CC BY
48
УДК 668.1
К.С. Бабина, А.И. Сакина, Е.С. Свиридова, Н.К. Калинина*, B.C. Осипчик Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125190, Москва, Миусская площадь, д. 9 * e-mail: kalininaNK@yandex.ru
СПОСОБЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ СОСТАВА ЭПОКСИ-ХЛОРСУЛЬФИРОВАННЫХ СВЯЗУЮЩИХ
В результате работы были получены эпокси-хлорсульфированные композиции с повышенным содержанием эпоксидного олигомера. Было оценено влияние поверхностно-активных веществ на технологические свойства композиций и эксплуатационные характеристики пленок на основе этих композиций.
Ключевые слова: хлорсульфированный полиэтилен, эпоксидные олигомеры, отверждение, модификаторы, смеси полимеров.
Получение новых полимерных материалов на основе смесей полимеров является эффективным и экономически выгодным способом, так как открывает широкие возможности придания материалам требуемых свойств [1]. В более ранних работах авторами была показана целесообразность совмещения в одном материале
хлорсульфированного полиэтилена (ХСПЭ) и эпоксидных олигомеров. В частности, было установлено, что ХСПЭ образует стабильные смеси с эпоксидными олигомерами, причем оптимальным соотношением с точки зрения технологических и эксплуатационных свойств совместно
отверждающихся композиций является соотношение 100:15 (ХСПЭ:ЭД-20) [2]. Введение ЭД-20 в композиции на основе ХСПЭ дает возможность существенно улучшить физико-механические характеристики материалов, их адгезию к разнообразным субстратам, повысить стойкость к воздействию УФ-излучения, водостойкость. Все эти факторы позволяют использовать полученные полимерные материалы в качестве защитных антикоррозионных и гидроизоляционных покрытий для различных поверхностей и конструкций.
Однако, как большинство полимеров, ХСПЭ и ЭД-20 не образуют гомогенных структур, в процессе их совместного отверждения на определенном этапе возникает разделение системы на две отдельные фазы. Этот эффект становится решающим для свойств смесевых материалов при содержании ЭД-20 более 15 м.ч. на 100 м.ч. ХСПЭ [2]. При этом в первую очередь заметно снижается жизнеспособность, а соответственно, и технологические свойства композиций. Кроме того, происходит резкое падение физико-механических свойств получаемых пленок.
Обозначенную проблему было предложено решить с помощью введения в композиции поверхностно-активных веществ, в качестве которых были использованы следующие соединения: Олеокс-5, Катамин и Б18регЬук 168. В их составе содержатся гидроксильные и карбонильные группы, которые могут вступать во взаимодействие с ХСПЭ в
присутствии аминогрупп отвердителей Образуя химические связи с ХСПЭ, они создают стерические затруднения для ассоциации его макромолекул и таким образом улучшают дисперсность системы.
В ранее проведенных и опубликованных работах был описан процесс выбора отвердителей для эпокси-хлорсульфированных композиций [2]. В данной работе были использованы следующие отвердители: ЭТАЛ-45 (на основе ароматических и третичных аминов), АМЕО (аминосилановый), АФ-2 (аминофенольный).
В процессе приготовления композиций в толуольный раствор ХСПЭ и эпоксидного олигомера ЭД-20 выбранные ПАВ добавляли в количестве 1 масс.ч. на 100 масс.ч. ХСПЭ. После этого в системы вводили отвердитель.
Благодаря использованию ПАВ удалось повысить жизнеспособность отверждающихся композиций с содержанием ЭД-20 более 20 масс. частей до приемлемого с точки зрения технологических свойств уровня (не менее полутора часов).
С целью установления механизма действия ПАВ в процессе отверждения исследуемых композиций была проведена оценка равновесного набухания полученных пленок в толуоле. Результаты представлены в таблице 1.
Из данных таблицы видно, что в системе, содержащей ЭТАЛ-45 и Катамин, степень набухания снижается по сравнению с немодифицированной композицией. Возможно, Катамин участвует в процессе отверждения эпокси-хлорсульфированных композиций. Такое предположение может быть подтверждено данными о физико-механических свойствах пленок (таблица 2). По-видимому, на взаимодействие с функциональными группами модификаторов расходуется некоторое количество сульфохлоридных групп ХСПЭ и они не способны вступать во взаимодействие с отвердителем. Существенное возрастание прочности при использовании Катамина связано, по-видимому, с наличием в нем аминогрупп, которые участвуют в отверждении композиции.
Таблица 1.Набухание в толуоле образцов пленок на основе композиций ХСПЭ:ЭД-20:модфикатор
Состав композиции Равновесная степень набухания, %
с модификатором (ПАВ) без модификатора
ХСПЭ + 25% ЭД-20 + 30% ЭТАЛ-45 + 1% Олеокс-5 Время набухания 30 минут и образование далее бесструктурного осадка 750
ХСПЭ + 25% ЭД-20 + 30% ЭТАЛ-45 + 1% Катамин 500
ХСПЭ + 25% ЭД-20 + 30% ЭТАЛ-45 + 1% Б18реЛук 168 время набухания 15 минут и образование далее бесструктурного осадка
ХСПЭ + 25% ЭД-20 + 15% АМЕО + 1% Олеокс-5 1533 800
ХСПЭ + 25% ЭД-20 + 15% АМЕО + 1% Катамин время набухания 30 минут и образование далее бесструктурного осадка
ХСПЭ + 25% ЭД-20 + 15% АМЕО + 1% Б1зрегЬук 168 время набухания 15 минут и образование далее бесструктурного осадка
ХСПЭ + 20% ЭД-20 + 10% АФ-2 + 1% Олеокс-5 700 -
ХСПЭ + 20% ЭД-20 + 10% АФ-2 + 1% Б18реЛук 168 600
Таблица 2. Прочность и относительное удлинение образцов пленок состава ХСПЭ:ЭД-20:модификатор (ПАВ)
Состав композиции Прочность при разрыве, МПа Относительное удлинение, %
ХСПЭ + 25% ЭД-20 + 30% ЭТАЛ-45 + 1% Олеокс-5 0,5 650
ХСПЭ + 25% ЭД-20 + 30% ЭТАЛ-45 + 1% Катамин 1,5 350
ХСПЭ + 25% ЭД-20 + 30% ЭТАЛ-45 +1% Б1зрегЬук 168 0,5 700
ХСПЭ + 25% ЭД-20 + 15% АМЕО + 1% Олеокс-5 0,9 1250
ХСПЭ + 25% ЭД-20 + 15% АМЕО + 1% Катамин 0,7 1350
ХСПЭ + 25% ЭД-20 + 15% АМЕО + 1% Б1зрегЬук 168 1,1 1200
ХСПЭ + 20% ЭД-20 + 10% АФ-2 + 1% Олеокс-5 0,5 250
ХСПЭ + 20% ЭД-20 + 10% АФ-2 + 1% Б18реЛук 168 0,8 350
При использовании отвердителя АМЕО введение модификатора практически не влияет на прочностные характеристики пленок. Исключение составляет снова лишь Катамин (в этом случае наблюдается снижение прочности примерно на 30%).
При использовании АФ-2, как видно, введение модификаторов Олеокс-5 и Б18регЬук 168 заметно снижает прочность пленок, тем не менее, применение этих модификаторов целесообразно, т.к. увеличивается жизнеспособность композиции (без использования модификатора, не удается ввести 20 масс. частей ЭД-20).
Так как разрабатываемые эпокси-
хлорсульфированные композиции предполагается использовать для производства защитных покрытий, важно оценить их стойкость в различных средах. Хлорсульфированный полиэтилен обладает очень высокой химической стойкостью. Важно оценить влияние других компонентов системы на химическую стойкость полученных пленок. В данной работе оценивали стойкость пленок в
агрессивных средах (ШБ04 коНЦ , 40% КаОН). Результаты исследований представлены в таблице 3.
Как видно из таблицы, введение модификаторов в пленки ХСПЭ оказывает различное влияние на их стойкость к агрессивным средам в зависимости от применяемого отвердителя. Химическая стойкость полимерных материалов связана с их инертностью по отношению к различным реагентам. Если в готовой пленке присутствуют непрореагировавшие функциональные группы, то химическая стойкость ее снижается. Поэтому, по-видимому, требуется дополнительный расчет стехиометрического количества вводимого модификатора.
Таким образом, в результате работы было показано, что для получения эпокси-
хлорсульфированных композиций с увеличенным количеством ЭД-20 (от 20 м.ч. на 100 м.ч. ХСПЭ), целесообразно использовать поверхностно-активные вещества. Это позволяет повысить
жизнеспособность композиции и достигнуть лучшей дисперсности компонентов в ней.
Таблица 3. Стойкость образцов пленок состава ХСПЭ:ЭД-20:модификатор в агрессивных средах
Состав композиции Изменение массы образца (привеса* или потери),%
В конц. H2SO4 В 40% NaOH
ХСПЭ + 25% ЭД-20 + 30% ЭТАЛ-45 + 1% Олеокс-5 0,46 0,46*
ХСПЭ + 25% ЭД-20 + 30% ЭТАЛ-45 + 1% Катамин 7,35 1,03*
ХСПЭ + 25% ЭД-20 + 30% ЭТАЛ-45 +1% Disperbyk 168 2,01 0,71*
ХСПЭ + 25% ЭД-20 + 15% АМЕО + 1% Олеокс-5 1,06 0,83*
ХСПЭ + 25% ЭД-20 + 15% АМЕО + 1% Катамин 0,85 0,56*
ХСПЭ + 25% ЭД-20 + 15% АМЕО + 1% Disperbyk 168 0 1,20*
ХСПЭ + 20% ЭД-20 + 10% АФ-2 + 1% Олеокс-5 0,55* 1,19*
ХСПЭ + 20% ЭД-20 + 10% АФ-2 + 1% Disperbyk 168 0,74 1,66*
Бабина Кристина Сергеевна, магистрант 1 года кафедры технологии переработки пластмасс РХТУим. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Сакина Александра Ивановна, аспирант кафедры технологии переработки пластмасс РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Свиридова Екатерина Сергеевна, студент 4 курса кафедры технологии переработки пластмасс РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Калинина Нина Константиновна, к.т.н., доцент кафедры технологии переработки пластмасс РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва.
Осипчик Владимир Семенович, д.т.н., профессор кафедры технологии переработки пластмасс РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва.
Литература
1. Гумаров А.Х., Гарипов P.M., Стоянов О.В. Модификация покрытий на основе хлорсульфированного
полиэтилена эпоксидными олигомерами //Вестник Казанского технологического университета - 2011. -№ 11. - С. 138-140.
2. А.И. Сакина, К.С. Бабина, Н.К. Калинина, B.C. Осипчик Получение полимерных связующих на основе
хлорсульфированного полиэтилена и эпоксидных олигомеров // Успехи в химии и химической технологии. - 2015. - T.XXIX - №. 10. - С. 56-58.
Babina Kristina Sergeevna, Sakina Aleksandra Ivanovna, Sviridova Ekaterina Sergeevna, Kalinina Nina Konstantinovna*, Osipchic Vladimir Semenovich
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. * e-mail: kalininaNK@yandex.ru
WAYS OF REGULATING THE COMPOSITION OF THE EPOXY BINDER CHLORSULFUROL
Abstract
The resulting works were obtained compositions with a high content of epoxy resin. It was evaluated the influence of surfactants on the technological properties of the compositions and performance characteristics of the films based on this compositions.
Key words: chlorosulfonated polyethylene, epoxy resins, curing, modifiers, blends of polymers.
