РАЗДЕЛ 2
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Структура и свойства исследуемых олигомеров и добавок
Эпоксидные полимерные материалы широко используются в строительстве и других отраслях промышленности благодаря уникальному сочетанию технологических, адгезионно-прочностных, и других свойств. Однако, эпоксиполимеры, как и большинство полимерных материалов характеризуются недостаточной пожарной безопасностью, термо- и светостойкостью.
При получении композиционных материалов на основе эпоксидных олигомеров существует несколько путей придание им огнестойкости и биостойких свойств после отверждения. Одним из них является использования наполнителей и добавок, понижающих горючесть и придающих биоцидные характеристики полимерам. Учитывая практическую направленность работы, для создания композиционных материалов были выбраны материалы, выпускаемые промышленностью Украины. В качестве связующего использовали эпоксидный олигомер марки ЭД-20, имеющий относительно невысокую вязкость, способный образовывать при взаимодействии с отвердителями сетчатую структуру, на основе которого можно создавать материалы с улучшенными технологическими и эксплуатационными свойствами. Отверждение проводили отвердителем аминного типа моноцианэтилдиэтилентриамином марки УП-0633М. Данный отвердитель имеет низкую вязкость, представляет собой прозрачную светло-желтую жидкость, динамическая вязкость которой при 298 К составляет 0,116 Па?с, плотность при 298 К - 1100 кг/м3, массовая доля титруемого азота в нем 19%. Структурные формулы олигомера и отвердителя представлены в табл. 2.1.
Таблица 2.1
Структурные формулы используемых олигомера и отвердителя
Марка олигомера,
ДСТУ, ТУФормулаЭД-20
ДСТУ-2093-92УП-0633М
ТУ 6-05-1863-78 Для модификации свойств эпоксидного олигомера использовали реакционноспособный олигомер: триглицидиловый эфир полиоксипропилентриола марки Лапроксид 503 (ГЕПТ-2, ТУ 6-05-221-740-86). Основные характеристики используемых олигомеров приведены в табл. 2.2.
Таблица 2.2
Основные характеристики используемых олигомеров
ХарактеристикиМарка олигомераЭД-20ГЕПТ-2Внешний видВязкая прозрачная жидкость светло-желтого цветаПрозрачная жидкость от светло-желтого до темно-коричневого цветаСредняя молекулярная масса, г/моль390-430600-700Содержание эпоксидных групп, %21,813-16Плотность при 298К, кг/м3-1095Динамическая вязкость при 298 К, Па·с22,9630,23Летучих веществ не более, %0,4-Гидроксильных групп не более, %1,71,2 Для придания эпоксиполимерам биоцидных свойств применяли водный раствор полигексаметиленгуанидин фосфата (ПГМГ-Ф) марки Гембар (ТУ У 24.2-21643506.002-2001), основные характеристики которого приведены в табл. 2.3.
Таблица 2.3
Основные характеристики биоцида Гембар
ХарактеристикиБиоцид ГембарВнешний видопалесцирующая жидкостьПлотность при 298К, кг/м31,05?0,05Массовая доля полигексаметиленгуанидина, %1,0?0,12Сухой остаток, %1,0?0,12Величина рН7,0?2,0 Структурные формулы модифицирующих добавок приведены в табл. 2.4.
Таблица 2.4
Структурные формулы модифицирующих добавок
Марка модификатора ФормулаГЕПТ-2Гембар
где Х- - анион фосфорной кислоты HPO-4 (для ПГМГ-Ф) или соляной кислоты Cl- (для ПГМГ-ГХ) С целью регулирования горючести и эксплуатационных свойств эпоксиполимеров использовали дисперсные минеральные наполнители, отличающиеся природой оксидов, их количественным соотношением и формой частиц. Ими являлись: воздушно-сухой природный минерал из отходов глинозёмного производства - железоалюминиевые оксиды (ОЖАН), активированная при температуре 1003 - 1053 К базальтовая чешуя (АБЧ), моноаммонийфосфат (МАФ) с размером частиц 50 - 63 мкм. Для сравнительной оценки кислотно-основных свойств использовали железоалюминиевый оксид ОЖАО дисперсностью 63?50 мкм прокаленным при 1173 К и базальтовую чешую БЧ 100?63 мкм. Минеральный состав наполнителей приведён в табл. 2.5.
Таблица 2.5
Минеральный состав наполнителей
НаполнительПлотность, кг/м3Минеральный состав, %АБЧ3000SiO2- 30.2, FeO+Fe2O3- 9.8, TiO2- 1.6,
Al2O3- 14.0, СаО- 9.6, MgO- 4.1, К2О- 3.2 ОЖАН2200SiO2 - 3.2, AI2O3 - 10.5, Fe2O3 - 74.0,
TiO2 - 3.6, CuO - 2.6, Na2O - 0.03МАФ1800Основной компонент - NH4H2PO4 и небольшие количества (NH4)2HPO4, MgNH4PO4, CaHPO4БЧ2800SiO2- 30.2, FeO+Fe2O3- 16.1, TiO2- 1.6,
Al2O3- 14.0, СаО- 9.6, MgO- 4.1, К2О- 3.2ОЖАО2400SiO2 - 3.2, AI2O3 - 10.3, Fe2O3 - 74.0,
TiO2 - 3.6, CuO - 2.6, Na2O - 0.03 Отверждение эпоксиаминных композиций проводили по следующему режиму: 24 ч. при комнатной и 4 ч. при температуре 353 К.
Наполненные полимерные материалы являются структурированными системами с развитой поверхностью раздела. Поэтому многие свойства таких систем определяются физико-химическими процессами, происходящими именно на поверхности раздела фаз полимер - наполнитель. Для теоретически обоснованного выбора наполнителя, особенно для эпоксидных систем, необходимы характеристики их поверхностных химических свойств и целенаправленное их изменение.
2.2. Методы исследования
На основании анализа технической литературы при разработке полимеров со специальным комплексом свойств необходимо проведение исследований по оценке их горючести и пожарной опасности, а также изучение структуры технологических и эксплуатационных свойств. Условно применяемые методы можно разделить на следующие группы:
* методы оценки горючести и пожарной опасности эпоксиполимеров;
* изучение свойств наполнителей;
* методы оценки технологических свойств, структуры и эксплуатационных характеристик эпоксиаминных композиций;
* методы математической обработки результатов исследований.
2.2.1. Методы оценки горючести и пожарной опасности эпоксиполимеров.
При разработке полимеров пониженной горючести весьма существенным моментом является выбор надежного метода оценки их горючести. Нами использованы методы определения кислородного индекса, метод определения поведения пластмасс при контакте с
- Київ+380960830922