CC BY
49
УДК 678.05
А.И. Сакина*, К.С Бабина, Н.К. Калинина, В.С. Осипчик
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, Миусская площадь, дом 9 * e-mail: [email protected]
ПОЛУЧЕНИЕ ПОЛИМЕРНЫХ СВЯЗУЮЩИХ НА ОСНОВЕ
ХЛОРСУЛЬФИРОВАННОГО ПОЛИЭТИЛЕНА И ЭПОКСИДНЫХ ОЛИГОМЕРОВ
Аннотация
В статье приведены результаты исследований процессов образования сшитой структуры хлорсульфированного полиэтилена. Исследована совместимость хлорсульфированного полиэтилена и эпоксидных олигомеров марок ЭД -20 и ЭТФ. Определены основные характеристики материалов на основе смесей данных полимеров с различным соотношением компонентов.
Ключевые слова: хлорсульфированный полиэтилен, эпоксидные олигомеры, отверждение, совместимость, адгезионная прочность.
Область применения полимерных
композиционных материалов расширяется с каждым днем. В качестве основы для связующих наряду с индивидуальными полимерами все чаще используют их смеси. Большой практический интерес представляют смеси каучуков с синтетическими смолами, имеющими в составе функциональные группы. Хлорсульфированные полиэтилены (ХСПЭ) - промышленные эластомеры, которые получают химической модификацией полиэтилена высокого или низкого давления в растворе хлором и сернистым ангидридом [1]. ХСПЭ имеет аморфную структуру, обладает высокой эластичностью в широком интервале температур, низкой газопроницаемостью, очень высокой химической и коррозионной стойкостью. Совмещение этого полимера с эпоксидными олигомерами дает возможность получать материалы с существенно более высокими физико-механическими характеристиками, более плотно сшитой структурой, более высокой адгезией к различным поверхностям, что очень важно для материалов, которые предполагается использовать как защитные [2].
Данную работу проводили, используя 15%-ный раствор ХСПЭ в толуоле, полученный на основе полиэтилена низкой плотности.
На первом этапе работы были проведены исследования процессов образования сшитой структуры ХСПЭ под действием отвердителей различной химической природы: аминных (марки Этал-45), аминофенольных (марки АФ-2), аминосилановых (марок АГМ-9, Dynasylan GLYMO, Dynasylan AMEO, Dynasylan MEMO). Известно, что в качестве сшивающих агентов для ХСПЭ также могут выступать эпоксидные олигомеры [3]. В данной работе для этой цели использовали эпоксидные
Для всех полученных пленок были определены
олигомеры марок ЭД-20 и ЭТФ. ,
физико-механические характеристики, такие как
Все отвердители вводили в раствор ХСПЭ в
прочность и относительное удлинение при разрыве.
количестве 1 м.ч. на 100 м.ч. ХСПЭ.
Данные исследований приведены в таблице 1.
Жизнеспособность композиций оценивали по времени сохранения их начальной вязкости. Было показано, что во всех композициях жизнеспособность составляет более 60 минут, за исключением тех, в которые вводили АГМ-9, где она составляет порядка 60 минут. Отверждение образцов проводили в течение 7 суток. После этого были проведены исследования набухания пленок в толуоле. Было установлено, что пленки, содержащие все перечисленные отвердители, за исключением Dynasylan MEMO, Dynasylan GLIMO, ЭД-20 и ЭТФ, не растворяются в толуоле, а лишь ограниченно набухают в нем, что свидетельствует об образовании в пленках пространственной структуры.
Таблица 1. Прочность и относительное удлинение при разрыве отвержденных пленок ХСПЭ
Отвердитель Прочность, МПа Относительное удлинение, %
без отвердителя 0,50 2000
ЭТАЛ-45 0,80 1150
АГМ-9 0,83 1200
АФ-2 0,95 1100
Dynasylan MEMO 0,39 1350
Dynasylan AMEO 1,00 более 1400
Dynasylan GLYMO 0,49 более 1100
ЭД-20 0,60 1500
ЭТФ 0,40 1150
Как видно из таблицы, наибольшее возрастание прочности образцов наблюдается при использовании аминных отвердителей (ЭТАЛ-45 и АФ-2) и аминосилановых (АГМ-9 и Dynasylan AMEO), использование эпоксидных олигомеров в качестве отвердителей не оказывает существенного влияния на прочностные свойства пленок ХСПЭ.
На следующем этапе работы осуществляли получение композиций на основе смесей ХСПЭ и ЭД-
20 с различным соотношением компонентов. Была изучена совместимость этих полимеров. Для этого были приготовлены разбавленные растворы, содержащие смеси полимеров в различном соотношении, и определена оптическая плотность этих растворов. Измерения проводили в течение двух недель. Результаты приведены на рисунке 1.
Рис. 1. Изменение светопропускания растворов ХСПЭ и ЭД-20
Как видно из рисунка, оптическая плотность растворов, содержащих небольшое количество ЭД-20 (до 60 м.ч. на 100 м.ч. ХСПЭ), в течение указанного времени практически не изменяется. Из этого можно заключить, что смеси стабильны и расслаивания в них не происходит.
Были получены образцы пленок на основе ХСПЭ, в которые вводили различное количество эпоксидного олигомера. При получении образцов были использованы все приведенные выше отвердители. Данные исследований равновесного набухания показали, что наиболее плотная пространственная сетка образуется в образцах при введении в ХСПЭ ЭД-20 в количестве 15 м.ч., причем равновесные значения набухания достигаются после недельной выдержки образцов (для АГМ-9, АФ-2, Dynasylan AMEO) и трехнедельной (для ЭТАЛ-45). На рис.2 приведена зависимость степени набухания пленок в толуоле от времени набухания. На графике
представлены зависимости выдержанных в течение недели.
для
образцов,
Рис. 2. Изменение степени набухания пленок ХСПЭ в толуоле во времени
В таблице 2 приведены основные характеристики пленок, полученных на основе смеси ХСПЭ : ЭД-20 в соотношении 100:15.
Таблица 2. Свойства пленок ХСПЭ, содержащих 15 м.ч. ЭД-20
Равновесное Прочность при Относительное Адгезионная
Отвердитель набухание в разрыве, МПа удлинение, % прочность к
толуоле, % стальной
подложке, МПа
ЭТАЛ-45 467* 0,97* 450* 0,26
АГМ-9 790 1,3 900 0,08
АФ-2 300 1,6 300 -
Dynasylan AMEO 41 2,1 1100 -
*- после отверждения в течение трех недель (для остальных - в течение одной недели)
Исходя из полученных результатов, можно сделать вывод, что наибольшее возрастание прочности достигается при использовании отвердителя Dynasylan AMEO. Применение отвердителя ЭТАЛ-45 дает возможность повысить адгезионную прочность к стальной подложке более, чем в четыре раза, по сравнению с композициями, не содержащими ЭД-20, а также с композициями аналогичного состава, но где в качестве отвердителя используется АГМ-9.
В работе также было проведено изучение смесей ХСПЭ : ЭТФ. Эпоксидный олигомер ЭТФ содержит в своем составе, помимо эпоксидных, фенольные группы. Материалы, получаемые на основе ЭТФ, обладают повышенными термостойкостью и химической стойкостью.
В данной работе, по аналогии с ЭД-20, была исследована совместимость смесей ХСПЭ и ЭТФ. Были приготовлены смеси следующего состава: 20, 40, 60, 80 и 100 м.ч. ЭТФ на 100м.ч. ХСПЭ. Результаты измерений показали, что оптическая плотность растворов в течение недели изменяется
незначительно. Таким образом, можно сделать вывод, что ХСПЭ и ЭТФ, также как и с ЭД-20, образуют стабильные смеси. В дальнейшем предполагается продолжение экспериментов по получению материалов на основе ХСПЭ и ЭТФ. Кроме этого, представляет интерес проверка возможности использования ЭТФ в качестве отвердителя для ХСПЭ.
Таким образом, было показано, что аминосилановый отвердитель Dynasylan AMEO является эффективным сшивающим агентом для ХСПЭ, применение его в этом качестве позволяет получить плотную пространственно-сшитую структуру в полимере, существенно повысить его прочностные свойства. Кроме этого, было показано также, что ХСПЭ образует стабильные смеси с эпоксидными олигомерами, причем оптимальным соотношением с точки зрения технологических и эксплуатационных свойств является соотношение 100:15 (ХСПЭ : ЭД-20); смеси, содержащие ЭТФ, подлежат дальнейшему изучению.
Сакина Александра Ивановна, студент кафедры технологии переработки пластмасс РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Бабина Кристина Сергеевна, студент 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 Семёнович, д.т.н., заведующий кафедрой технологии переработки пластмасс РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Литература
1. Ронкин Г.М. Хлорсульфированный полиэтилен. ЦНИИТЭнефтехим, М., 1977.101 с.
2. Калинина Н.К. Разработка материалов на основе хлорсульфированного полиэтилена с улучшенными прочностными и эксплуатационными свойствами: дис. канд. техн.наук. М., РХТУ, 2011.115 с.
3. Энциклопедия полимеров. М.: 1977. Т 3. С. 102-107.
Sakina Aleksandra Ivanovna*, Babina Kristina Sergeevna, Kalinina Nina Konstantinovna, Osipchik Vladimir Semionovich
D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. * e-mail: [email protected]
PREPARATION OF POLYMERIC BINDERS BASED ON CHLOROSULFONATED POLYETHYLENE AND EPOXY OLIGOMERS
Abstract
The results of investigations the curing processes of chlorosulfonated polyethylene are presents in this article. The compatibility of chlorosulfonated polyethylene and epoxy resins was investigated. The principal characteristics of materials on the base of this mixtures with different correlations of components was defined.
Key words: chlorosulfonated polyethylene, epoxy resins, curing process, соmраtibility, adhesion strength.
