Введение к работе
Актуальность темы . Модификация полимеров с целью получения материалов с новыми или улучшенными свойствами привлекает постоянный интерес исследователей, поскольку исходные материалы часто не обладают комплексом свойств и характеристик, необходимых для того или иного их практического применения. Перспективным направлением модификации полимеров является использование микро- и наномодификаторов. Поли- и перфторированные соединения для этих целей представляют интерес, поскольку благодаря уникальной природе атома фтора придают полимерным материалам гидролитическую устойчивость, свето-, термо-, износостойкость и другие полезные свойства. Однако введение небольших количеств поли- и перфторированных модификаторов в полимерную матрицу, как правило, связано с трудностями их равномерного распределения по ее объему. В связи с чем, модификация поли- и перфторированными соединениями высокодисперсного слоистого алюмосиликата №+-монтмориллонита (ММТ), способного в определенных условиях расслаиваться на отдельные пластины толщиной порядка 1 нм и диаметром 20-250 нм, с целью последующего его использования в качестве «носителя» полифторированных групп - вызывает несомненный интерес. Важный импульс использованию ММТ был дан работами сотрудников фирмы «Toyota», в которых едва ли не впервые были описаны гетероцепные полимеры (полиамиды), усиленные малыми частицами органоглины, и приведены впечатляющие механические характеристики полученных нанокомпозитов по сравнению с исходными полимерами.
Как показал проведенный литературный анализ, основные подходы к созданию технически ценных наполненных полимерных композитов на основе ММТ, модифицированного полифторированными спиртами и композициями на их основе, и таких гетероцепных полимеров как поли-є-капроамид, полисульфиды, полиуретаны и политиоуретаны на основе олигомерных композиций, на сегодняшний день не разработаны. Представляет значительный практический интерес создание материалов, сочетающих свойства гетероцепной полимерной матрицы и высокодисперсного слоистого наполнителя органоминеральной природы, связанных на микро- и наноуровнях, для придания им ряда специфических полезных свойств, что перспективно для получения покрытий триботехнического, антикоррозионного, кровельного, гидроизоляционного и спортивного назначения. Вследствие этого, изучение особенностей модификации указанных гетероцепных полимерных матриц ММТ,
В постановке задачи и обсуждении результатов принимал участие к.т.н., доцент Нистратов А. В.
обработанным полифторированными спиртами и композициями на их основе - представляет актуальную задачу.
Цель работы - состоит в создании на основе особенностей физико-химических представлений процесса интеркаляции полифторированных спиртов во внутрислоевые галереи монтмориллонита новых полифторированных модификаторов гетероцепных полимеров (поли-є-капроамид, полиуретаны, политиоуретаны и полисульфиды), изучение их структуры и свойств, что позволяет получить полимерные композиционные материалы (с участием впервые синтезированных полифторалкиловых эфиров фталевой кислоты, форполимеров, содержащих концевые олиго-є-капроамидные и полифторалкил-олиго-є-капроамидньїе группы, а также N-полифторалкильных производных моно-є-аминокапроата глицерина) с улучшенным комплексом упруго-прочностных, динамических, защитных, адгезионных и триботехнических характеристик.
Научная новизна. Впервые исследованы особенности структурной модификации гетероцепных полимерных матриц на основе поли-є-капроамида, полисульфидов, полиуретанов и политиоуретанов органофильным ММТ, содержащим полифторалкильные заместители. Показано, что в объеме гетероцепного полимера формируются нано-центры путем внедрения (интеркаляции) макромолекул в межслоевые пространства полифторалкильного ММТ, приводящие к частичному расслоению (эксфолиации) слоистого наполнителя в полимерной матрице до единичных монослоев.
Впервые установлено влияние ММТ, модифицированного
полифторированными спиртами и композициями на их основе, на структуру
и эксплуатационные характеристики наполненных им гетероцепных
полимеров. Впервые синтезированы и предложены в качестве
модификаторов гетероцепных полимеров, наполненных полифторалкильным
органофильным ММТ, полифторалкиловые эфиры фталевой кислоты,
форполимеры, содержащие концевые олиго-є-капроамидньїе и
полифторалкил-олиго-є-капроамидньїе группы, а также N-
полифторалкильные производные моно-є-аминокапроата глицерина. Практическая значимость. Разработан способ получения композиционного антифрикционного триботехнического твердого смазочного материала на основе ММТ, модифицированного полифторированными спиртами, способного эксплуатироваться в условиях динамично изменяющихся нагрузок.
Полученные новые фторсодержащие гетероцепные слоисто-полимерные композиционные материалы обладают повышенными (по
сравнению с исходным полимером) - в 1,2 раза упруго-прочностными характеристиками, на 92 % адгезионной прочностью к бетону, стали и дереву и в 1,8 раз износостойкостью и могут быть использованы в качестве монолитных спортивных, гидроизоляционных, кровельных и триботехнических покрытий, а также как строительные герметики. Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались в 2009-2011 г.г. на научных конференциях ВолгГТУ; на Международных, Всероссийских и Региональных конференциях: «Образование в сфере нанотехнологий: современные подходы и перспективы» (г. Москва, 2010), «Нанотехнологий» (г. Таганрог, 2010), «Наноинженерия» (г. Москва, 2010), Школа молодых ученых по физике наноструктурированных и кристаллических материалов (Нижний Новгород, 2010), «Современные проблемы науки о полимерах» (г. Санкт-Петербург, 2010), «Нано- и супрамолекулярная химия в сорбционных и ионообменных процессах» (г. Белгород, 2010), «Новые материалы, наносистемы и нанотехнологий» (г. Ульяновск, 2010), «НАНО-2011» (г. Москва, 2011). Публикация результатов. Основные положения работы опубликованы в 52 публикациях, в том числе 12 статьях в Российских рецензируемых научных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК, 40 материалах конференций и тезисов докладов. Получено одно положительное решение на патент РФ и поданы 16 заявок на патенты РФ.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, 3 глав обсуждения результатов, экспериментальной части, выводов и библиографии. Материалы диссертации изложены на 167 стр. машинописного текста, включая 44 таблицы, 29 рисунков, список литературы содержит 137 наименований.
