ГМДА при тех же условиях, количество модификатора не должно превышать 30 %мас. (табл. 2). Вследствие этого, указанные композиции были испытаны только при низких соотношениях Л-803: ЭД-20. Отвердитель ПАФ позволяет вводить большее количество Л-803.
Результаты испытания адгезионной прочности эпоксидных полимерных материалов при склеивании алюминиевых пластин показали, что при использовании арил(алкил)аминных отвердителей АФ-2 и ПАФ прочность клеевого соединения возрастает с увеличением вводимого циклокарбонатного модификатора максимально на 22-33 %, а при использовании алкиламинного отвердителя ГМДА прочность клеевого соединения падает (табл. 2). При этом ударная прочность покрытий, содержащих Л-803, в целом значительно выше, чем у не модифицированного
эпоксиполимера (табл. 2). Введение
циклокарбонатного модификатора также приводит к значительному увеличению эластичности полимерных покрытий, сформированных на стальной подложке (табл. 2).
Таблица 2 - Эксплуатационные характеристики композиций, полученных на основе смолы ЭД-20 и модификтора Лапролат-803
ЭД-20 / Л-803, мас. ч. Отвердитель
ПАФ АФ-2 ГМДА
Адгезионная прочность, МПа
100 / 0 7,6 7,01 12,51
90 / 10 8,9 8,65 11,5
80 / 20 8,95 - 10,03
70 / 30 9,42 - 8,51
50 / 50 9,1 - -
Прочность при ударе*, см
100 / 0 10 0 10
90 / 10 45 15 50
80 / 20 50 - 50
70 / 30 50 - 50
50 / 50 50 - -
Прочность при изгибе**, мм
100 / 0 0 0 20
90 / 10 20 0 1
80 / 20 1 - 1
70 / 30 1 - 1
50 / 50 1 - -
* пределы шкалы прибора от 0 до 50 см ** диаметр цилиндров в наборе от 20 до 1 мм
Водопоглощение модифицированных
эпоксидных покрытий, отвержденных ПАФ и ГМДА, представлены на рисунках 1 и 2. Как видно из диаграмм, эпоксидные полимеры, отвержденные арил(алкил)амином ПАФ, при введении более
30%мас. Л-803 имеют высокий показатель
водопоглощения, введение модификатора Л-803 в композиции, отвержденные алкиламинным отвердителем ГМДА, позволяет в 2-3 раза повысить водостойкость эпоксидных полимеров.
Рис. 1 - Водопоглощение пленок полимерных композиций состава (ЭД-20+Л-803+ПАФ)
Рис. 2 - Водопоглощение пленок полимерных композиций состава (ЭД-20+Л-803+ГМДА)
В целом, улучшенный комплекс свойств приобретает эпоксиполимер, отвержденный ПАФ, содержащий модификатор Л-803 в количестве 30 % мас.
Литература
1. Л.Я. Мошинский, Э.С. Белая. Отвердители для эпоксидных смол. НИИТЭХИМ, Москва,1983, 38 с.
2. К.А. Медведева, Е.Н. Черезова, Т.А. Мангушева, Л.М. Пилишкина. Вестник Казан. Технол. Ун-та. 14, 18, 313315 (2011)
3. Р.М. Гарипов, А.Х Гумаров, М.В Колпакова, О.В. Стоянов. Вестник Казан. Технол. Ун-та. 18, 18, 81-83 (2011)
4. К.А. Медведева, Е.Н. Черезова, В сб. Композиционные материалы. Киев, 2010. С. 77-79
5. ГОСТ 14759-69. Клеи. Метод определения прочности
при сдвиге; введ. 1970-01-01.- М.: ИПК изд-во
стандартов, 1999.-3 с.
6. ГОСТ 4765-73. Материалы лакокрасочные. Метод определения прочности при ударе; введ. 1974-07-01. -М.: ИПК изд-во стандартов, 1994. - 6 с.
7. ГОСТ 6806-73 Материалы лакокрасочные. Метод определения эластичности пленки при изгибе; введ. 1974-07-01. - М.: ИПК изд-во стандартов, 1988. - 6 с.
8. ГОСТ 21513-76. Материалы лакокрасочные. Методы определения водо- и влагопоглощения лакокрасочной пленкой; введ. 1977-01-01. - М.: ИПК изд-во стандартов, 1993. - 6 с.
9. P.G. Parzuchowski, M. Jurczyk-Kowalska, J. Ryszkowska, G. Rokicki. Journal of Applied Polymer Science Parzuchowski. 1G2, РР, 29G4-2914 (2GG6)
1G. Пат. РФ 2263126, (2GG5)
11. Пат. РФ 2GS4467, (1997)
© Л. И. Билялов - магистр КНИТУ; К. А. Медведева - асп. каф. технологии синтетического каучука КНИТУ, ksmedvedeva@ramb1er.ru; Е. Н. Черезова - д.х.н., проф. той же кафедры, cherezove@ramb1er.ru; Е.М. Готлиб - д.т.н., проф. той же кафедры; А.И. Хасанов - асс. каф. ТПМ КНИТУ.
