Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время герметизирующие материалы на
основе полимеров нашли применение практически во всех сферах деятельности
человечества: в строительстве, авиации, машино-, автомобиле-, судостроении,
электротехнике и т.д. Определенную нишу среди разнообразных
герметизирующих материалов занимают неотверждаемые герметики. В основном,
это герметики на основе бутилкаучука (БК), обладающие стойкостью к
агрессивным средам и различным неблагоприятным воздействиям окружающей
среды, высокой газонепроницаемостью. Они широко применяются для
герметизации разъемных и неразъемных соединений и конструкций, для вибро-
шумоизоляции, защиты от коррозии. Небольшую долю от общей номенклатуры
неотверждаемых герметиков составляют композиции на основе
этиленпропилендиенового каучука (СКЭПТ). Одной из причин неоправданно малого использования герметиков на основе СКЭПТ является тот факт, что резины на основе этого каучука обладают неудовлетворительной адгезией к большинству субстратов. Это обстоятельство распространяется и на неотверждаемые герметики на основе СКЭПТ. Таким образом, складывается впечатление о плохой адгезии всех материалов на основе этого каучука. Поэтому практически отсутствуют исследования в области неотверждаемых герметиков на основе СКЭПТ, а их использование весьма мало. Известно их применение только в некоторых областях промышленности, таких как производство холодильного оборудования, где герметики на основе БК не применимы из-за хладотекучести или при герметизации кровельных резиновых материалов, где составы на основе БК не используется вследствие недостаточной стойкости к УФ-излучению и озону.
Между тем, неотверждаемые герметики на основе СКЭПТ не имеют указанных недостатков и способны эксплуатироваться в условиях прямого контакта с УФ-излучением, озоном, т.е. в атмосферных условиях. Кроме того, СКЭПТ имеет относительно низкую стоимость, легко и эффективно совмещается с минеральными наполнителями, не теряя своих свойств.
В случае получения герметиков на основе СКЭПТ с высокой адгезией к
различным субстратам они смогут успешно конкурировать с неотверждаемыми
герметиками на основе БК во всех сферах применения кроме тех, где к герметику
предъявляются специальные требования, связанные с повышенной
газонепроницаемостью.
Основные подходы к рецептуростроению неотверждаемых
герметизирующих материалов на основе эластомеров были разработаны в 80-е годы 20-го столетия в НИИРПе (Смыслова Р.А. и Танхилевич Р.А), в ВНИИСтрой полимер (Хайруллин И.К., Поманская М.П.). Исследования по разработке и производству таких герметиков ведутся за рубежом фирмами «Komerling», «Chemetall» – Германия; «Tremco», «3M», «Firestone» – США; «Fenzi», «Giscosa» – Италия и др., в России – ФГУП ВНИПИИстромсырье (Хайруллин И.К., Поманская М.П.), ООО «ЗГМ» г. Дзержинск (Савченкова Г.А., Артамонова Т.А.), ОАО «Филикровля», ООО НПФ «Гермика» г. Москва.
В настоящее время наблюдается тенденция по ужесточению требований, предъявляемых к неотверждаемым герметикам, и расширению их областей применения. Поскольку использование герметиков на основе СКЭПТ, как для строительства (для эксплуатации в атмосферных условиях), так и для приборостроения, перспективно, возникает необходимость в разработке герметиков с улучшенным комплексом свойств по сравнению с существующими, в первую очередь, с высокой адгезией с дюралюминию, стали, стеклу и бетону и повышенными прочностными свойствами.
Цель работы. Разработка неотверждаемых герметиков на основе СКЭПТ с улучшенным комплексом свойств.
В работе решались следующие задачи:
- выявить наиболее подходящие адгезионные добавки (АД) и оценить их
влияние на свойства неотверждаемых герметиков на основе СКЭПТ;
оценить влияние технологических добавок: нефтеполимерных смол (НПС), асфальтено-смолистых веществ (АСВ) и сополимеров этилена с винилацетатом (СЭВА) на свойства неотверждаемых герметиков на основе СКЭПТ;
установить закономерности влияния природы, дисперсности и полярности поверхности карбоната кальция на адгезионные, физико-механические и реологические свойства неотверждаемых герметиков на основе СКЭПТ;
изучить особенности отверждения реакционноспособных олигомеров с различной природой основной цепи в среде СКЭПТ;
на основе установленных закономерностей разработать неотверждаемые герметики на основе СКЭПТ.
Научная новизна работы. Установлены закономерности влияния состава и
содержания асфальтено-смолистых веществ и нефтеполимерных смол на вязкость,
адгезионные и деформационно-прочностные свойства герметизирующих
композиций на основе СКЭПТ. Показано, что значительное повышение
прочностных и адгезионных свойств наблюдается в присутствии НПС
ароматической природы, а существенное повышение адгезии к дюралюминию при
использовании асфальтено-смолистых веществ обусловлено усилением
адсорбционных взаимодействий в системе. Наличие масел и смол облегчает диффузионные процессы на границе раздела герметик-субстрат.
Установлено, что на свойства неотверждаемых герметиков на основе
СКЭПТ существенное влияние оказывают содержание, дисперсность,
гидрофильность и морфология карбоната кальция. Выбор марки карбоната кальция определяется полярностью вводимого термопласта: в случае неполярного ПЭВД более эффективен гидрофобный мел марки Winnofil SPT, а при использовании полярного СЭВА – гидрофильный природный мел МТД-2.
Впервые изучены процессы отверждения уретановых форполимеров на
основе олигооксипропилен- и олиготетраоксиметиленгликолей с
силантерминированными группами в среде СКЭПТ, структура образующейся в процессе отверждения трехмерной сетки и свойства полученных герметиков.
Основные положения, выносимые на защиту.
Закономерности влияния адгезионных добавок (канифоли,
алкилфенолформальдегидных смол, полиизобутилена) на свойства
неотверждаемых герметиков на основе СКЭПТ.
Закономерности влияния карбоната кальция различной природы,
дисперсности и полярности поверхности на физико-механические, адгезионные свойства и вязкость герметиков.
Закономерности влияния пластификаторов, нефтеполимерных смол и асфальтено-смолистых веществ на деформационно-прочностные, адгезионные и технологические свойства неотверждаемых герметиков на основе СКЭПТ.
Результаты исследований по получению реактивных термоплавких герметиков на основе СКЭПТ.
Рецептура неотверждаемых герметиков на основе СКЭПТ высокого наполнения
Рецептура герметиков кровельного назначения (краевые герметики) на основе СКЭПТ.
Практическая ценность работы. Закономерности, установленные в процессе исследования, позволили разработать неотверждаемые герметики на основе СКЭПТ с улучшенными физико-механическими, адгезионными и технологическими свойствами, что позволяет расширить области применения герметиков.
В ООО ПКФ «Сингер» выпущена опытно-промышленная партия неотверждаемого герметика на основе СКЭПТ в количестве 200 кг и реализована в АО «ПОЗиС».
Апробация работы и публикации. Основные результаты работы были
представлены и доложены на IV Всероссийской конференции «Каучук и резина –
2014: традиции и новации» (Москва, 2014); четвертых Воскресенских научных
чтениях «Полимеры в строительстве» (Казань, 2014); XXI и XXII Международной
научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов»
(Москва, 2014, 2015); 48-й и 49-й научной студенческой конференции (со статусом
всероссийской) по техническим, гуманитарным и естественным наукам»
(Чебоксары, 2014); международной научно-технической конференции
«Современные достижения в области клеев и герметиков. Материалы, сырье,
технологии» (Нижний Новгород, 2013); международной конференции по химии
и физикохимии олигомеров (Ярославль, 2013); юбилейной научной школе-
конференции «Кирпичниковские чтения по химии и технологии
высокомолекулярных соединений» (Казань, 2013); международной молодежной
конференции «Современные тенденции развития химии и технологии полимерных
материалов» (Казань, 2012); «Новые материалы и технологии переработки
полимеров» (Казань, 2012); научной школе «Актуальные проблемы науки о
полимерах» (Казань, 2011).
Работа удостоена премии VII Республиканского конкурса "Пятьдесят лучших инновационных идей для Республики Татарстан" (2011 г.)
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 статей, в том числе 6 статей в журналах, рекомендованных ВАК для размещения материалов диссертаций, и 12 тезисов докладов.
Личный вклад соискателя. Заключается в участии в разработке плана исследований, анализе литературы, в проведении экспериментальных работ, анализе и обобщении результатов исследований и формулировке выводов, подготовке публикаций по теме диссертационной работы.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 173 страницах машинописного текста и состоит из введения, 3 глав, заключения, списка цитируемой литературы, содержащего 131 наименования, списка публикаций автора. Диссертация включает 74 таблиц и 55 рисунков.
Благодарность. Автор выражает свою глубокую благодарность к.т.н., доценту кафедры ТОМЛП ФГБОУ ВПО «КНИТУ» Галимзяновой Р.Ю. за участие в соруководстве работой.