CC BY
25DOI: 10.6060/tcct.20186102.5626 УДК: 678.01:678.046
СИНТЕЗ КРЕМНИЙОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ ДЛЯ АППРЕТИРОВАНИЯ НАНОКОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ КВАРЦА И ПОЛИЭТИЛЕНА ВЫСОКОЙ ПЛОТНОСТИ
Р.В. Курбанова, Н.Т. Кахраманов, М.И. Шатирова, А.М. Музафаров, Ю.Н. Кахраманлы, У.М. Мамедли
Рена Вагиф гызы Курбанова, Юнис Наджаф оглы Кахраманлы
Кафедра химии и технологии неорганических веществ, Азербайджанский государственный университет нефти и промышленности, просп. Азадлыг, 20, Баку, Азербайджан, AZ1010 E-mail: rena0.72@yandex.ru, yunis1m@yahoo.com
Наджаф Тофик оглы Кахраманов *, Махруза Исмаил гызы Шатирова, Ульвия Мамедгусейн гызы Мамедли
Лаборатория механохимической модификации и переработки полимеров, Институт полимерных материалов НАН Азербайджана, ул. С.Вургуна, 124, Сумгайыт, Азербайджан, AZ5004. E-mail: najaf1946@rambler.ru *, mshatirova@mail.ru, ulviyyam@mail.ru
Азиз Мансурович Музафаров
Институт элементоорганических соединений РАН, ул. Вавилова, 28, ГСП-1, Москва, В-334, 119991, Российская Федерация Е-mail: larina@ineos.ac.ru
Разработан метод синтеза кремнийсодержащих эпоксидных соединений на основе реакции гидросилилирования глицидиловых эфиров аллилового ряда с метилдиэтилсила-ном в присутствии платинохлористоводородной кислоты. Установлено, что последние вступают в реакцию по оксирановому кольцу с различными реагентами, и образуются соответствующие кремнийсодержащие производные. Синтезированные 12 кремнийоргани-ческих соединений были использованы в качестве аппретов наночастиц кварца. Показано, что синтезированные кремнийорганические соединения обладают хорошими аппретирующими свойствами, способствующими улучшению совместимости минерального наполнителя с полимерной матрицей. В качестве минерального наполнителя используется кварц нано-размерного уровня (до 100 нм). Наночастицы кварца получали на аналитической мельнице А-11 при скорости вращения ротора - 28000 об/мин. Размер наночастиц составлял 20-100 нм, определение проводили на приборе модели STA PT1600 Linseiz Германия. Для исследования физико-механических свойств полимерных нанокомпозитов их подвергали прессованию при температуре 190-200 °С. Из прессованных пластин вырубали образцы для определения разрушающего напряжения, относительного удлинения, прочности на изгиб наполненных композитов. Приводятся результаты исследования влияния типа и концентрации аппретов и наполнителя на основные физико-механические свойства нанокомпозитов. Аппретирование наночастиц осуществляли в 0,5 - 2,0% водном растворе кремнийорганического соединения, подкисленном уксусной кислотой дорН = 3,5, при температуре 55 °С в течении 60 мин. Установлены оптимальные концентрации аппретов и наполнителя, обеспечивающие максимальные значения физико-механических характеристик композитов. Выявлены основные причины, способствующие улучшению прочностныххарактеристик аппретированных нанокомпозитов. Сопоставительный анализ полученных экспериментальных данных показывает, что относительно высокими физико-механическими свойствами характеризуются нанокомпозиты, в которых в качестве аппрета используется 2-метил-5-метилдиэтилсилил-2-(метиленокси-1,3-диоксолано)-пентан.
Ключевые слова: глицидиловые эфиры, кремнийсодержащие спирты, аппреты, нанокомпозит, разрушающее напряжение, модуль упругости на изгиб
SYNTHESIS OF ORGANOSILICON COMPOUNDS FOR DRESSING OF NANOCOMPOSITES ON BASIS OF QUARTZ AND HIGH DENSITY POLYETHYLENE
R.V. Gurbanova, N.T. Kakhramanov, M.I. Shatirova, А.М. Muzafarov, Yu.N. Kahramanly, U.M. Mammadli
Rena V. Gurbanova, Yunis N. Kahramanly
Department of Chemistry and Chemical Technology of Inorganic Chemistry, Azerbaijan State Oil and Industrial University, Azadliq ave., 20, Baku, AZ1010, Azerbaijan E-mail: rena0.72@yandex.ru, yunis1m@yahoo.com
Najaf T. Kakhramanov *, Makhruza I. Shatirova, Ulviya M. Mamedli
Laboratory of Mechanochemical Modification and Processing of Polymers, Institute of Polymer Materials of Azerbaijan NAS, S. Vurgun st., 124, Sumgait, AZ5004, Azerbaijan E-mail: najaf1946@rambler.ru *, mshatirova@mail.ru, ulviyyam@mail.ru
Aziz M. Muzafarov
Institute of Elementoorganic Compounds of RAS, Vavilov st., 28, QSP-1, Moscow, V-334, 119991, Russia E-mail: larina@ineos.ac.ru
The method of synthesis of epoxy compounds containing silicon on basis of hydrosilylation reaction of allyl derivatives of glycidyl ethers with methyl diethyl silane in the presence ofplatinum-hydrochloric acid was developed. It was determined that these silanes enter into the reaction with various agents bound with oxirane ring by forming corresponding derivatives of organosilicon compounds. Twelve synthesized organosilicon compounds were used as coupling agents for quartz nanoparticles. It was determined that synthesized organosilicon compounds have good coupling agents promoting improvement of compatibility of mineral filler with polymeric matrix. Quartz nanoparticles (up to 100 nanometers) were used as mineral filler. Nanoparticles quartz received on analytical mill А-11 at speed of rotation of a rotor of28000 turn/min. The dimension of nanoparticles was defined on the device of model STA PT1600 Linseiz Germany and compounded 20-100 nm. For research ofphysical-mechanical properties of the polymerous nano composites they subjected to pressing at temperature of 190-200 °С. From the pressed plates samples for definition of breaking stress, specific elongation, flexural strength of the filled composites cut down. Research results of influence of type and concentration of coupling agent and filler upon main physical-mechanical properties of nanocomposites are given. Dressing nanoparticles carried out in 0.5 - 2.0 % water solution of the silicoorganic compound acidified by acetic acid to рН = 3.5, at temperature of 55 С in flow during 60 min. Optimal concentrations of coupling agents and filler, which provide maximal values of composites physical-mechanical properties, were determined. Main reasons providing improvement of strength properties of finished nanocomposites were revealed. The comparative analysis of the data obtained shows that rather high physical-mechanical properties possess nanocomposites in which as dressing 2-metil-5-metildietylsilil-2- (methylenoxy-1,3-dioxosolano) -pentane was used.
Key words: glycidyl ethers, silicon-containing alcohols, coupling agents, nanocomposites, breaking stress, flex modulus
Для цитирования:
Курбанова Р.В., Кахраманов Н.Т., Шатирова М.И., Музафаров А.М., Кахраманлы Ю.Н., Мамедли У.М. Синтез кремнийорганических соединений для аппретирования нанокомпозитов на основе кварца и полиэтилена высокой плотности. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2018. Т. 61. Вып. 2. С. 65-72 For citation:
Gurbanova R.V., Kakhramanov N.T., Shatirova М.1, Мuzafarov А.М., Kahramanly Yu.N., Mammadli U.M. Synthesis of organosilicon compounds for dressing of nanocomposites on basis of quartz and high density polyethylene. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2018. V. 61. N 2. P. 65-72
ВВЕДЕНИЕ
В процессе совершенствования технологии введения нано-частиц в состав полимерных материалов, исследования структуры и свойств нано-композитов в литературе накопилось достаточно много информации относительно механизма формирования микроструктур в надмолекулярном пространстве. Большинство исследователей стали рассматривать нанокомпозиты, как перспективную возможность целенаправленного изменения структуры и свойств полимерных материалов [1-5]. В результате постепенного перехода от использования мелкодисперсных наполнителей к нанонаполнен-ным материалам представилась возможность в определенной степени изменить систему устоявшихся научных подходов к оценке структурных особенностей и качественных характеристик полимерных композитов [6,7].
В данной работе представлены методы синтеза кремнийсодержащих глицидиловых эфиров, их аминопроизводных, которые, как было показано ниже, могут быть использованы в качестве аппретов минеральных наполнителей, используемых для получения композитных материалов на основе полимеров. С учетом того, что минеральные наполнители плохо смачиваются полиолефинами, проблема улучшения качества полимерных материалов, в особенности нанокомпозитов, является весьма актуальной научной проблемой [8].
В связи с этим, целью проводимых исследований является синтез кремнийорганических соединений, предназначенных для использования в качестве аппрета нано-размерного минерального наполнителя в полимерных нанокомпозитах.
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
ИК спектры синтезированных кремнийор-ганических соединений были отсняты на ИК-Фурье спектрофотометре ALPHA FT-IR (фирма BRUKER Германия) на кристалле ZnSe в диапазоне волновых чисел 600-4000 см-1. Спектры ЯМР 1Н записаны на спектрометре «Bruker AFR-300» (300,13 МГц). В качестве внутреннего стандарта использовали гексаметилдисилоксан, растворитель - ССЦ.
4,4-Диметил-1-метилдиэтилсилил-5-окса-7,8-эпоксиоктан (ДИМЭТОЭП) (I). Реакционную смесь, состоящую из 12,9 г (0,05 моля) 2-глицидилокси-2-метилпентена-5 и 5,1 г (0,05 моль) метилдиэтилсилана, кипятили 15 ч в присутствии 0,1 мл 0,1 н платинохлористоводородной кислоты в изопропиловом спирте в среде 30 мл бензола. После отгонки растворителя перегонкой в
вакууме выделили 9,8 г (84,9%) соединения (I) с Ткип=73-74 °С (0,5 мм), «в20 1,4578, d420 0,9565.
Аналогичным способом получены вещества (П-ЕУ), которые характеризуются следующими константами: (Р, мм рт.ст.), «б20, d420, выход, %: 4,4-диметил-1-метилдиэтилсилил-5-окса-2-хлор-7,8-эпоксиоктан (ДИМЭСИХЭ) (II), 91-92 °С (0,5), 1,4752, 1,0996, 79,7%; 5-окса-4-метил-1-метилди-этилсилил-4-этил-7,8-эпоксиоктан (ОМЭСИЭТЭ) (III), 102-103 °С (0,5), 1,4608, 0,9599, 84,3%; 5-окса-4-метил-1-метилдиэтилсилил-2-хлор-4-этил-7,8-эпоксиоктан (ОМЭСИХЭП) (IV), 120-121 °С (0,5), 1,4782, 1,1029, 79,7%.
4,4-Диметил-7-гидрокси-]-ф-этилами-но )-1-метилдиэтил сил ил-5-оксаоктил амин (ДИГОЭМСИОК) (У). К 15,0 г (0,25моль) эти-лендиамина при перемешивании и температуре, не превышающей 30-35 °С, добавляли по каплям 6,5 г (0,025моль) глицидилового эфира (I) и выдерживали 18 ч при комнатной температуре. Реакционную смесь сушили К2СО3, и перегонкой в вакууме выделили соединение (У) с Ткип=138-139 °С (0,5 мм), «в20 1,4904, d420 1,0227, выход 84,3%.
Аналогичным способом получены органические вещества (УЬУШ), которые характеризуются следующими константами: (Р, мм рт. ст.), «б20, d420, выход, %: 4,4-диметил-7-гидрокси-]-ф-этиламино)-1-метилдиэтилсилил-5-окса-2-хлороктиламин-8 (ДИГЭМЭСЭХ) (VI), 152-153 °С (0,5), 1,5078, 1,1656, 79,7%; ]]-аллиламино-4,4-ди-метил-7-гидрокси-1-метилдиэтилсилил-5-окса-октиламин-8 (АДМЭТСИОК) (VII), 141-142 °С (0,5), 1,4688, 0,9313; ]-Аллиламино-4,4-диметил-7-гидрокси- 1-метилдиэтилсилил-5-окса-2-хлор-октиламин-8 (АМОМЭСИХОК) (VIII), 155-156 °С (0,5), 1,4860, 1,0743.
2-Метил-5-метилдиэтилсилил-2-(мети-ленокси-1,3-диоксолано)-пентан (МЭТСИОКС) (IX). К смеси 8,1 г ацетона, содержащего 0,1 мл эфирата трехфтористого бора, добавляли 2,6 г (0,01 моль) глицидилового эфира (I). При этом наблюдалось небольшое повышение температуры. После отстаивания в течение 1 сут реакционную смесь тщательно обрабатывали насыщенным водным раствором поташа, отделяли органический слой, сушили над и разгонкой в вакууме выделяли 9 г (48%) соединения (IX) с Ткип 90-91 °С (0,5 мм), «в20 1,4656, d420 0,9576.
Аналогичным способом получено вещество-2-метил-5-метил-диэтилсилил-2-(метиленокси-1,3-диоксолано)-2-хлор-пентан (МЭТСИМОКСО) (X) с Ткип=118-119 °С (0.5 мм), «в20 1,4828, d420 1,1004.
4,4-Диметил-1-метилдиэтилсилил-5-окса-7,8-эпитиооктан (ДИМЭСИОЭПОК) (XI).
В колбу емкостью 250 мл загружали 6,2 г (0,024 моль) глицидилового эфира (I), 6,5 г (0,086 моль) тиомочевины и 50 мл абсолютного метилового спирта. Содержимое колбы перемешивали при температуре (60-65 °С) в течение 24 ч, затем обрабатывали водой, экстрагировали эфиром и сушили над MgSO4. После отгонки растворителя остаток перегоняли в вакууме и выделяли 4,7 г (71%) соединения (XI) с Ткип=90-91 °С (0.5 мм), «в20 1,44848,
420 1,0755.
Аналогичным способом получено вещество 4,4-диметил-1-метилдиэтилсилил-5-окса-2-хлор-7,8-эпитиооктан (ДИМЭТСИОХЭ) (XII) с
Ткип=112-113 °С (0,5 мм), «в20 1,5012, 1,1176.
Полиэтилен высокой плотности (ПЭВП) марки Р-У456 характеризуется нижеследующими свойствами: плотность - 0,956 г/см3, показатель текучести расплава (ПТР) - 0,5 г/10 мин, разрушающее напряжение - 31,0 МПа, относительное удлинение 580%, твердость по Шору-65, модуль упругости на изгиб 1210 МПа.
В качестве минерального наполнителя использовали кварцевую муку, которая производится путем помола химически чистого, природного кварцевого песка до тонкодисперсного состояния. Массовая доля окиси кремния ^Ю2) составляет -99,5%. Кварц является одним из самых твердых минеральных наполнителей. Твердость кварца объясняется строением его кристаллической решетки. Ленточное строение тетраэдров SiO2 в структуре кварца способствует образованию при дроблении и помоле вытянутых, остроугольных частиц.
Приготовление полимерного композита: 0,5-2,0% водный раствор аппрета, подкисленный уксусной кислотой до рН = 3,5, интенсивно перемешивали с дисперсными частицами кварца при температуре 55 °С в течении 60 мин. Варьируя кон-
центрацией частиц наполнителя и аппрета в водном растворе, представлялась возможным в довольно широких пределах изменять его концентрацию на поверхности частиц наполнителя от 0,5 до 3,0 %масс. от массы взятого кварца. После чего раствор отфильтровывали, и наполнитель, пропитанный аппретом, подвергали вакуумной сушке при температуре 75-80 °С. Аппретированные нано-частицы в течение 3-5 мин вводили в расплав I II I на вальцах при температуре 190 °С.
Наночастицы кварца получали на аналитической мельнице А-11 при максимальной скорости вращения ротора - 28000 об/мин. Размер наноча-стиц определяли на приборе модели STA PT1600 Linseiz Германия, и он составлял 20-95 нм.
Для исследования физико-механических свойств полимерных нанокомпозитов их подвергали прессованию при температуре 190-200 °С. Из прессованных пластин вырубали образцы для определения разрушающего напряжения, относительного удлинения, прочности на изгиб наполненных композитов.
Разрушающее напряжение и относительное удлинение определяли в соответствии с ГОСТ 11262-80. Прочность при изгибе определяли в соответствии с ГОСТ 9550-81.
Показатель текучести расплава (ПТР) композитов I II I определяли на приборе ИИРТ при температуре 190 °С и нагрузке 5,0 кг.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
1. Синтез кремнийорганических соединений. Установлено, что глицидиловые эфиры алли-лового ряда вступают в реакцию гидросилилирова-ния с метилдиэтилсиланом в присутствии плати-нохлористоводородной кислоты по двойной СС связи против правила Марковникова с образованием соответствующих кремнийсодержащих эфи-ров (I-VI) с выходами 65-75% по схеме:
rY)/ V° + HSi(Me)Et2-^
Et2(Me)Si-
R ОН +
í\ / V7°
R О V
(I-IV)
R = R =CH3,X = H(I), CI(II),R=CH3,R =C2H5, X = H(III), Cl (IV).
Строение синтезированных соединений (НУ) подтверждено данными ИК и ПМР спектроскопии и встречным синтезом - взаимодействием соответствующих кремнийсодержащих спиртов с эпихлор-гидрином. В ИК спектрах соединений присутствуют
полосы поглощения в области 780-820 см-1, характерные для С^= связи. Наряду с этим присутствуют полосы при 3065, 1240 и 950 см-1 характерные для эпоксидного кольца. При этом полосы поглощения
свойственные для СН2=С_ фрагмента отсутствуют
[9,10].
Синтезированные кремнийсодержащие глицидиловые эфиры (I, II), благодаря эпоксидному кольцу, легко вступают в реакцию с этилендиами
ном и аллиламином по правилу Красуского при 50 °С и образуются соответствующие аминоспирты (V-VIII) с выходами 70-80%:
F.t2(Me)S
NH2(CH2)2NH2> Et2(Me)S.
' NOH
X = Н (V, VII), Cl (VI, VIII)
В ИК спектрах аминоспиртов (У-УШ) отсутствуют полосы поглощения, характерные для эпоксидного кольца, и при этом обнаружены полосы валентных колебаний ЫН группы в области 3305-3240 см-1 и полосы поглощения при 3210 см-1 и 3455 см-1, характерные для КН и ОН группы. В их ПМР :Н спектре в виде синглета идентифицирован сигнал протонов метиленовой группы (-К-СН2-) с химическим сдвигом 5 = 2,4 м.д. Сигнал протонов КН2 представлен с химическим сдвигом при 5 = 3,7 м.д., а сигнал протона КН группы обнаружен при 5 = 8,1 м.д.
Et2(Me)Si
- F.t2(Me)S
о хон
(VII, VIII)
Установлено, что непредельные кремнийсо-держащие оксираны (I-IУ) легко вступают в реакцию с различными электрофильными и нуклеофиль-ными реагентами по кратной связи и оксирановому циклу с образованием карбо- и гетероциклических соединений. В частности, показано, что взаимодействие оксиранов (I, II) с ацетоном протекает при комнатной температуре в присутствии эфирата трехфто-ристого бора с образованием 1,3-диоксолановых соединений (IX, X) с выходами 70-80%, а реакция их с тиомочевиной протекает с заменой оксиранового кислорода серой, приводя к получению соответствующих тииранов (XI, XII), по схеме:
Х= H(IX, XI), С1(Х, XII) Строение синтезированных гетероциклических соединений (IX-XII) подтверждено изучением их ИК и ПМР спектров. В ИК спектрах 1,3-диоксоланов (IX, X) присутствуют полосы поглощения в области 1130, 1055-1080 см-1, характерные для колебаний 1,3-диоксоланового кольца. В ИК спектрах тииранов (XI, XII), наряду с другими полосами, обнаружена полоса поглощения при 3000 см-1, характерная для тииранового кольца. В спектре ПМР соединения (XI, XII) имеется сигнал при 5 = =2,27 м.д., свойственный метиленовым протонам тииранов фрагмента.
Таким образом, следует отметить, что соединения, полученные на основе кремнийсодержа-
О
(XI, XII)
щих глицидиловых эфиров, являются весьма реакционно-способными соединениями и, как будет показано ниже, могут быть использованы не только в органическом синтезе, но и в качестве аппретов в полимер-минеральных композитах.
2. Свойства аппретированных нанокомпо-зитов. Для примера в качестве аппрета предварительно использовали один из синтезированных нами кремнийорганических соединений - 4,4-ди-метил-1-метилдиэтилсилил-5-окса-7,8-эпокси-октан (ДИМЭТОЭП) (I) Представлялось интересным выяснить, насколько эффективными являются синтезированные аппреты при оценке физико-механических характеристик нанокомпозитов на основе ПЭВП и кварцевой муки (КМ).
В табл. 1 приводятся результаты аналитического исследования свойств нанокомпозитов в зависимости от концентрации аппрета и наноча-стиц. Из сопоставительного анализа данных, представленных в этой таблице, можно установить, что аппрет оказывает существенное влияние на улучшение свойств нанокомпозитов. По мере увеличения концентрации ДИМЭТОЭП в составе ненапол-ненного ПЭВП от 0,2 до 0,7% от массы полимера
можно установить, что наиболее оптимальными свойствами обладают образцы с 0,3% содержанием аппрета. Более высокая концентрация аппрета в составе ПЭВП нежелательна, так как он в этом случае ведет себя, как пластификатор, способствующий ослаблению надмолекулярной структуры, а соответственно, прочностных характеристик наноком-позитов.
Таблица 1
Влияние концентрации ДИМЭТОЭП на физико-механические свойства нанокомпозитов на основе
ПЭВП+КМ
Table 1. Influence of DIMETOEP concentration on the physico-mechanical properties of nanocomposites based
on HDPE + KM
№ Состав композита, % масс Разрушающее напряжение, МПа Относительное удлинение, % Модуль упругости на изгиб, МПа ПТР, г/10 мин,
1 ПЭВП 31,0 580 1210 0,50
2 ПЭВП+0,2А 31,3 580 1222 0,51
3 ПЭВП+0,3А 32,9 590 1256 0,59
4 ПЭВП+0,5А 32,2 590 1218 0,72
5 ПЭВП+0,7А 30,2 590 1190 0,93
6 ПЭВП+5КМ 33,4 535 1234 0,45
7 ПЭВП+10КМ 32,8 210 1296 0,28
8 ПЭВП+20КМ 28,7 95 1322 0,13
9 ПЭВП+30КМ 25,2 35 1410 0,06
10 ПЭВП+5КМ+1,0А 33,2 550 1287 0,64
11 ПЭВП+5КМ+2,0А 34,6 575 1321 0,92
12 ПЭВП+5КМ+3,0А 33,8 515 1305 1,16
13 ПЭВП+10КМ+1,0А 34,7 250 1372 0,52
14 ПЭВП+10КМ+2,0А 38,5 295 1658 0,87
15 ПЭВП+10КМ+3,0А 35,3 270 1565 1,02
16 ПЭВП+20КМ+1,0А 29,9 125 1378 0,27
17 ПЭВП+20КМ+2,0А 31,2 175 1455 0,52
18 ПЭВП+20КМ+3,0А 31,5 155 1510 0,88
19 ПЭВП+30КМ+1,0А 26,6 50 1523 0,15
20 ПЭВП+30КМ+2,0А 28,5 75 1645 0,44
21 ПЭВП+30КМ+3,0А 29,7 90 1698 0,55
Примечание: *КМ- кварц молотый, А- аппрет Note: * KM - ground quartz, A - sizing
Раздельное исследование влияния концентрации КМ (без аппрета) на свойства показало, что при ее концентрации свыше 5,0%масс. наблюдается ухудшение всех характеристик нанокомпозитов за исключением модуля упругости на изгиб. Есть основание полагать, что при использовании наноразмерных наполнителей максимальное значение разрушающего напряжения наступает, как правило, при их относительно низких концентрациях. По-видимому, наночастицы способствуют формированию в расплаве полимеров гетерогенных центров зародышеобразования, которые, в конечном счете, способствуют формированию в кристаллических полимерах мелкосферолитной надмолекулярной структуры. При более высокой
концентрации наночастиц часть их расходуется на создание гетерогенных центров зародышеобразо-вания, а остальная часть, в процессе роста сферо-литов, выталкивается в межсферолитное пространство - аморфную область. Аморфная область преимущественно состоит из «проходных макроцепей», которые играют существенную роль в формировании прочности образца в процессе одноосного удлинения. По мере накопления наночастиц в межсферолитном пространстве последние снижают конформационную подвижность проходных цепей, способствуя тем самым ухудшению относительного удлинения композитов [11].
Согласно данным, представленным в табл. 1, можно заметить, что введение аппрета
(ДИМЭТОЭП) в состав нанокомпозитов приводит к заметному улучшению их свойств. При 5,0 и 10 %масс. содержании наночастиц максимальные значения разрушающего напряжения достигается при 2,0 %масс. содержании аппрета от массы наполнителя. Однако, при более высокой концентрации наполнителя оптимальное содержание аппрета доходит до 3,0 %масс. Поэтому в каждом
Таблица 2
Влияние различных типов кремнийорганических соединений на основные физико-механические свойства нанокомпозитов ПЭВП+10% КМ +2% аппрета
Table 2. Influence of various types of organosilicon compounds on main physico-mechanical properties of
конкретном случае нужен индивидуальный подход к выбору типа и концентрации аппрета. В рассматриваемом случае наиболее оптимальным соотношением компонентов, предопределившим относительно высокие значения прочностных свойств, является образец (14) из табл. 1 следующего состава: ПЭВП+10%КМ+2,0% аппрета. Следует при этом отметить, что во всех случаях аппретированные нанокомпозиты характеризуются сравнительно высокими значениями ПТР.
Ниже в табл. 2 на примере этого образца (14), только с различными синтезированными аппретами приводятся результаты исследования физико-механических характеристик нанокомпози-тов на их основе. Сопоставительный анализ данных этой таблицы показывает, что относительно высокими физико-механическими свойствами характеризуются нанокомпозиты, в которых в качестве аппрета используется 2-метил-5-метилдиэтил-си-лил-2 -(метиленокси-1,3 -диоксолано) -пентан (IX).
Таким образом, синтез новых типов крем-нийорганических соединений позволил всесторонне подойти к изучению проблемы аппретирования наночастиц. Установленные закономерности изменения свойств дают возможность получить достаточно емкую информацию относительно механизма действия аппретов на поверхности нано-частиц. Введение синтезированных аппретов в состав нанокомпозитов способствует существенному улучшению их основных физико-механических свойств.
nanocomposites HDPE + 10% and CM + 2% of sizing
Номера используемых аппретов Разрушающее напряжение, МПа Относительное удлинение, % Модуль упругости на изгиб, МПа ПТР, г/10 мин,
I 38,5 295 1658 0,87
II 35,5 325 1510 0,94
III 37,7 315 1623 1,02
IV 36,8 240 1533 0,75
V 37,0 275 1518 0,81
VI 38,4 255 1756 0,95
VII 38,7 265 1780 1,03
VIII З7,9 250 1712 1,07
IX 39,0 285 1845 0,99
X 36,8 310 1514 1,12
XI 38,5 310 1733 0,89
XII 38,2 305 1745 0,88
ЛИТЕРАТУРА
REFERENCES
1. Вишняков Л.Р., Петропольский В. С., Морозова В.Н. 1.
Нанокомпозиты на полимерной основе. Вестн. акад. Украины. 2013. № 3-4. С. 202-205.
2. Кахраманов Н.Т., Азизов А.Г., Осипчик В.С. Нано- 2. структурированные композиты и полимерное материаловедение. Пласт. массы. 2016. № 1-2. С. 49-57.
3. Кодолов В.И., Хохряков Н.В., Кузнецов А.П. К во- 3. просу о механизме влияния наноструктур на структурно изменяющиеся среды при формировании «интеллектуальных» композитов. Нанотехника. 2006. № 3(7). С. 27-35.
4. Стадничук М.Д., Воропаева Т.И. Кремнийсодержащие 4. 1,3-алкадиены и их функциональные производные в органическом синтезе. Успехи химии. 1995. Т. 64. № 1. С. 28-50.
5. Касьян Л.И., Касьян А. О., Оковитый С.И. Взаимодей- 5. ствие алициклических эпоксидных соединений с кислородсодержащими нуклеофильными реагентами. ЖОрХ. 2006. Т. 42. Вып. 3. С. 327-354.
6. Велиев М.Г., Ищенко Н.Я., Чалабиева А.З. Изучение 6. модифицирующих свойств некоторых эпоксидных соединений ацетиленового ряда. Пласт. массы. 2007. № 10.
С. 21-22.
Vishnyakov L.R., Petropolskiy V.S., Morozova V.N. Nanocomposites based on polymer. Vest. Inzh. Acad. Ukrainy. 2013. N 3-4. P. 202-205 (in Russian).
Kakhramanov N.T., Azizov A.G., Osipchik V.S.
Nanostructured composites and polymer materials science. Plastich. massy. 2016. N 1-2. P. 49-57 (in Russian). Kodolov V.I., Khokhryakov N.V., Kuznetsov A.P. On the mechanism of the influence of nanostructures on structurally changing media during the formation of "intelligent" composites. Nanotekhnika. 2006. N 3(7). P. 27-35 (in Russian). Stadnichuk M.D., Voropaeva T.I. Silicon-containing 1,3-alkadienes and their functional derivatives in organic synthesis. Usp. Khim. 1995. V. 64. N 1. P. 28-50 (in Russian). Kasyan L.I., Kasyan A.O., Okovity S.I. Interaction of ali-cyclic epoxy compounds with oxygen-containing nucleo-philic reagents. Zhurn. Org. Khim. 2006. V. 42. N 3. P. 327354 (in Russian).
Veliev M.G., Ishchenko N.Ya., Chalabieva A.Z. Study of the modifying properties of some epoxy compounds of the acetylene series. Plastich. Massy. 2007. N 10. P. 21-22 (in Russian).
7. Велиев М.Г., Чалабиева А.З., Ищенко Н.Я., Аскеров
О. В. Исследование модифицирующих свойств некоторых функциональнозамещенных кремнийорганических соединений. Пласт. массы. 2005. № 10. С. 24-25.
8. Кахраманов Н.Т., Курбанова Р.В., Кахраманлы Ю.Н. Состояние проблемы получения, исследования и применения кремнийорганических полимеров. Журн. Евразийских Союз Ученых. 2016. Т. 6. № 27. С. 112-118.
9. Сильверстейн Р., Баслер Г., Моррил Т. Спектрометрическая идентификация органических соединений. М.: Мир. 1997. 590 с.
10. Плеханова Н.С., Иванов В.В., Копылов В.М., Киреев В.В. Гидролитическая поликонденсация октилтри-этоксисилана при кислотном катализе. Высокомолек. соед. Сер. А. 2004. Т. 46. № 7. С. 688-692.
11. Kakhramanov N.T., Ismailzade A.D., Arzumanova N.B., Mammadli U.M., Martinova Q.S. Filled composites based on polyolefins and clinoptilolite. Am. Scientific J. 2016. N 4 (4). P. 60-65.
7. Veliev M.G., Chalabieva A.Z., Ishchenko N.Ya., Askerov
O.V. Investigation of the modifying properties of some functionally substituted organosilicon compounds. Plastich. massy. 2005. N 10. P. 24-25 (in Russian).
8. Kakhramanov N.T., Gurbanova R.V., Gahramanly Yu.N. The state of the problem of obtaining, investigating and using silicone polymers. J. Eur. Soyuza Uchenykh. 2016. V. 6. N 27. P. 112-118 (in Russian).
9. Silversteyin Р, Basler Г, Morril Т. Spectrometric identification of organic compounds. М.: Mir. 1997. 590 p. (in Russian).
10. Plekhanova N.S., Ivanov V.V., Kopylov V.M., Kireev
V.V. Hydrolytic polycondensation of octyltriethoxysilane in acid catalysis. Vysokomolek. Soed. Ser. A. 2004. V. 46. N 7. P. 688-692 (in Russian).
11. Kakhramanov N.T., Ismailzade A.D., Arzumanova N.B., Mammadli U.M., Martinova Q.S. Filled composites based on polyolefins and clinoptilolite. Am. Scientific J. 2016. N 4(4). P. 60-65.
Поступила в редакцию 31.08.2017 Принята к опубликованию 27.11.2017
Received 31.08.2017 Accepted 27.11.2017
