ISSN 2304-6600 (Online)
ISSN 1997-0935 (Print)



Оценка влияния полярности дисперсных наполнителей на структуру и водопоглощение эпоксидных материалов

  • Котлярова И.А. - Брянский государственный технический университет (БГТУ)
  • Степина И.В. - Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет
  • Илюшкин Д.А. - Брянский государственный технический университет (БГТУ)
  • Цветков И.С. - Брянский государственный технический университет (БГТУ)
DOI: 10.22227/1997-0935.2019.6.690-699
Страницы: 690-699
Введение. Композиционные материалы на основе эпоксидной смолы находят широкое применение в качестве адгезивов, покрытий и конструкционных материалов, свойства которых можно направленно регулировать введением в связующее различных добавок, в том числе дисперсных наполнителей. Дисперсные наполнители, положительно влияя на комплекс свойств эпоксидных материалов, могут приводить к росту водопоглощения. Цель работы — изучение влияния полярных и неполярных дисперсных наполнителей на структуру и водопоглощение эпоксидных материалов. Материалы и методы. При получении композиционных материалов использовали эпоксидную смолу ЭД-20 (ГОСТ 10587-84), пластификатор дибутилфталат (ГОСТ 8728-88), отвердитель полиэтиленполиамин (ТУ 2413-357-00203447-99), дисперсные наполнители — маршаллит (ГОСТ 9077-82) и графит (ГОСТ 17022-81). Структуру образцов исследовали методом ИК-спектроскопии. Водопоглощение определяли в кипящей воде гравиметрическим методом по стандартной методике (ГОСТ 4650-2014 (ISO 62:2008)) и оценивали гравиметрическим методом по изменению массы образцов в течение 120 суток. Результаты. Установлено оптимальное содержание наполнителей маршаллита и графита в эпоксидных материалах; при массовом соотношении наполнитель/связующее = 15/85 водопоглощение материалов минимальное. Методом ИК-спектроскопии показано, что введение в эпоксидное связующее полярного наполнителя маршаллита способствует упорядочению структуры материала за счет образования водородных связей между реакционноспособными группами наполнителя и смолы; частицы неполярного наполнителя графита, локализуясь в аморфных областях, приводят к ослаблению системы водородных связей. Взаимодействие образцов, содержащих маршаллит, с водой осуществляется в режиме набухания, равновесная степень набухания ~ 1 %. Механизм взаимодействия образцов, содержащих графит, с водой включает чередующиеся стадии растворение – набухание, более выраженные по сравнению с контрольными образцами. Выводы. Водопоглощение эпоксидных материалов, наполненных дисперсными наполнителями, определяется микроструктурой отвержденной смолы. Введение в состав эпоксидного связующего полярного наполнителя маршаллита влечет упорядочение структуры материала, что обусловливает снижение водопоглощения. Введение в состав эпоксидного связующего неполярного наполнителя графита вызывает разупорядочение структуры материала, что вызывает рост водопоглощения. Более низкое значение водопоглощения эпоксидного материала с графитом связано с частичным растворением образца. Использование неполярных наполнителей нецелесообразно для эпоксидных материалов, контактирующих с водой.
  • графит;
  • дисперсные наполнители;
  • ИК-спектроскопия;
  • композиционные материалы;
  • маршаллит;
  • эпоксидная смола;
  • водостойкость;
Литература
  1. Давлетшина И.Р., Шайдуллина А.А. Перспективы рынка эпоксидных композиций // Вектор экономики. 2018. № 4 (22). С. 21.
  2. Гаврилов М.А., Вернигорова В.Н. Композиционные материалы на основе эпоксидной смолы // Региональная архитектура и строительство. 2013. № 2. С. 50–56.
  3. Кочнова З.А., Жаворонок Е.С., Чалых А.Е. Эпоксидные смолы и отвердители: промышленные продукты. М. : Химия, 2006. 200 с.
  4. Строганов В.Ф., Строганов И.В. Эпоксидные адгезивы для соединения полимерных и разнородных материалов // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2013. № 3 (25). С. 92–97.
  5. Мараховский К.М., Осипчик В.С., Водовозов Г.А., Папина С.Н. Модификация эпоксидного связующего с повышенными характеристиками для получения композиционных материалов // Успехи в химии и химической технологии. 2016. Т. 30. № 10 (179). С. 56–58.
  6. Низина Т.А., Артамонов Д.А., Низин Д.Р., Чернов А.Н., Андронычев Д.О. Анализ влияния отвердителя на климатическую стойкость эпоксидных композиционных материалов // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2017. № 1 (697). С. 55–64.
  7. Коробко А.П., Крашенинников С.В., Левакова И.В., Дрозд С.Н., Чвалун С.Н., Николаев В.В. и др. Влияние химической прививки эпоксидной смолы к органомодифицированному монтмориллониту на структуру и теплостойкость эпоксидного нанокомпозита // Высокомолекулярные соединения. Сер. : А, Б. 2011. Т. 53. № 1. С. 78–87.
  8. Бригаднов К.А., Биличенко Ю.В., Поляков В.А., Борисов Р.С., Гусев К.И., Рудакова Т.А. и др. Эпоксидные олигомеры, модифицированные эпоксифосфазенами // Высокомолекулярные соединения. Сер. Б. 2016. Т. 58. № 5. С. 387–393. DOI: 10.7868/S2308113916050016
  9. Гусев К.И., Киреев В.В., Симакина Е.А., Копылов В.М., Антипов Ю.В., Мурашов Б.А. Композиционные материалы на основе эпоксидных связующих, модифицированных гидроксифенильными олигосилоксанами // Пластические массы. 2010. № 12. С. 34–36.
  10. Осипов П.В., Осипчик В.С., Смотрова С.А. Регулирование свойств эпоксидных олигомеров // Успехи химии и химической технологии. 2008. Т. 22. № 5 (85). С. 53–56.
  11. Wu H., Kessler M.R. Аsphaltene: structural characterization, molecular functionalization, and application as a low-cost filler in epoxy composites // RSC Advances. 2015. Vol. 5. No. 31. Pp. 24264–24273. DOI: 10.1039/c5ra00509d 
  12. Wu H., Rogalski M., Kessler M.R. Zirconium tungstate/epoxy nanocomposites: effect of nanoparticle morphology and negative thermal expansivity // ACS Applied Materials and Interfaces. 2013. Vol. 5. Issue 19. Pp. 9478–9487. DOI: 10.1021/am402242g
  13. Liangchao Guo, Zhenyu Zhang, Ruiyang Kang, Yapeng Chen, Xiao Hou, Yuming Wu. et al. Enhanced thermal conductivity of epoxy composites filled with tetrapod-shaped ZnO // RSC Advances. 2018. Vol. 8. Issue 22. Pp. 12337–12343. DOI: 10.1039/C8RA01470A
  14. Shi Z., Li X.-F., Bai H., Xu W.-W., Yang S.-Y., Lu Y. et al. Influence of microstructural features on thermal expansion coefficient in graphene/epoxy composites // Heliyon. 2016. Vol. 2. No. 3. P. e00094 DOI: 10.1016/j.heliyon.2016.e00094
  15. Бондалетова Л.И., Бондалетов В.Г. Полимерные композиционные материалы. Томск : Изд-во Томского политехнического университета, 2013. Ч. 1. 118 с.
  16. Мостовой А.С., Курбатова Е.А. Направленное регулирование свойств эпоксидных композитов, наполненных кирпичной пылью // Журнал прикладной химии. 2017. Т. 90. Вып. 2. С. 246–256.
  17. Кисляков П.А., Низина Т.А. Наномодифицированные эпоксидные композиты строительного назначения // Перспективные материалы. 2010. № 9. С. 113–116.
  18. Сайфутдинова М.В., Лыга Р.И., Михальчук В.М. Композиционные материалы аминного отверждения на основе эпоксидной смолы и терморасширенного графита // Успехи в химии и химической технологии. 2017. Т. 31. № 11 (192). С. 102–104.
  19. Каблов В.Ф., Лифанов В.С., Логвинова М.Я., Кочетков В.Г. Огнетеплостойкие эпоксидные композиты, наполненные карбидом кремния // Современные проблемы науки и образования. 2013. № 6. С. 1036–1041.
  20. Tarrío-Saavedra J., López-Beceiro J., Naya S., Artiaga R. Effect of silica content on thermal stability of fumed silica/epoxy composites // Polymer Degradation and Stability. 2008. Vol. 93. No. 12. Pр. 2133–2137. DOI: 10.1016/j.polymdegradstab.2008.08.006
  21. Radoman T.S., Džunuzović J.V., Jeremić K.B., Grgur B.N., Miličević D.S., Popović I.G. et al. Improvement of epoxy resin properties by incorporation of TiO2 nanoparticles surface modified with gallic acid esters // Materials and Desing 2014. Vol. 62. Pp. 158–167. DOI: 10.1016/j.matdes.2014.05.015 
  22. Стойкович Н., Смилькович С., Цуркина С.К., Лакетич А. Влияние влаги на клеевые соединения // Наука и инновации в строительстве (к 45-летию кафедры строительства и городского хозяйства) : сб. докл. Междунар. науч.-практ. конф., Белгород, 21 апреля 2017. Белгород : Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, 2017. С. 40–49.
  23. Плакунова Е.В., Татаринцева Е.А., Мостовой А.С., Панова Л.Г. Структура и свойства эпоксидных термореактопластов // Перспективные материалы. 2013. № 3. C. 57–62.
  24. Galeev R.R., Maisuradze N.V., Abdrakhmanova L.A. Structure of polymer composites on basis of epoxy resin and organic and inorganic dispersed industrial wastes // Materials Science Forum. 2016. Vol. 871. Pp. 216–222. DOI: 10.4028/www.scientific.net/msf.871.216 
  25. Стухляк П.Д., Букетов А.В., Панин С.В., Марущак П.О., Мороз К.М., Полтаранин М.А. и др. Структурные уровни разрушения эпоксидных композитных материалов при ударном нагружении // Физическая мезомеханика. 2014. Т. 17. № 2. С. 65–83.
  26. Dyachkova T.P., Rukhov A.V., Tkachev A.G., Tugolukov E.N. Functionalization of carbon nanotubes: methods, mechanisms and technological realization // Advanced Materials and Technologies. 2018. No. 2. Pp. 018–041. DOI: 10.17277/amt.2018.02.pp.018-041 
  27. Musayeva A.Yu., Huseynova G.M. Properties of modified epoxy resins (Review) // Sciences of Europe. 2018. No. 33–2 (33). Pp. 22–29.
  28. Cabanelas J. Water absorption in polyamin­osiloxane-epoxy thermosetting polymers // Journal of Materials Processing Technology. 2003. Vol. 143–144. Pp. 311–315. DOI: 10.1016/s0924-0136(03)00480-1 
  29. Lee J.H., Rhee K.Y., Lee J.H. Effects of moisture absorption and surface modification using 3-aminopropyltriethoxysilane on the tensile and fracture characteristics of MWCNT/epoxy nanocomposites // Applied Surface Science. 2010. Vol. 256. No. 24. Pp. 7658–7667. DOI: 10.1016/j.apsusc.2010.06.023 
  30. Бобрышев А.Н., Туманова Н.Н., Перцев В.Т., Зубарев П.А., Кувшинов П.И. Химическая стойкость смесевых полимерных композитов в агрессивных средах // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Сер. : Физико-химические проблемы и высокие технологии строительного материаловедения. 2012. № 5. C. 26–32.
  31. Бобрышев А.Н., Ерофеев В.Т., Воронов П.В., Бобрышев А.А., Гаврилов М.А., Барменков А.С. Кинетические режимы набухания и растворения композитов // Фундаментальные исследования. 2016. № 6. C. 29–35.
СКАЧАТЬ (RUS)