CC BY
3
ПОЛУЧЕНИЕ УРЕТАНОВОГО ПОКРЫТИЯ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ Джавадов Н.Ф.1, Омарова Г.Д.2, Исазаде И.Ф.3, Исрафилова З.Т.4, Джавадов Э.Н.5, Ахмедов А.Ш.6, Аббасзаде В.М.7, Джавадова Р.М.8, Исрафилов Г.И.9
1Джавадов Нариман Фарман - кандидат технических наук, старший преподаватель; 2Омарова Гюльнара Джамал - кандидат технических наук, 3Исазаде Иса Фариз - магистр, факультет транспортные технологии; 4Исрафилова Зибейда Тарлан - сотрудник, кафедра химии и материаловедения; 5Джавадов Эмин Нариман - инженер НИИТАП, магистрант; 6Ахмедов A3ef Шамиль - инженер-конструктор НИИТАП; 7Аббасзаде Вагиф Мехти - студент, факультет воздушного транспорта; Национальная академия авиации Азербайджана, 8Джавадова Рамиля Мубариз - студент, факультет информатики; Азербайджанский педагогический университет, 9Исрафилов Гадир Искендер - преподаватель, кафедра "Аэрокосмической инженерии "; Военный институт имени Гейдара Алиева, г. Баку, Азербайджанская Республика
Аннотация: уровень современной науки и техники требует новых полимерных изоляционных материалов, обладающих наряду с высокопрочными свойствами, такими как адгезия, разрывноударопрочность химическая стойкость, а также стойкость к разрыву.
Для получения полимерного нанокомпозита, структурированного углеродным наноматериалом одним из основных компонентов являются фуллерены С60-С70, а также высокомолекулярные фуллерены. Наноструктурированные полимеры имеют уникальные химические, физические, биологические, механические, каталитические, оптические и магнитные свойства, которые позволяют их использование в различных отраслях промышленности, науки и техники.
Представленном статье рассмотрены существующие проблемы в вышеуказанных направлении по получения полимерных нанокомпозитов на базе органического матрицы-изготовленного полимера нового поколения и углеродных фуллеренов различного наноразмера.
Уровень современной науки и техники требует уникальных полимерных композиционных материалов нового поколения, обладающих на ряду с многими биологическими, физическими и техническими характеристиками, имеющие также высокопрочные свойства такие как адгезия, высокая разрывная прочность, ударостойкость, широкий предел рабочей температуры и т.д. Целью нашего предлагаемого проекта является разработка методов получения высококачественных и много функциональных композитных материалов.
Ключевые слова: наноуглерод, полиэфируретан, матрица, нановолокна, форполимер, фуллерен.
GETTING A NEW GENERATION OF URETHANE COATING Javadov N.F.1, Omarova G.D.2, Isazade I.F.3, Israfilova Z.T.4, Javadov EN.5, Akhmedov A.Sh.6, Abbaszade V.M.7, Javadova R.M.8, Israfilov G.I.9
Javadov Nariman Farman - candidate of technical sciences, senior lecturer; 2Omarova Gulnara Jamal - candidate of technical sciences, 3Isazadeh Isa Fariz - Master, FACULTY OF TRANSPORT TECHNOLOGIES; 4Israfilova Zibeida Tarlan - employee, DEPARTMENT OF CHEMISTRY AND MATERIALS SCIENCE; 5Javadov Emin Nariman - engineer NIITAP, graduate student; 6Akhmedov Azer Shamil - engineer-designer NIITAP; 7Abbaszadeh Vagif Mehti is a student, FACULTY OF AIR TRANSPORT; AZERBAIJAN NATIONAL ACADEMY OF AVIATION, 8Javadova Ramilya Mubariz - student, FACULTY OF INFORMATICS; AZERBAIJAN PEDAGOGICAL UNIVERSITY, 9Israfilov Gadir Iskender - teacher, DEPARTMENT "AEROSPACEENGINEERING"; HEYDAR ALIYEVMILITARY INSTITUTE, BAKU, REPUBLIC OF AZERBAIJAN
Abstract: The level of modern science and technology demands new polymeric insulation materials that possess high-strength properties such as adhesion, impact tensile strength, chemical resistance, and tear resistance. To obtain a polymer nanocomposite structured with carbon nanomaterial, one of the main components used is fullerenes C60-C70, as well as high-molecular-weight fullerenes. Nanostructured polymers have unique chemical, physical, biological, mechanical, catalytic, optical, and magnetic properties, allowing their use in various fields of industry, science, and technology.
This article presents the existing problems in the aforementioned direction of obtaining polymer nanocomposites based on an organic matrix-made polymer of a new generation and carbon fullerenes of various nanosizes. The level of modern science and technology requires unique composite polymer materials of a new generation that, along with many biological, physical, and technical characteristics, also have high-strength properties such as adhesion, high tensile strength, impact resistance, a wide operating temperature range, etc. The goal of our proposed project is to develop methods for obtaining high-quality and multifunctional composite materials. Keywords: nanocarbon, polyesterurethane, matrix, nanofibers, prepolymer, fullerene.
Введение.
Известно, что среди полимерных материалов, применяемых для антикоррозионной защиты металлов всевозможного оборудования, широкое распространение получили эпоксидоосновные и полиуретановые покрытия.
Эпоксидные полимеры и антикоррозионные покрытия на их основе отличаются высокой термостойкостью, адгезией к металлам, атмосферостойкостью и т.д., хотя обладают большой хрупкостью и низкой влагостойкостью.
Бурное развитие современной техники требует создания новых материалов, обладающих комплексом заданных свойств и работающих в различных условиях, в том числе достаточно сложных.
В этой связи в последнее время наночастицы и наноструктуры привлекают пристальное внимание исследователей своими уникальными свойствами. Многие из необычных свойств наночастиц обусловлены их высоким отношением площади поверхности к объему (например, 1 грамм фуллерена Сво имеет площадь поверхности около 250 м2), а также способность управлять величиной поверхности наночастицами. Полимеры с их химическим составом открывают возможность предопределять их свойства и функциональные особенности.
Таким образом, очень важное значение имеет формирование и получение полимерных нанокомпозитов с органическими матрицами специального назначения.
В представленной работе проведен комплексный анализ получения полимеров нового поколения -наноструктированных полимерных нанокомпозитов.
Цель работы.
В последние годы углеродные наноструктурные материалы, включающие в себя наноструктурные модификации углерода или их производные, относят к бурно развивающейся области материаловедения нанотехнологии. Разработка принципов получения новых полимерных нанокомпозитов одно из интереснейших и перспективных направлений современной науки.
Механические свойства полимерных композитов зависят от их структуры, которые определяющим образом влияют на межфазные границы. Такое сильное межфазное взаимодействие между матрицей и нанонаполнителем обеспечивает высокую прочность материала, тем самым существенно улучшает его качественные показатели.
Полиуретановые покрытия отличаются высокой ударопрочностью, прочностью на разрыв. химической стойкостью и эластичностью, но имеют низкую атмосферостойкость.
Модификаторы, созданные на основе фуллеренов, изменяют структуру полимеров и их характеристики, увеличивая антистатику, антифрикционное воздействие и сильно снижают горючесть материала. Такие материалы предназначены для тяжелых условий эксплуатации, таких как горнодобывающая промышленность, машиностроение и некоторые другие. Высокая химическая стойкость полиуретановых материалов, сочетающаяся с отличными физико-механическими показателями, обеспечивает их широкое применение для антикоррозионной защиты. Специфика уретановых полимеров позволяет направленно регулировать факторы, определяющие защитные свойства покрытый. К ним относятся величины поверхностной энергии электрического заряда, химическая устойчивость и структура полимерных пленок, адгезия покрытий к материалу подложки. К основным исходным компонентам для получения полиуретановых материалов относятся как сложные, так и простые полиэфиры с концевыми гидроксильными группами.
Цель исследования состоит в разработке технологии получения жирно-ароматических полиэфиров с концевыми гидроксильными группами, пригодных для использования в полиэфируретановых покрытиях [13].
Предлагаемые нами композитные материалы состоят из полиэфируретановой матрицы и нанодисперсного углеродного армирующего компонента (фуллерены Сво, С70, нанотрубки, нановолокна и другие наноуглеродные кластеры). В последние годы углеродные наноструктурные материалы, включающие в себя наноструктурные модификации углерода или их производные, относят к бурно развивающейся области
материаловединия нанотехнологии. Разработка принципов получения новых полимерных нанокомпозитов одна из интереснейших и перспективных направлений современной науки. Предлагаемый композитный материал имеет уникальные свойства по сравнению с аналогами (Пашаев, 2016, 1).
Полимерные нанокомпозитные материалы, состоящие из двух или более различных фаз, одной из которых является полимерная основа, а другим компонентом являются наноразмерные частицы, создаваемые в целях получения специальных свойств (магнитных, оптических, диэлектрических, радиопоглощающих, и др). Главным преимуществом НКПМ является возможность получения материалов с широким диапазоном физических свойств.
Решение таких проблем достигается путем разработки нового исходного полиэфира, на основе которого синтезируется полиэфируретановый форполимер с добавлением в состав нанодисперсных углеродов или ферромагнитных наночастиц. (Джавадов, 2021, 1-2).
ПКМ в Авиационной промышленности по сравнению с металлическими аналогами имеют большие преимущества (хорошие электроизоляционные свойства, низкий коэффициент теплового расширения, низкую теплоемкость и теплопроводность, возможность создания более совершенные аэродинамические формы, которые позволяют иметь топливную экономию в 20-30% по сравнению с металлическими аналогами).
Исследование и опытные работы.
Нами были проведены научно-исследовательские и практические работы, в результате которых был разработан способ и технология получения жирно-ароматических полиэфирдиолов с концевыми гидроксильными группами для использования их при получении фуллеренсодержащего полиэфируретанового покрытия.
При разработке названного полиэфира в качестве основных исходных продуктов был применен жирно -ароматический моноэфир с концевыми гидроксильными группами, так называемый бис-моно дифенилолпропандиоксидипропанол-2 и изометил тетрагидрофталевый ангидрид. Реакцию образования бис-моно дифенилолпропандиоксидипропанола-2 тетрагидрофталатом схематически можно представить так:
п=2, 3, 4 тетрогидрофталевого ангидрида
Реакция проводилась путем прямой этерификации компонентов при пониженном давлении (350мм рт. ст.) в среде инертного растворителя (толуола или ксилола) в присутствии серной кислоты.
В результате получен полиэфируретановый материал, обладающий высокими физико-механическими и адгезионно-прочностными свойствами во многом превосходящие по физико-механическим показателям, как эпоксидоосновные, так и другие известные полиуретановые покрытия [2-4].
Кроме этого, в качестве ингредиента, при разработке фуллеренсодержащей полиэфируретановой композиции, были использованы компоненты фуллерена и фуллеренсодержащий материал, которые очень хорошо смешиваются с опытным полиэфирдиолом. При разбавлении полиэфирной пасты ароматическим растворителем, полученный раствор долгое время не расслаивается.
Используемый для получения полиэфирной пасты фуллерен, увеличивающий гидрофобность покрытый, представляет собой широко распространенный продукт, являющийся замкнутым кластером с высокой симметрией Сво, С70, С12о или их смеси.
Таблица. 1. Полученный полиэфирдиол имеет нижеследующие физико-химические показатели.
Молекулярная масса 1330-1335
Вязкость при 20-25°С, по ВЗ-4, сек 128-135
Кислотное число, мг КОН/г 1.4-1.6
Гидроксильное число % мг КОН/г 2.7-2.8
Температура вспышки в открытом тигле, °С 330-350
С целью нахождения оптимальных количества компонентов, входящих в состав композиций, были проведены научно-исследовательские и практические работы, изучены и определены оптимальные и предельные значения количества каждого из компонентов в отдельности.
Таким образом, в результате проведенных исследований, установлено, что для получения фуллеренсодержащей основы покрытия, обладающего высокими физико-механическими показателями, необходимо брать исходные компоненты в следующих соотношениях:
- гидроксилсодержащий полиэфирдиол бис-моно дифенилолпропан диоксидипропанол-2 тетрагидрофталат с концевыми гидроксильными группами - 100 весовых частей;
- растворитель (толуол или ксилол) - 20-22 вес. ч.;
- отвердитель - дифенилметандиизоцианат - 20-22 вес. ч.
Соблюдая разработанные соотношения и последовательность добавления, вышеперечисленные компоненты хорошо перемешивают, наносят на полимерный субстрат, при этом, после отвердения, получается блестящая глянцевая поверхность покрытия эррозионностойкого материала, обладающего высокими физико-механическими показателями.
Предлагаемое покрытие может быть использовано в различных отраслях современной техники в качестве коррозионностойкого изоляционного материала для защиты внутренних поверхностей технологического оборудования и аппаратов, эксплуатируемых на нефтегазоперерабатывающих заводах, подземных коммуникациях, компрессорных станций, морских судов и подводных лодок, гидротехнических сооружений, воздушных транспортных средств, а также деревянных объектов в качестве биостойких, термостойких, морозостойких покрытий, которые эксплуатируются в температурных пределах от минус -50 до плюс 350-400°С в различных коррозионноактивных условиях [3-5].
Таблица 2. Физико-механические и адгезионно-прочностные характеристики разработанных покрытый.
№ Название показателей Без фуллерена Количество фуллерена по примерам
№1 (0.2) №2 (0.25) №3 (0.3) №4 (0.4)
1. Жизнеспособность композиции, час 2.5-3 2.5-3 2.5-3 2.5-3 2.5-2.8
2. Время отверждения, 3-4 3-4 3-4 3-4 3-4
- первичное, час 18-20 18-20 18-20 18-20 18-20
- полное отверждение, час
3. Относительная твердость 0.50 0.55 0.65 0.70 0.75
4. Ударопрочность, кг/см 44 48 50 50 46 (потреск)
5. Разрывная прочность, кг/см2 250 270 285-290 300 325 хруп
6. Относительное удлинение, % 0 0 0 0 0
7. Адгезия в баллах 1 1 1 1 1
8. Эластичность, мм 1.6 1 1 1 1.5
9. Укрывистость, г/м2 90 86 80 75 60
Выводы:
В результате осуществления научно-экспериментальных исследований разработаны технологические основы получения высокоперспективных нанокомпозитных материалов, включающих в своем составе органические матрицы и структурирующие углеродные наночастицы (фуллерены С60, С70 и некоторые другие высокомолекулярные фуллерены).
Список литературы /References
1. Н.Ф.Джавадов, Д.В.Щур, М.М.Ахмедов, Р.С.Алиев, С.Ю.Загинайченкою. Жирно-ароматический олигоэфир с полимеризационано-способными фрагментами для получения фуллеренсодержащего полиэфируретанового покрытия // «Наноструктурные материалы-2008». Минск, 2008. «Издательский центр БГУ», ст. 83-88.
2. N.F. Javadov, T.I. Nizamov, E.G.Ismailov, D.V. Schur, S.Yu. Zaginaichenko etall. Polyether Urethane Nanocomposition as a Multi-functional Nanostructured Polymeric Coating for the Future // 2012, SPRiNGER, Batumi, Georgia, SPRINGER, pages 229-236.
3. A.M. Pa§ayev, A.§. Mehdiyev, V.V. Skoroxod, D.V. §ur, N.F. Cavadov va b. Kompozisiya materiali. Azarbaycan Respublikasi Standartla§duma, Metrologiya va Patent uzra Dovlat Agentliyi. Patent-2011.
4. С.Ю. Загинайченко, Д.В. Щур, М.Т. Габдуллин, Н.Ф. Джавадов, А.Д. Золотаренко, А.Д. Золотаренко. Особенности пиролитического синтеза и аттестации углеродных наноструктурных материалов // Международный научный журнал Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE), Саров, 2018, с. 72-90.
5. С.Ю. Загинайченко, И.С. Чекман, Д.В. Щур, А.П. Помыткин, В.А. Лавренко, Н.Ф. Джавадов Металлоуглеродные композиты на основе углеродных наноструктур, Международный научный журнал Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE), 2016, с. 1-20.
