CC BY
48
А. И. Галлямов, А. Р. Курбангалеева, Ю. Н. Хакимуллин,
А. Ф. Дресвянников, Е. В. Петрова
ВЛИЯНИЕ НАНОРАЗМЕРНОГО ГИДРОКСИДА АЛЮМИНИЯ НА СВОЙСТВА ГЕРМЕТИКОВ
НА ОСНОВЕ ТИОЛСОДЕРЖАЩЕГО ПОЛИЭФИРА
Ключевые слова: наночастицы, гидроксид алюминия, герметик.
Проведены исследования эффективности введения наночастиц гидроксида алюминия, полученного электрохимическим способом, в качестве наполнителя герметиков на основе тиолсодержащего полиэфира. Установлено, что введение наноразмерного гидроксида алюминия приводит к улучшению физико-механических свойств герметиков на основе тиолсодержащего полиэфира.
Keywords: nanoparticles, aluminum hydroxide, sealant.
Investigations devoted to the efficiency of introduction of aluminum hydroxide nanoparticles as a filler for sealants based on thiol-containing polyester. Aluminum hydroxide nanoparticles were produced by the electrochemical method.
It was established that introduction of nano-sized aluminum hydroxide leads to improving of physical and mechanical properties of sealants based on thiol-containing polyester.
Введение
В строительстве для герметизации деформационных стыков различных типов устойчивым спросом пользуются отверждающиеся герметики на основе полисульфидных олигомеров (ПСО), способных благодаря предельности основной цепи долговременно эксплуатироваться в атмосферных условиях. Как правило, герметики, применяемые в строительстве, являются высоконаполненными. В основном, в качестве наполнителя для них используется природный мел, который позволяет получить герметики с недостаточным уровнем свойств. Поэтому в настоящее время продолжается поиск наполнителей, способствующих улучшению комплекса свойств герметиков на основе ПСО. Выбор наполнителя проводится по двум показателям: размеру частиц наполнителя (дисперсности) и рН водной вытяжки. При разработке герметизирующих материалов различного назначения важной задачей является нахождение баланса между технологическими свойствами композиций, удовлетворяющими определенным требованиям переработки и физикомеханическими характеристикам герметиков, влияющими на эксплуатационные свойства изделий и экономическую эффективность производства.
Наночастицы в составе полимеров способны придать хорошо известному материалу качественно другие свойства. Однако многие вопросы в области исследований и разработок полимерных нанокомпозитов остаются открытыми. К ним относятся проблемы получения и стабилизации нанонаполнителей, технологии диспергирования наночастиц в полимерной матрице. В низковязких композициях на основе реакционноспособных олигомеров, в связи с невозможностью создания высоких сдвиговых усилий, сложно создать условия эффективного распределения наночастиц.
В связи с этим, свойства таких нанокомпозитов в значительной степени будут определяться условиями и способами введения наночастиц [1].
Экспериментальная часть
Эффективность введения наночастиц гидроксида алюминия оценивали в герметиках на основе
тиолсодержащего полиэфира. Известно, что воздействие ультразвука способствует хорошему распределению наполнителей в жидких средах. Поэтому для получения герметиков на основе тиолсодержащего полиэфира, содержащих наноразмерные частицы гидроксида алюминия, применялось ультразвуковое воздействие. Процесс приготовления герметизирующей пасты заключается в механическом смешении и диспергировании частиц твердых наполнителей в жидких компонентах. Смесь полисульфидного олигомера с наполнителем тщательно перемешивают/перетирают, полученную герметизирующую пасту обрабатывают ультразвуком на ультразвуковой установке ИЛ 1006/4. Для этого регулируя высоту крепления корпуса преобразователя на штативе, производят соприкосновение излучающего волновода с гомогенной герметизирующей пастой на необходимую глубину. Композиции озвучивались 30 секунд.
В первом случае в качестве основного наполнителя использовали мел Winnofil SP в количестве 150 мас.ч. на 100 мас.ч. тиолсодержащего полиэфира, во втором случае использовали ТУ П-803 в количестве 40 мас.ч. на 100 мас.ч. тиолсодержащего полиэфира. Наноразмерный гидроксид алюминия, полученный электрохимическим способом, варьировали от 0 до 8 мас.ч. на 100 мас.ч. тиолсодержащего полиэфира. Отверждение герметиков осуществлялось отверждающей пастой на основе диоксида марганца. Определение условной прочности при разрыве и относительного удлинения при разрыве, а также обработку результатов испытаний проводили по ГОСТ 21751-76.
Способ получения гидроксидов металлов, основанный на процессах анодного растворения в коаксиальном электрохимическом реакторе, является на сегодняшний день одним из наиболее перспективных. Преимуществом данного метода является возможность получения очень чистых гидроксидов и оксидов, управление формой, морфологией, фазовым составом, а так же регулирование дисперсности за счет варьирования параметров электрического поля [2]. Гидроксид алюминия, получали электрохимическим методом, основанным на процессах анодного растворения. Синтез проводили в коаксиальном электрохи-
мическом реакторе, где центральным электродом (катодом) служила сталь Х18Н10Т, а анодом алюминий марки А5, при плотности анодного тока j=240 А/м2. В качестве электролита использовали 0,1М водный раствор хлорида натрия (NaCI марки «х. ч.»).
Рентгенографический анализ предшественников проводили методом порошковой дифрактометрии на дифрактометре D2 Phaser (фирма Bruker) с использованием монохроматизированного CuKa-излучения в режиме шагового сканирования (шаг сканирования -20=0,05°, время экспозиции в точке - 1 с). Расчет значений межплоскостных расстояний дифракционных рефлексов производился автоматически по программе EVA. Идентификация кристаллических фаз осуществлялась путем сопоставления полученных экспериментальных значений межплоскостных расстояний и относительных интенсивностей с эталонными. Результаты рентгенографических исследований показали, что синтезированный гидроксид алюминия представлен фазой бемита (табл.1).
Таблица 1 - Свойства наноструктурированного гидроксида алюминия
Образец Содержание фаз, % масс. / размер ОКР, нм Степень кристалличности, %
Аморфная Bohemite
ТА-2 26,5 / 3,6 73,5 / 5,6 73,5
Электронные микрофотографии гидроксида алюминия были получены методом сканирующей электронной микроскопии на высокоразрешающем сканирующем автоэмиссионном электронном микроскопе Auriga™ CrossBeam® Zeiss. Средний размер элементов структуры составляет 20-50 нм (рис.1).
Рис. 1 - SEM изображение гидроксида алюминия 50 000X
Введение модифицирующей добавки гидроксида алюминия значительно повышает прочность герметиков на основе тиолсодержащего полиэфира (рис. 2).
Наибольшее повышение прочности характерно для герметиков, наполненных ТУ П-803. Стоит отметить, что введение наноразмерного гидроксида алюминия эффективно в диапазоне дозировок от 0,1 мас.ч. до 3 мас.ч. на 100 мас.ч. тиолсодержащего полиэфира. Повышение прочности герметиков, по-видимому, связано с высокой удельной поверхностью и активностью наночастиц гидро-
ксида 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 гидроксида алюминия.
ТА-2 (мел) ТА-2 (ТУ)
Содержание, мас.ч.
Рис. 2 - Влияние гидроксида алюминия на условную прочность герметиков на основе тиолсодержащего полиэфира
Введение модифицирующей добавки в случае герметиков, наполненных мелом снижает
относительное удлинение герметиков, а в случае герметиков наполненных ТУ П-803 относительное удлинение изменяется незначительно (рис 3).
Рис. 3 - Влияние гидроксида алюминия ТА-2 на относительное удлинение герметиков на основе тиолсодержащего полиэфира
Гидроксид алюминия повысил твердость герметиков, полученнные данные коррелируют с изменениями прочности герметиков, наиболее сильное повышение твердости также характерно для герметиков, наполненных ТУ П-803 (рис. 4).
Рис. 4 - Влияние гидроксида алюминия на твердость герметиков на основе тиолсодержащего полиэфира
Таким образом, анализ полученных данных позволяет предположить, что введение наночастиц гидроксида алюминия полученного электрохимическим способом в коаксиальном бездиафрагменном электролизере при анодной плотности тока 240 А/м2 в состав герметиков на основе тиолсодержащего полиэфира способствует получению более совершенной структуры, что приводит к улучшению комплекса физико-механических свойств.
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 научно-
технологического комплекса России на 2007-2013 годы» по госконтракту 16.552.11.7060.
Литература
1. Курбангалеева, А.Р. Влияние наноразмерного оксида алюминия на свойства тиоколовых и уретановых герметиков / А.Р. Курбангалеева, Ю.Н. Хакимуллин, А.Ф. Дрес-вянников, Е.В. Петрова // Вестник Казанского технологического университета - 2012.-№ 7.-С. 326-328
2. Dresvyannikov, A.F. Physical and Chemical Properties of Nano-Sized Aluminum Hydroxide and Oxide Particles Obtained by the Electrochemical Method / A.F. Dresvyannikov, E.V. Petrova, M.A. Tsyganova // Russian Journal of Physical Chemistry A. - 2010. - V.84. - №4. - P.642-647.
© А. И. Галлямов - магистрант кафедры химии и технологии переработки эластомеров КНИТУ; А. Р. Курбангалеева - асп. той же кафедры, [email protected]; Ю. Н. Хакимуллин - д-р техн. наук, проф. кафедры химии и технологии переработки эластомеров КНИТУ; 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.
