Влияние наноразмерного гидроксида алюминия на свойства герметиков на основе тиолсодержащего полиэфира

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

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, kurbangaleeva1987@mail.ru; 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.