УДК 50


ВЛИЯНИЕ ТИТАНОКСИДНОГО НАПОЛНИТЕЛЯ НА СВОЙСТВА ЭПОКСИДНОГО ПОЛИМЕРА КАТИОННОЙ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ


Атаманова А. А., Лыга Р. И., Михальчук В. М.

Донецкий национальный университет,

г. Донецк, Украина


Эпоксидные смолы широко используются в качестве связующих при получении композиционных материалов. При целом ряде «положительных» свойств эпоксидные полимеры характеризуются невысокой термостабильностью. Для целевого повышения эксплуатационных свойств таких систем может быть использовано наполнение их неорганическими веществами, например, диоксидами кремния или титана. Так эпоксидные композиционные материалы, наполненные диоксидом титана, могут быть использованы как функциональные материалы специального назначения. На данный момент в литературе практически отсутствуют сведения об особенностях формирования, структуре и свойствах эпоксидно-титановых композитов катионной полимеризации. Поэтому целью работы было получение золь-гель методом прозрачных эпоксидно-титановых композитов катионной полимеризации и исследование их свойств.

Для получения нанодисперсных наполнителей широко используется золь-гель метод, так как он предоставляет такие условия, при которых взаимодействие компонентов происходит на молекулярном уровне, что позволяет получать материалы высокой степени гомогенности и заданного химического состава, а также снизить температуру их синтеза.

Композиты формировали на основе золя частиц диоксида титана, эпоксидной смолы и катализатора полимеризации. Частицы TiO2 получали при комнатной температуре in situ золь-гель методом: проводили кислотнокаталитический гидролиз и поликонденсацию тетрабутоксида титана при стехиометрическом мольном соотношении H2O/С4Н9O в присутствии растворителя этанола. После гидролиза к полученной смеси добавляли эпоксидную смолу EPONEX 1510 - диглицидиловий эфир дициклогексилолпропана. Удалив летучие компоненты системы, отверждали композиции с использованием катализатора катионной полимеризации – комплекса трифторида бора с бензиламином (УП 605/3р). Композиты формировали в виде пленочных образцов (200 мкм). Содержание титаноксидного наполнителя в композитах варьировали от 0,5 до 3 масc.%. Все полученные результаты сравнивали с немодифицированным полимером на основе EPONEX 1510, полученным катионной полимеризацией.

В данной работе разработана методика получения однородных прозрачных стеклообразных эпоксидно-титаноксидных композитов катионной полимеризации. Коэффициент светопропускания пленочных образцов композитов при длине волны 540 нм составлял 85,3 – 90,4 %.

В литературе имеются противоречивые данные о влиянии такого наполнителя на термомеханические свойства полимеров. Термомеханический анализ нами полученных эпоксидно-титановых композитов катионной полимеризации показал, что при повышении содержания TiO2-наполнителя и, соответственно, содержания растворителя температура стеклования композитов снижается (таблица 1). Одновременно наблюдается увеличение выхода золь-фракции композитов. Такое влияние диоксида титана более выражено при его концентрации выше 1,5 масс.%. Таким образом, при введении в эпоксидный полимер на основе EPONEX 1510 и трифторида бора наполнитель проявляет себя как пластификатор полимерной матрицы, снижая плотность ее сшивания.

Таблица 1 – Зависимость температуры стеклования (Тс), температуры высокоэластичности(Твэ) и выхода золь-фракции (Wsol) композитов от содержания ТіО2. Растворитель – этанол. Кислотный гидролиз тетрабутоксида титана

w(TiO2), масс.%

Тc, °C

Твэ, °C

Wsol, %

0

83

93

0,5

0,5

80

92

0,5

1

78

91

2,0

1,5

71

82

6,9

2

46

65

13,3

2,5

47

64

20,4

3

45

63

37,8

Несмотря на это в диапазоне концентраций ТіО2 от 0,5 до 2 масс.% скорость потери массы пленочных образцов композитов при термоокислительном старении меньше, чем для исходного эпоксидного полимера катионной полимеризации. А при содержании наполнителя до 1 масс.% время жизни композитов превышает время жизни полимера на 21-42 %.

Изучение влияния содержания титаноксидного наполнителя на термостабильность композитов катионной полимеризации дериватографическим методом показало, что системы, содержащие от 0,5 до 1,5 масс.% TiO2, являются более устойчивыми к термоокислительной деградации по сравнению с исходным полимером. Такое влияние диоксида титана схоже с эффектом малых добавок, поскольку при дальнейшем повышении концентрации наполнителя термостабильность композитов снижается, о чем свидетельствует уменьшение температур 5 %-ной, 10 %-ной, 50 %-ной потери массы и температуры окончания основной стадии деструкции образцов.

Газоволюмометрически установлено, что все полученные эпоксидно –титановые композиты оказались более стойкими к высокотемпературному процессу окисления кислородом по сравнению с немодифицированным полимером катионной полимеризации на основе циклоалифатической эпоксидной смолы.