авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 ||

Высоконаполненные полимерные композиты на основе модифицированного полиметилметакрилата

-- [ Страница 2 ] --

Максимальное значение сж ПКМ на основе ММА при оптимальном содержании

выбранных модифицирующих добавок

Наибольший эффект повышения сж модифицированных ПКМ наблюдается при введении в полимерную матрицу более полярных, чем сложноэфирные, карбоксильных групп (добавление 30 мас. % МАК в ММА – увеличение прочности ПКМ в 1,34 раза, с 81 (базовый состав) до 108,9 МПа). В этом случае появляется возможность реализации различных типов связей (ионных (солевых), водородных, межмолекулярных с гидроксильными группами на поверхности наполнителя), что способствует улучшению когезионных и адгезионных взаимодействий и образованию лабильных узлов сетки полимерной матрицы. Более слабые и легко перегруппировывающиеся связи способствуют релаксации локальных напряжений и облегчают ориентацию главных цепей полимера относительно частиц наполнителя.

Рис. 6 Зависимости сж ПКМ от содержания в ММА модификатора Х: акриловые мономеры АК (1), МАК (2), АКМ (3), бис-АКМ (4); метакрилатные производные олигофосфазенов фосфазен-1 (5), фосфазен-2 (6); кремнийорганические метакрилатсодержащие соединения пента-61 (7), пента-62 (8)

(содержание ПБ и ДМА 6 и 4 мас. %, соответственно)

Более высокие значения сж ПКМ при использовании в качестве модификатора МАК в сравнении с АК (108,9 и 98,3 МПа соответственно), которая также обеспечивает введение в полимерную матрицу боковых карбоксильных групп, обусловлены большей плотностью упаковки образующихся ПКМ. Значение mc ПКМ, модифицированных оптимальным для прочности количеством МАК (30 мас. %), в 1,37 раза меньше, чем при модифицировании АК (53 мас. %) (0,0622 и 0,0853 % от массы ПКМ, соответственно). Очевидно, более значительное уплотнение полимерной матрицы в случае использования МАК связано с «большей схожестью» ее с ММА по термодинамическому параметру и стерическому фактору. Показатели теплоты полимеризации ММА (Н=54,6 кДж/моль) и МАК (Н=66,3 кДж/моль) наиболее близки по значению. Установлено понижение сж модифицированных высоконаполненных ПКМ при повышении теплоты полимеризации в ряду используемых акриловых мономеров (табл. 2). Вероятно, увеличение теплового эффекта полимеризации приводит к разрыхлению полимера и росту напряжений в граничном слое разномодульных фаз: низкомодульной органической полимерной матрицы и высокомодульного минерального наполнителя.

Таблица 2.

Сопоставление теплоты полимеризации акриловых мономеров с сж модифицированных ими ПКМ

Модификатор Н, кДж/моль сж, МПа
МАК 66,3 108,9
АК 77,5 98,3
АКМ 81,6 80,4

3. ПКМ на основе смеси ММА с МАК, модифицированные акрилатсодержащими олигофосфазенами и кремнийорганическими соединениями

Прочностные свойства ПКМ определяются одновременно совокупностью нескольких факторов. Изменение одной составляющей (введение модификатора - МАК) может приводить к другому оптимальному содержанию остальных компонентов системы.

Исследовали зависимость сж модифицированного ПКМ от содержания МАК (0 – 100 мас. %) при разных количествах ДМА (0,5–7 мас. %). Содержание ПБ было принято равным 6 мас. % (оптимальное для ПКМ базового состава).

Установлено совместное влияние на прочность высоконаполненных ПКМ компонентов инициирующей системы (ПБ и ДМА) и наилучшего выбранного модификатора МАК (рис. 7). Показано значительное повышение сж ПКМ (в 1,55 раз по сравнению с базовым составом (с 81 МПа до 125,6 МПа)) при одновременной оптимизации по двум параметрам – компоненту инициирующей системы (ДМА) и выбранному модификатору (МАК). Найденная зависимость сж модифицированных ПКМ от содержания МАК и ДМА в смеси с ММА позволяет установить оптимальные количества этих компонентов: 80 и 20 мас. % ММА и МАК, соответственно, и 1,5 мас. % ДМА от смеси сомономеров (рис. 7).

Сопоставление значений (рис. 8) сж, mc и плотности () ПКМ позволило установить, что повышение прочности при оптимальном содержании компонента инициирующей системы (ДМА) и модификатора МАК определяется формированием наиболее плотноупакованной структуры ПКМ. Введение 20 мас. % МАК в ММА понижает сорбционную способность модифицированного ПКМ по сравнению с базовым составом в 8,08 раз (с 0,1479 до 0,0183 %).

Рис. 7. Зависимость сж модифицированных ПКМ от содержания модификатора МАК и компонента инициирующей системы ДМА в смеси с ММА

Отмеченное ранее значительное повышение прочности высоконаполненного ПКМ при введении в ММА не только МАК, но и метакрилатных производных линейных олигофосфазенов (фосфазен-1, фосфазен-2) и метакрилатсодержащих кремнийорганических соединений (пента-61, пента-62) (табл. 1) позволило предположить увеличение эффекта упрочнения ПКМ при совместном использовании модификаторов.

С точки зрения дальнейшего повышения прочности исследуемых ПКМ, представляли интерес композиции на основе смеси ММА/МАК (80 и 20 мас. %, соответственно) и добавок акрилатсодержащих фосфазенов и кремнийорганических соединений.

Установлено значительное увеличение сж исследуемых ПКМ и найдено в выбранном факторном пространстве содержания добавок от 0 до 10 мас. % оптимальное количество каждой из них, позволяющее получать максимально прочные ПКМ (рис. 9, табл. 3).

Таблица 3.

Максимальное сж ПКМ на основе смеси ММА/МАК (80/20 % соответственно) при

оптимальном содержании исследуемых акрилатсодержащих производных

олигофосфазенов и алкосисиланов

Добавка Оптимальное содержание добавки, мас. % (по данным рис. 9) сж, МПа
0 Без добавки 125,6
1 фосфазен-1 6,4 138,8
2 фосфазен-2 7,0 146,0
3 пента-61 6,9 140,4
4 пента-62 8,0 140,3

Повышение прочности ПКМ при одновременном модифицировании МАК и метакрилатсодержащими производными олигофосфазенов или алкоксисиланов, очевидно, связано с суммированием эффектов: повышение полярности сополимерной матрицы за счет встраивания в макромолекулы фрагментов метакриловой кислоты и улучшение взаимодействия полимера и минерального наполнителя на межфазной границе благодаря наличию этоксисилановых (в случае алкоксисиланов) и гидроксифосфатных (в случае олигофосфазенов) групп. Они гибко связаны с основной полимерной цепью и способны к взаимодействию с гидроксогруппами на поверхности наполнителя. В результате образуются одновременно гибкие и прочные граничные слои, понижающие градиент напряжений между разномодульными фазами – полимером и минеральным наполнителем.

Соизмеримость эффекта упрочнения ПКМ на основе смеси ММА/МАК (аналогично ПКМ на основе одного ММА) в случае добавок метакрилатсодержащих алкоксисиланов, способных (пента-61, 140,4 МПа) и не способных (пента-62, 140,3 МПа) к образованию сшивок, показывает приоритетность влияния на прочность в высоконаполненных системах образования гибких граничных слоев, снижающих межфазные напряжения, нежели процессов структурирования полимерной матрицы. Значительное увеличение степени сшивки полимера повышает «жесткость» его взаимодействия с наполнителем, что ухудшает прочностные характеристики ПКМ. Введение более 7 мас. % модификатора пента-61 (рис. 9, в), способного к пространственному структурированию полимерной матрицы, понижает сж ПКМ.

Аналогичная зависимость прослеживается и в случае исследуемых метакрилатсодержащих производных линейных олигофосфазенов. Модифицирование фосфазеном-2, способным при реакции сополимеризации давать менее жесткие полимерные структуры, вследствие меньшего количества метакрилатных групп на одно структурное звено по сравнению с фосфазеном-1, показывает лучший результат (рис. 9, а, б). Введение его в смесь 80 мас. % ММА и 20 мас. % МАК в количестве 7 мас. % от смеси сомономеров позволило повысить сж ПКМ в 1,8 раза с 81 до 146 МПа.

Таким образом, с точки зрения повышения прочности высоконаполненных ПКМ на основе ММА, наиболее результативно увеличение полярности сополимерной матрицы с повышением плотности ее упаковки (модификация МАК) при одновременном формировании гибких и прочных граничных слоев (модификация акрилатсодержащими линейными олигофосфазенами и кремнийорганическими соединениями), понижающих градиент напряжений разномодульных фаз (полимера и минерального наполнителя).

ВЫВОДЫ

1. Исследованы процессы формирования высоконаполненных ПКМ на основе ММА и минеральных наполнителей (степень наполнения 89,5 мас. %), полученных в результате полимеризации при обычной температуре (20С) по компаундной технологии. Установлены оптимальные количества компонентов бинарной инициирующей системы (базовый состав) и выбранных акрилорвых мономеров и акрилатсодержащих линейных олигофосфазенов и алкоксисилановых модификаторов различного строения, позволяющие получать высоконаполненные ПКМ повышенной прочности. Показана целесообразность использования исследованных модификаторов.

2. На примере базового состава – метилметакрилат (10 мас. %) и подобранный наполнитель (смесь строительного кварцевого песка и минерального порошка в массовом соотношении 3:1) – показано, что в отличие от ненаполненного полиметилметакрилата максимальное значение разрушающего напряжения при сжатии исследуемых ПКМ, равное 81МПа, достигается при относительно высоком содержании компонентов инициирующей системы – ПБ и ДМА 6 и 4 % от массы ММА, соответственно.

3. На основании зависимостей разрушающего напряжения при сжатии от средневязкостной молекулярной массы формирующейся полимерной матрицы и сорбционной способности ПКМ по отношению к инертному растворителю
(н-гептан), сделано заключение, что максимально прочным ПКМ на основе ММА соответствует образование полимера с оптимальным значением молекулярной массы (M около 150 тыс.), при которой его макромолекулы наиболее плотно упаковываются на поверхности частиц подобранного наполнителя.

4. Показана эффективность использования в качестве модификаторов высоконаполненных композиций на основе метилметакрилата различных акриловых мономеров, кремнийорганических метакрилатсодержащих соединений, а также метакрилатных производных линейных олигофосфазенов. Установлено, что наиболее эффективным модификатором системы – минеральный наполнитель + ММА – является МАК в количестве 20 % от массы смеси мономеров, позволяющая повысить разрушающее напряжение ПКМ на их основе в 1,55 раза (с 81 до 125 МПа). Высокая эффективность добавки МАК определяется повышением полярности образующейся сополимерной матрицы и увеличением плотности ее упаковки.

5. Установлен значительный эффект повышения прочности высоконаполненных ПКМ при совместном введении в ММА метакриловой кислоты и метакрилатсодержащих производных олигофосфазенов или алкоксисиланов. Наилучшим модификатором оказался продукт взаимодействия линейного олигодихлорфосфазена с -гидроксиэтилметакрилатом (фосфазен-2): введение этого метакрилатсодержащего фосфазена в смесь 80 мас. % ММА и 20 мас. % МАК в количестве 7 % от массы смеси сомономеров позволило повысить разрушающее напряжение при сжатии ПКМ в 1,8 раза (с 81 до 146 МПа). Установлено, что в высоконаполненных системах использование структурирующих добавок полимерной матрицы не является определяющим для прочностных характеристик ПКМ. Модифицирование фосфазеном-2, способным при реакции сополимеризации давать менее жесткие полимерные структуры, вследствие меньшего количества метакрилатных групп на одно структурное звено по сравнению с фосфазеном-1, показывает лучший результат. Аналогичная зависимость прослеживается и при использовании метакрилатсодержащих кремнийорганических модификаторов.

6. На основании результатов проведенных исследований получены составы высоконаполненных ПКМ, быстроотверждаемых при обычной температуре (20°С), с повышенными прочностными характеристиками, которые могут быть рекомендованы для проведения строительных ремонтно-восстановительных работ внутренних несущих конструкций, а также для устройства высокопрочных выравнивающих напольных стяжек и покрытий.

Материалы диссертации опубликованы в следующих работах:

  1. Холстинин В.В., Мажирин П.Ю., Плеханова Н.С., Киреев В.В., Дьяченко Б.И., Рыбалко В.П. Исследование прочностных характеристик композиционных материалов на основе модифицированного полиметилметакрилата. Тезисы докладов ХVI Конференции молодых ученых МКХТ-02. Москва, РХТУ им. Д.И. Менделеева 2002. ч. 2. с.53.
  2. Холстинин В.В., Киреев В.В., Дьяченко Б.И., Рыбалко В.П., Мажирин П.Ю. Регулирование свойств композиционных материалов на основе акрилатных связующих. Пласт. массы. 2003. №1. с.21-22.
  3. Холстинин В.В., Киреев В.В., Дьяченко Б.И., Рыбалко В.П., Прудсков Б.М. Влияние инициирующей системы на прочностные характеристики высоконаполненных композиционных материалов на основе метилметакрилата. Пласт. массы. 2003. №8. с.14-16.

4. Kholstinin V.V., Kireev V.V., Djachenko B.I., Rybalko V.P. High-strength polymer-concretes on a basis of acrylic binders. Procedings of 11th International Congress on Concrete. Berlin. 2-4 June 2004. p. 255-262.

5. Холстинин В.В., Прудсков Б.М., Киреев В.В. Модифицированные композиты на основе ММА. Пласт. массы. 2006. № 7. с.7-11.



Pages:     | 1 ||
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.