Введение к работе
Актуальность работы. Силиконовые эластомеры уже давно и прочно закрепились в современных отраслях промышленности и науки как технически важные материалы. Они стали незаменимыми в целом ряде областей и обладают такими полезными качествами, которые выгодно отличают их от органических типов эластомеров. Силиконы, по праву, являются универсальными материалами. В них органическая и неорганическая составляющие взаимно дополняют друг друга. Именно их непохожесть на традиционные типы каучуков и резин делает их прекрасным объектом научного исследования.
Разностороннее направление их применения обеспечивают высокая термическая стойкость, работоспособность в интервале температур от -90 до +270, атмосферостойкость, стойкость к действию кислорода и озона при повышенных температурах, радиационная стойкость, нетоксичность и биологическая инертность, хорошие электроизоляционные свойства.
Несмотря на довольно высокую термостойкость ПОС, температурные пределы их работоспособности не удовлетворяют запросам современной техники.
В настоящее время большое внимание уделяется повышению термостойкости полимеров за счет создания нанокомпозитов. Для создания полимерных нанокомпозитов используют природные неорганические структуры: монтмориллонит, гекторит, вермикулит, каолин, сапонит. На примере полиолефинов, полиамидов показано, что слоистые силикаты, такие как монтмориллонит, гекторит могут способствовать повышению термостойкости полимеров. При этом может достигаться улучшение целого комплекса свойств. Повышаются физико-механические свойства, улучшаются газобарьерные свойства.
Целью работы является модификация силоксановых резин для улучшения их физико-химических, физико-механических свойств и термостойкости органобентонитами - слоистыми силикатами на основе монтмориллонита.
Задачами исследования в соответствии с целью работы были:
Выбор и поиск слоистых силикатов, не ухудшающих свойств силоксановых резин и не усложняющих технологию их производства;
Подбор рецептуры резин, режимов вулканизации, методик исследования;
Сравнение свойств композиций на основе силоксанового каучука со слоистыми силикатами разных месторождений;
Исследование ингредиентов резиновых смесей на свойства резин со слоистыми силикатами.
Научная новизна. Впервые на примере высокомолекулярных винилсодержащих силоксановых каучуков (молекулярная масса 400 тыс. и выше) и композиций на их основе проведены систематические исследования влияния бентонитов и органобентонитов как отечественных месторождений, в том числе и татарстанских (Березовское месторождение), так и зарубежных, на их физико-механические, физико-химические, термические, реологические и вулканизационные свойства.
Показано, что введение слоистых силикатов в резину на основе силоксанового каучука промышленного производства приводит к повышению термостойкости, что выражается в повышении температуры начала деструкции на 50-70С и в сохранении основных свойств после старения. Термостойкость композиций на основе силоксановых каучуков со слоистыми силикатами составляет не менее 300С и достигается за счет затрудненной диффузии продуктов деструкции в присутствии частиц слоистого силиката в результате интеркаляции полимера в межслоевое пространство силиката, что доказано методом РСА.
Практическая ценность. Предложена рецептура силоксановой резины со слоистыми силикатами для изделий электротехнического назначения. Разработаны технические условия для внедрения в производство силоксановых резин.
Апробация работы. Результаты работы обсуждались на XII международной конференции молодых ученых, студентов и аспирантов «Синтез, исследование свойств, модификация и переработка высокомолекулярных соединений - IV Кирпичниковские чтения» (Казань, 2008), на XIII международной конференции молодых ученых, студентов и аспирантов «Синтез, исследование свойств, модификация и переработка высокомолекулярных соединений - V Кирпичниковские чтения» (Казань, 2009), Научных сессиях Казанского государственного технологического университета (2008, 2009 г.г.).
Публикации: По материалам диссертации имеется 7 публикаций, в том числе 5 статей по перечню ВАК, 2 тезисов доклада на конференции.
Структура и объём работы: Диссертационная работа изложена на 161 странице и включает разделы: введение, аналитический обзор, экспериментальную часть, результаты экспериментов и их обсуждение, выводы, приложение. Работа содержит 22 таблицы и 38 рисунков. Список использованной литературы включает 179 наименований.
Работа выполнена на основании Государственных контрактов №П-478, №02.740.11.5212 в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России, №02.552.11.7070 в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы».
С помощью подобных зависимостей (рис. 9, 10) были изучены другие показатели: относительное удлинение при разрыве, твердость по Шору А, модули резин при удлинениях 100 и 300%, межузловая молекулярная масса (Мс). Сравнивались зависимости равновесного набухания резин в толуоле от времени выдержки. По результатам этих испытаний образец резины с органобентонитом не уступает резине с Cloisite30B ни по одному показателю.
У резины с разной концентрацией Cloisite30B были сняты кривые течения с целью изучения реологических свойств (рис. 11). Сравнение логарифма эффективной вязкости от скорости сдвига показало, что образцы с большей концентрацией являются более вязкими. Характер зависимостей одинаков для всех образцов. Таким образом, резины со слоистыми силикатами могут перерабатываться всеми известными методами.
кривые течения СК
Рисунок 11. Зависимость логарифма эффективной вязкости от логарифма скорости сдвига силоксановых резиновых смесей, содержащих Cloisite ЗОВ: Ряд 1 - контрольный образец, Ряд 2 - образец с 1%мас. Cloisite ЗОВ, Ряд 3 - образец с 3%мас. Cloisite ЗОВ, Ряд 4 -образец с 5%мас. Cloisite ЗОВ, Ряд 5 - образец с 10%мас. Cloisite ЗОВ.
С целью подбора оптимального количества вулканизующего агента были исследованы вулканизационные характеристики резин (табл. 8), наиболее важными из которых являются оптимальное время вулканизации и скорость вулканизации. В качестве него был применен
содержание аэросила, м.ч.
Рисунок 9. Зависимость условной прочности при растяжении силоксановых резин от содержания аэросила (м.ч. на ЮОм.ч. каучука) при постоянной концентрации СС (3%мас.):1 - PC с Cloisite30B, 2 - PC с ОБ, 3 - PC без добавки.
концентрация глины, %мас.
Рисунок 10. Зависимость условной прочности при растяжении силоксановых резин от концентрации СС при постоянной концентрации аэросила (45 м.ч.): 1 - PC с Cloisite30B, 2 - PC с ОБ.
Автор выражает личную благодарность Корнилову А. В., Трофимовой Ф. А., Демидовой М. И., Трофимову Л. В., Губайдуллиной А. М., Исламовой Г. Г., Наумкиной Н. И., Михайловой Г. А. за помощь в обсуждении результатов.
