Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время одними из наиболее распространенных матриц для получения клеев, заливочных и пропиточных композиционных материалов являются эпоксиаминные композиции. Современная промышленность требует разнообразия материалов с широким спектром свойств, большую часть которых занимают системы высокотемпературного отверждения, тогда как значительная группа эпоксиаминных материалов может быть получена отверждением без подвода тепла или с минимальными энергозатратами. Однако полимеры на основе немодифицированных эпоксидных олигомеров, отвержденнных при невысоких температурах, зачастую обладают низкими и нестабильными эксплуатационными характеристиками.
Одним из путей устранения подобных недостатков является структурная модификация, в частности, совместимыми олигомерами с более высокой функциональностью, встраивающимися в формирующуюся сетчатую структуру, в сочетании с отвердителями - высокореакционноспособными низковязкими алифатическими диаминами. В последнее время также активно исследуются полимерные материалы, содержащие наночастицы в качестве наполнителей, поскольку показано, что их введение в небольших количествах в эпоксидные олигомеры может существенно влиять на свойства получаемых композитов.
Важной проблемой производства продуктов на основе эпоксидных композиций является разработка обоснованного подхода к выбору режимов отверждения, обеспечивающих требуемый комплекс свойств получаемых изделий. Решение этой проблемы невозможно без исследования кинетики процесса и установления взаимосвязи между глубиной конверсии и макроскопическими свойствами отверждающейся композиции. С этой точки зрения для получения кинетической информации целесообразно использование реокинетического подхода, позволяющего регистрировать изменение комплекса характеристик реакционной системы (вязкости, модуля упругости, тангенса угла механических потерь, теплового эффекта) на различных этапах структурирования. Такой подход к изучению процессов отверждения позволяет получить качественно новую информацию, например, по сравнению с анализом превращения индивидуальных функциональных групп. С этой
точки зрения реокинетика обладает уникальными возможностями для изучения процесса и описания отверждения во всем многообразии проявлений химических и физических закономерностей этого комплексного явления.
Цель работы. Целью настоящей работы являлась разработка клеевых материалов и связующих на основе эпоксидного олигомера ЭД-22, модифицированного эпоксиноволаком, а также изучение процесса отверждения исследуемого связующего, построение, анализ и уточнение реокинетических моделей, описывающих характерные закономерности процесса отверждения, а также сопоставление результатов, полученных различными методами.
Научная новизна. Выявлены основные реокинетические закономерности формирования сетчатой структуры модифицированной композиции. Получено аналитическое соотношение между вязкостью и степенью превращения отверждающейся композиции.
Установлено, что при всех температурах в диапазоне 22-60С изменение степени превращения в процессе отверждения на начальной стадии описывается уравнением второго порядка, а на конечной стадии - уравнением второго порядка с автоторможением.
Обнаружено, что с ростом температуры изотермического отверждения наблюдается смещение области проявления эффекта автоторможения в сторону более глубоких конверсии.
Выявлена и объяснена взаимосвязь характеристических времен процесса структурирования, определенными по различным методикам, с явлениями, регистрируемыми при анализе реокинетических данных по модифицированному уравнению Малкина-Куличихина.
Показано, что энергия активации отверждения эпоксидных олигомеров в общем случае зависит от степени конверсии. Использование изоконверсионных методов анализа реокинетической информации позволяет построить эти зависимости без применения классических методов аппроксимации на основе кинетических моделей.
Практическая значимость работы. В результате проведенных исследований была разработана композиция «холодного» отверждения на основе эпоксидного олигомера
ЭД-22, эпоксиноволачного модификатора и 2-метилпентаметилендиамина-1,5, что позволяет использовать ее в качестве матрицы для клеев, связующего для заливочных материалов, работающих в области температур до +60С.
Разработанные составы прошли испытания в ООО СФ «Корсил Груп», в ходе которых было показано их соответствие требованиям по механическим показателям. Проведенные испытания дали положительные результаты и были рекомендованы к использованию для склеивания и герметизации металлических изделий. Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были доложены и обсуждены на XXI Международной конференции молодых ученых по химии и химической технологии «МКХТ-2007» и 24 Симпозиуме по реологии (Карачарово -2008).
Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано 2 статьи и тезисы 2 докладов.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 168 стр. машинописного текста, иллюстрирована 57 рисунками и 15 таблицами. Работа состоит из введения, литературного обзора, экспериментальной части, обсуждения результатов и выводов. Список цитируемой литературы включает 223 наименования.
