Examples



mdbootstrap.com



 
Тезисы
апрель 2017

Вплив поверхнево-активних та кремнійорганічних домішків на кінетику твердіння епоксидного олігомера


Барабаш О. С.
Химия и современные технологии
Abstract / Full Text

Модифікування епоксидних зв’язуючих поверхнево-активними (ПАВ) та кремнійорганічними сполуками (КОС), як правило, призводить до появи широкого спектру взаємодій (Ван-дер-ваальсових, диполь-дипольних та ін.), які в свою чергу впливають на швидкість перебігу реакції твердіння та на значення ефективної енергії активації. Тому були проведені дослідження впливу ПАВ та КОС на кінетику твердіння епоксидного олігомеру,які проводили діелектричним методом. Результати досліджень надані у табл.1.

В якості об’єкту дослідження обраний епоксидіановий олігомер марки ЕД-20, в якості твердника – поліетиленполіамін. В якості модифікуючих домішок вибрані: катіоноактивні ПАВ АМА (алкілтриметиламоній хлорид) і ЦТАХ (цетриамоній хлорид), аніоноактивний ПАВ АБС (алкілбензо-сульфонат натрія), неіононенний ПАВ Амірол М і фторвмісний Tridol AFFF, в якості КОС обрані олігодиметилсилоксани із кінцевими метильними групами ПМС-10 та із кінцевими гідроксильними групами –СКТН. ПАВ та КОС додавали у кількості 0,5 мас.ч. на 100 мас.ч. епоксидного олігомеру.

Таблиця 1 – Умовні кінетичні параметри характеристик начальної стадії процесу твердіння досліджуваних епоксиамінних систем.

Найменування домішок Умовна швидкість процесу твердіння модифікованого эпоксиполімера при температурі, °С*10-2 Ефективна енергія активації, кДж/моль pKa  
30 40 50 30-50  
ЕД-20 1,13 1,89 3,16 44,3  
ЕД-20+ Tridol 0,95 1,645 3,68 57,6 7,2
ЕД-20 +ЦТАХ 1,32 1,76 2,15 22,4 5,0
ЕД-20 +АБС 0,73 1,59 2,67 55,2 10,0
ЕД-20 +ПМС-10 1,14 1,77 2,27 30,6 6,5
ЕД-20 +АМА 1,24 1,87 3,1 39,5 3,5
ЕД-20 +Амирол М 0,55 1,70 3,39 76,4 8,2
ЕД-20 +ПМС-400 1,33 2,15 2,61 29,9 6,5
ЕД-20 +СКТН 1,2 1,71 2,69 35,3 6,5

Комп’ютерними дослідженнями міжмолекулярної взаємодії епоксидного олігомера раніше було встановлено, що найбільшим рівнем міжмолекулярної взаємодії відносно епоксидного олігомера володіють катіоноактивні ПАВ, а найменшим – КОС та Амірол М, а відносно амінного твердника підвищеним рівнем взаємодії характеризуються КОС, а найслабшими міжмолекулярними взаємодіями володіють АМА і ЦТАХ.

Встановлено, що АМА і ЦТАХ, які характеризуються сильними кислотними властивостями (pКа = 3 – 5), підвищеним рівнем взаємодії з епоксиполімером ЕД-20 і слабкою взаємодією з амінним твердником. Відомо, що четвертинні амонієві основи впливають на процеси розкриття епоксидної групи у присутності амінного твердника. Як показано у табл..1. АМА і ЦТАХ призводить до деякого підвищення швидкості процесу твердіння та знижує рівень ефективної енергії активації.

Процес твердіння епоксидного зв`язуючого у присутності аніоноактивного АБС перебігає зі зниженою швидкістю, при цьому ефективна енергія активації збільшується. Комп’ютерним моделюванням було визначено, що між АБС та амінним терником існують слабкі орієнтаційні взаємодії. Можливо, знижена швидкість твердіння обумовлена тим, що сильно полярна сульфонатна група молекули АБС блокує епоксидну групу олігомера. Крім того, АБС характеризується основними властивостями (pКа =10), що також може обумовлювати інгібування процесу твердіння.

Неіоногенний Амірол М із підвищеною основністю (pКа =8,2) характеризується середнім рівнем взаємодії з ЕД-20 і невисоким рівнем взаємодії з твердником і сповільнює процес твердіння. Завдяки комп’ютерному моделюванню було встановлено, що Гідроксильна група у складі вуглеводневого радикалу Амірол М блокує ОН- групу  в молекулі ЕД-20, яка зазвичай є каталізатором взаємодії «епоксид-амін», і як результат, перебіг реакції твердіння сповільнюється.

КОС характеризуються слабкими кислотними властивостями, підвищеною енергією взаємодії з амінним твердником і слабкою – з ЕД-20 та майже не впливають на швидкість твердіння, але процес проходить при знижених значеннях енергії активації. Такі умови твердіння зазвичай сприяють утворенню однорідної та менш напруженої структури полімеру, що позитивно відзначається на експлуатаційних властивостях кінцевого виробу.

Отримані дані свідчать про те, що швидкість процесу структурування на початковій стадії модифікованих епоксидних композицій залежить від хімічного складу та кислотно-основних властивостей, від рівня міжмолекулярної взаємодії домішок із ЕД-20 та амінним твердником.