Хімія, фізика та технологія поверхні, 2020, 11 (4), 484-491.

Посилення епоксидних полімерів гідридсилільованим пірогенним кремнеземом



DOI: https://doi.org/10.15407/hftp11.04.484

P. O. Kuzema, D. L. Starokadomsky, O. O. Tkachenko, V. A. Tertykh

Анотація


Пірогенний кремнезем (ПК) широко використовується у багатьох галузях, причому індустрія пластмас є однією із найбільш значних, де ПК виявився ефективним як загущувач, антизлежувач і тиксотропний агент, а також посилюючий наповнювач. Хімічне модифікування поверхні кремнезему розширює його функціональні можливості. Зокрема, було виявлено, що кремнезем з прищепленими кремнійгідридними групами є активним у процесах гідросилілювання алкенових та алкінових зв’язків у мономерах під час їхньої полімеризації, внаслідок чого утворюються посилені полімерні композити. Останнім часом набули значущості специфічні епоксидні смоли, і ПК виявився ефективним, у тому числі як реологічна добавка. Метою даної роботи було оцінити ефективність гідридсилільованого ПК (ГПК) як потенційно активного посилюючого компонента у складі епоксидних полімерів. Енергія активації гідросилілювання олефінів є вищою за таку для полімеризації епоксидів з розривом циклу, отже, можна очікувати, що перебіг останнього процесу за участю ≡SiH груп відбуватиметься у більш м’яких умовах.

ГПК було одержано обробкою ПК триетоксисиланом. Наявність прищеплених кремнійгідридних груп підтверджено методом ІЧ спектроскопії, а їхня концентрація, визначена методами титриметричного і спектрофотометричного аналізу, склала близько 0.4 ммоль/г. ПК- та ГПК-епоксидні композити одержано шляхом внесення відповідного наповнювача (2 мас. %) у суміш епоксидного мономера та затверджувача на основі аміну. Утворені матеріали після затвердіння випробовували на стискання, згинання та адгезію.

Тести показали, що наповнення епоксидної смоли ПК і ГПК на 10 % знижує міцність на стискання, проте виявлено, що ГПК-епоксидний композит має підвищений на 20 % модуль пружності на стискання у порівнянні з таким для ненаповненого полімера. При цьому, наповнення 2 мас. % кремнеземами зберігає пластичність полімера. Крім того, наповнені епоксидні полімери показали покращену міцність та модуль пружності на згин, причому міцність для ГПК-епоксидного композиту виявилась вдвічі вищою за таку для ненаповненого полімера. Також встановлено, що при наповненні кремнеземом адгезія до сталі збільшується більше ніж у 2 рази, причому ГПК-епоксидний композит також перевершує композит, що містить ПК. Таким чином, попередні результати свідчать про те, що кремнезем з прищепленими кремнійгідридними групами є перспективним посилюючим наповнювачем для епоксидних полімерів.


Ключові слова


кремнезем; кремнійгідридні групи; епоксидні полімери; посилення

Повний текст:

PDF (English)

Посилання


1. Barthel H., Rösch L., Weis J. Fumed Silica - Production, Properties, and Applications. In: Organosilicon Chemistry II: From Molecules to Materials. (Weinheim, New York, Basel, Cambridge, Tokyo: VCH, 1996).

2. Chuiko A.A. Medicinal chemistry and clinical use of silicon dioxide. (Kyiv: Naukova Dumka, 2003). [in Russian].

3. Technical Bulletin Fine Particles No. 27. AEROSIL® fumed silica for solvent-free epoxy resins. Evonik Industries AG.

4. Ivashchenko N.A., Katok K.V., Tertykh V.A., Yanishpolskii V.V., Khainakov S.A. Silica with grafted silicon hydride groups and its application for preparation of palladium nanoparticles. Int. J. Nanopart. 2011. 4(4): 350. https://doi.org/10.1504/IJNP.2011.043497

5. Kuzema P.O., Laguta I.V., Stavinskaya O.N., Tsyba N.N., Tertykh V.A. Fumed silica with grafted silicon-hydride groups as a redox-active component in the composite with caffeic acid. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2020. 5: 78. [in Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/dopovidi2020.05.078

6. Bolbukh Yu.N., Mamunya Ye.P., Tertykh V.A. Thermomechanical properties of polymeric composites based on 2-hydroxyethylmethacrylate and fumed silicas. J. Therm. Anal. Calorim. 2005. 81(1): 15. https://doi.org/10.1007/s10973-005-0738-y

7. Sprenger S. The effects of silica nanoparticles in toughened epoxy resins and fiber-reinforced composites. (Munich: Hanser Publishers, 2016). https://doi.org/10.3139/9781569906286

8. Starokadomsky D.L. On the influence of non-modified nanodispersed silica of various specific surfaces on physicomechanical properties of epoxy-polymeric composites. Russ. J. Appl. Chem. 2008. 12: 2045. [in Russian].

9. Crivello J.V., Fan M. Novel platinum-containing initiators for ring-opening polymerizations. J. Polym. Sci. Pol. Chem. 1991. 29(13): 1853. https://doi.org/10.1002/pola.1991.080291303

10. Bereza-Kindzerska L.V., Yanishpolskii V.V., Tertykh V.A. Spectrophotometric determination of soluble forms of silica and of some surface compounds. Naukovi zapysky NaUKMA. Khimichni nauky ta tehnologii. 2007. 66: 53. [in Ukrainian].

11. Islam M.S., Masoodi R., Rostami H. The effect of nanoparticles percentage on mechanical behavior of silica-epoxy nanocomposites. J. Nanosci. 2013. 2013(2): 1. https://doi.org/10.1155/2013/275037

12. Braum M.V., Jacoby M.A.M. Kinetic behavior of the reaction between silica and epoxidized liquid rubber. Polimeros. 2016. 26(4): 291. https://doi.org/10.1590/0104-1428.2180




DOI: https://doi.org/10.15407/hftp11.04.484

Copyright (©) 2020 P. O. Kuzema, D. L. Starokadomsky, O. O. Tkachenko, V. A. Tertykh

 CC By Creative Commons "Attribution" 4.0