CC BY
64
КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ
УДК 678.7-678.684.82
А. Р. Курбангалеева, Ю. Н. Хакимуллин, А. Ф. Дресвянников,
Е. В. Петрова
ВЛИЯНИЕ НАНОРАЗМЕРНОГО ОКСИДА АЛЮМИНИЯ НА СВОЙСТВА ТИОКОЛОВЫХ
И УРЕТАНОВЫХ ГЕРМЕТИКОВ
Ключевые слова: наночастицы, оксид алюминия, герметик.
Изучено влияние способа введения наноразмерного оксида алюминия, полученного электрохимическим способом, на свойства тиоколовых и уретановых герметиков. Установлено, что введение наноразмерного оксида алюминия приводит к улучшению физико-механических свойств таких герметиков.
Keywords: nanoparticles, aluminum oxide, sealant.
We studied influence of incorporation of nanosized aluminum oxide, obtained by electrochemical method, to properties of thiocol and urethane sealants. We established that incorporation of nanosized aluminum oxide increase physical mechanical properties of sealants.
Введение
Среди отверждающихся герметиков,
благодаря высокому комплексу свойств, широкое применение нашли полиуретановые герметики и герметики на основе полисульфидных олигомеров (ПСО). Увеличение потребления герметизирующих материалов на основе реакционноспособных олигомеров возможно в результате улучшения их свойств. Свойства таких герметиков в значительной степени зависят не только от строения олигомера, но и от вида и количества применяемых наполнителей [1].
Известно, что эффективность наполнителей кроме их природы определяется дисперсностью и способом их введения в полимерную композицию, а для высокодисперсных наполнителей, в том числе и наноразмерного уровня, зависит от степени их распределения в полимере.
В низковязких композициях на основе реакционноспособных олигомеров, в связи с невозможностью создания высоких сдвиговых усилий, характерных для высокомолекулярных полимеров, сложно создать условия эффективного распределения наночастиц. В связи с этим, свойства таких нанокомпозитов в значительной степени будут определяться условиями и способами введения наночастиц. Это было установлено ранее, наприме-ре использования оксида алюминия в тиоколовых герметиках [2,3]. Значительное влияние на стабильность наночастиц гидроксида и оксида алюминия оказывает природа стабилизирующих добавок [4]. Изучалось влияние наноразмерного а-оксида алюминия на свойства тиоколовых и уретановых герметиков.
Экспериментальная часть
Наноразмерный оксид алюминия получали электрохимическим способом [5]. Свойства
наноразмерных частиц оксидов металлов обусловлены как особенностями отдельных частиц, так и конгломератами, образованными этими частицами, и также характера взаимодействия между ними. Структура и дисперсность таких наноматериалов зависит от способа их получения. Согласно данным ренгенофазового анализа (дифрактометр D8 ADVANCE фирмы Bruker) образец оксида алюминия представлен ысокотемпературной модификацией а-А120з. Микрофотография порошка оксида алюминия полученная с использованием электронного микроскопа «EVEX» MINI-SEM представлена на рис.1. Образец представлен высокодисперсными частицами размером от 50 до 200 нм, сформированных в агрегаты размером > 1-2 мкм.
Рис. 1 - Микрофотография порошка оксида алюминия
Состав герметиков на основе жидкого тиокола:
Жидкий тиокол марки НВБ-2 (содержание 8И-групп 3,4%, динамическая вязкость при 25С - 10Па*с) -100 мас.ч.; мел МТД-2 - 100 мас.ч.; А1203 - 1,0 мас.ч., ДФГ - 0,5 мас.ч.
Отверждение герметиков осуществлялось диоксидом марганца в составе пасты №9. Соотношение
герметизирующей и отверждающей пасты (Паста № 9) 100:10 по массе.
Для изучения физико-механических свойств герметиков герметизирующую и отверждающую пасту тщательно смешивали, формовали образцы для испытания в виде полосок размером 120*30*3 мм с помощью шаблона по ГОСТ 21751-76 и выдерживали при температуре 20-25 оС в течение 24 ч., затем отверждали при температуре (70±3) оС в течение 24ч. Определение условной прочности при разрыве и относительного удлинения при разрыве, а также обработку результатов испытаний тиоколо-вых и уретановых герметиков проводили по ГОСТ 21751-76.
В герметизирующую пасту оксид алюминия вводили двумя способами: в смеси с жидким тиоколом и с дибутилфталатом (ДБФ). Оптимальное соотношение оксида алюминия (а-ОА) с ДБФ составляло 1:1, а соотношение а-А1203:жидкий тиокол 1:2. Это позволило получить пасту с высокой степенью гомогенизации.
Таблица 1 - Влияние способа введения а -Л12Оз на условную прочность и относительное удлинение при разрыве герметиков на основе жидкого тиокола марки НВБ-2
Показатели Условная прочность при разрыве, МПа Относительное удлинение при разрыве, %
ДБФ/а-ОА 1,57 80
Жидкий тиокол/а-ОА 1,55 85
Не модифицированный герметик 1,41 48
Наноразмерный оксид алюминия введенный в виде пасты с жидким тиоколом и ДБФ повышает прочность герметиков и относительное удлинение по сравнению с немодифицированным составом (таблица 1). Наибольшее увеличение относительного удлинения наблюдается при введении наночастиц оксида алюминия в виде пасты с жидким тиоколом.
Следует отметить, что введение наночастиц оксида алюминия не оказывает существенного влияния на жизнеспособность и твердость герметика по сравнению с немодифицированным составом. Повышение прочности герметиков, по-видимому, связано с высокой удельной поверхностью и активностью наночастиц оксида алюминия. Основную роль в увеличении прочности герметиков оказывают возникающие физические взаимодействия, что подтверждается неизменностью плотности химических цепей сетки в герметиках содержащих и не содержащих наночастицы оксида алюминия.
Изучалось влияние оксида алюминия (а-ОА) на свойства двухкомпонентных уретановых герметиков. В работе использовался уретановый форполимер на основе лапрола 3603 (содержание
концевых изоцианатных групп 3% масс.). Отверждение форполимера осуществлялось лапролом 3603, в качестве наполнителя использовали мел МТД-2 в количестве 100 мас.ч., а А120з вводили в интервале дозировок 0-1,0 мас.ч.
Оксид алюминия вводили в лапрол 3603, наполненный просушенным мелом, затем добавляли уретановый форполимер. Для лучшего диспергирования оксида алюминия полученную композицию обрабатывали ультразвуком.
1,3
я 1,25
а
л
^ 5 1,2
3 2
а а2 & а 1,15
№ —
я 5 1,1
о
с >. 1,05
1
У 0,1 од 0,Ь и,И 1
Содержа нш% мя с*ч*
Рис. 2 - Влияние оксида алюминия (а-ОА)на условную прочность уретанового герметика
Введение оксида алюминия во всем диапазоне дозировок практически не повлияло на прочность герметика (рисунок 2), но привело к значительному снижению (более чем в два раза) относительного удлинения (рисунок 3). Кроме того, введение оксида алюминия существенно уменьшает жизнеспособность герметиков и уменьшает степень набухания в толуоле на 15%, по сравнению с немоди-фицированным герметиком.
Содержание, мае. ч.
Рис. з - Влияние оксида алюминия (а-ОА) на относительное удлинение уретанового герметика
Введение наночастиц оксида алюминия во всем диапазоне дозировок повышает твердость герметика (рисунок 4). Ускорение процессов отверждения и уменьшение относительного удлинения, повышение твердости и стойкости герметиков к набуханию в толуоле, по-видимому, связано с повышением уровня физических взаимодействий между наполнителем и полимером, в связи с высокой удельной поверхностью и активностью наночастиц оксида алюминия.
Содержание, МЯС.Ч.
Рис. 4 - Влияние оксида алюминия (а-ОА) на твердость уретанового герметика
Выводы
1. Изучено влияние способа введения нано-размерного оксида алюминия (а-ОА), полученного электрохимическим способом, на свойства герметиков на основе жидкого тиокола. Наиболее эффективным оказалось введение наночастиц оксида алюминия в виде пасты с тиоколом или с ДБФ в герметизирующую пасту. Установлено, что введение 1,0 мас.ч. наноразмерного оксида алюминия приводит к улучшению физикомеханических свойств таких герметиков.
2. Изучена эффективность использования наночастиц оксида алюминия (а-ОА) в уретановых герметиках. Установлено, что введение наноразмерного оксида алюминия уменьшает жизнеспособность и относительное удлинение, повышает твердость и стойкость таких герметиков в толуоле.
3. Установлено, что эффекты улучшения свойств герметиков при введении наноразмерного оксида алюминия (а-ОА) связаны с усилением
физических взаимодействий между оксидом алюминия и олигомером.
Работа выполнена на оборудовании ЦКП «Наноматериалы и нанотехнологии» при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научнотехнологического комплекса России на 2007-2013 годы» по госконтракту 16.552.11.7012.
Литература
1. Хакимуллин, Ю. Н. Герметики на основе полисуль-фидных олигомеров: синтез, свойства, применение / Ю. Н. Хакимуллин, В. С. Минкин, Ф. М. Палютин [и др.] -М.: Наука, 2007.- С. 301.
2. Петрова, Е.В. Наноразмерные гидроксид и оксид алюминия, полученные электрохимическим способом и их использование / Е.В. Петрова, А.Ф. Дресвянников, М.А. Цыганова, Ю. Н. Хакимуллин, Р.И. Зарипов // Вестник Казанского технологического университета -2009. - № 2. - С .115-119
3. Хакимуллин, Ю.Н. Влияние наноразмерных
гидроксида и оксида алюминия на свойства тиоколовых герметиков / Ю. Н. Хакимуллин, А.И. Куркин, Е.В. Петрова, А.Ф. Дресвянников // Вестник Казанского технологического университета - 2009. - № 6. - С.221-223
4. Петрова, Е.В. Влияние природы и концентрации поверхностно-активных веществ и полимеров на стабильность нанодисперсных систем гидроксид алюминия -вода / Е.В. Петрова, А.Ф. Дресвянников, А.В. Винокуров // Вестник Казанского технологического университета - 2011. - № 6. - С.306-308
5. Дресвянников, А.Ф. Морфология и фазовый состав наноразмерных частиц гидроксида и оксида алюминия, полученных электрохимическим способом / А.Ф. Дресвянников, Е.В. Петрова, М.А. Цыганова // Журнал физической химии. - 2010. - Т.84, №4. - С.727-732.
© А. Р. Курбангалеева - асп. каф. химии и технологии переработки эластомеров КНИТУ, [email protected]; Ю. Н. Хакимуллин - д-р техн. наук, проф. каф. химии и технологии переработки эластомеров КНИТУ, [email protected]; А. Ф. Дресвянников - д-р хим. наук, проф. каф. аналитической химии, сертификации и менеджмента качества КНИТУ; Е. В. Петрова - канд. хим. наук, доц. той же кафедры.
