Навигация
Климов В.И. Контроль разрушения и долговечности композиционных материалов / В.И.Климов, Т.М.Черникова. Кемерово: АИН, 1997. 151 с
32097
знаков
6
таблиц
7
изображений
1. Климов В.И. Контроль разрушения и долговечности композиционных материалов / В.И.Климов, Т.М.Черникова. Кемерово: АИН, 1997. 151 с.
2. Определение кинетических констант и критического размера разрушения композиционных материалов на основе регистрации импульсного электромагнитного излучения при их разрушении / В.В.Иванов, П.В.Егоров, В.И.Климов и др. // Прикладная механика и техническая физика. 1994. Т.35, № 4. С. 153-159.
УДК 678.5
ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОМ ИНФРАКРАСНОЙ СПЕКТРОСКОПИИ ПРОЦЕССОВ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ И СОПОЛИМЕРИЗАЦИИ В ПОЛИМЕРНЫХ СОСТАВАХ ДЛЯ ОРГАНИЧЕСКИХ СТЕКОЛ
Н.А.Чиняева, А.Л.Носкова, Е.В.Бычкова, Л.Г.Панова
Энгельсский технологический институт СГТУ
Органические стекла (ОС) представляют собой прозрачные в видимой области спектра твердые материалы на основе полимеров акрилового ряда; поликарбонатов, полистирола, полисульфона и др. [1]. Преимущества перед силикатным стеклом заключаются в более низкой плотности, травмобезопасности, что обусловило широкое применение ОС в различных сферах промышленности и бытовом секторе. Однако из всех вышеперечисленных полимеров только поликарбонат и полисульфон принадлежат к группе самозатухающих. Поэтому в связи с высокой воспламеняемостью и горючестью исходного сырья и, соответственно, готовой продукции снижается спрос на промышленно выпускаемые материалы. Разработанные ранее составы для ОС пониженной горючести обладают рядом существенных недостатков (многокомпонентность состава, невысокие физико-механические свойства и высокая себестоимость готовых изделий), поэтому разработка составов ОС пониженной горючести с оптимальным уровнем физико-механических и оптико-химических свойств является актуальным направлением исследований.
В данной работе определена возможность перехода от многокомпонентного к бикомпонентному составу за счет выбора исходного сырья, отвечающего требованиям, предъявляемым к трудносгораемым ОС: прозрачности, способности к формированию пространственно сшитой структуры в условиях УФ-иницируемой полимеризации, обеспечивающей коксообразование при пиролизе и пониженную горючесть.
В качестве структурообразующего компонента выбран глицидиловый эфир метилакрилата (ГМА), содержащий в составе ненасыщенные углерод-углеродные связи и эпоксидное кольцо, что обеспечивает протекание реакции полимеризации с одновременным формированием трехмерной пространственной структуры. Однако ГМА свойственны высокая горючесть и низкая сопротивляемость к механическим воздействиям (Gр=19,8 МПа), что привело к необходимости введения в состав композиции замедлителей горения (ЗГ) и пластифицирующих добавок.
В качестве такого соединения выбран фосфорсодержащий компонент (ФОК) полифункционального действия, который способен одновременно снизить горючесть материала за счет наличия в составе атомов фосфора и повысить его эластичность.
Анализ спектрограмм заполимеризованного в присутствии фотоинициатора под УФ-излучением и незаполимеризованного ГМА показал значительное снижение интенсивности полосы валентных колебаний двойной углерод-углеродной связи при длине волны 1637 см-1, что свидетельствует о протекании процесса радикальной полимеризации. Разрыв >C=C<-связи способствует участию атома углерода в межмолекулярной сшивке с образованием трехмерной структуры, что подтверждается содержанием в полимеризате гель-фракции в количестве 88%.
В пространственно сшитом ГМА отмечено наличие колебаний связи ОН-группы (3424 см-1), отсутствующих у незаполимеризованного компонента. Образование гидроксильных групп обусловлено раскрытием эпоксидного цикла и миграцией атома водорода от углерода к кислороду, что подтверждается отсутствием в полимеризате ГМА пика колебаний связи эпоксидной группы, имеющегося в незаполимеризованном ГМА (945 см-1).
В заполимеризованном ГМА отмечено наличие пика валентных колебаний >C=О-связи сложноэфирной группы (1720 см-1), характерной для насыщенных сложных эфиров, в то время как для исходного ГМА, принадлежащего к классу ненасыщенных сложных эфиров, колебания связи >C=О происходят при 1728 см-1.
Исследование исходного ФОК показало присутствие в составе компонента характерных полос валентных колебаний групп –СН3 (2959 см-1), >P=O (1315– см-1), P–O–С– (1034 см-1), а также их деформационных колебаний.
Наличие пика, соответствующего валентным колебаниям –ОН– групп (3446 см-1), свидетельствует о частичном окислении молекул ФОК в присутствии кислорода воздуха с образованием метилольных групп. Это подтверждается проявлением валентных колебаний СН2-группы (2855 см-1) и простой эфирной связи –O–С–О– (1240 см-1), отсутствующих в химическом составе ФОК. Процесс окисления описывается следующей схемой:
Анализом незаполимеризованного состава, содержащего ГМА и ФОК, показано наличие характерных для исходных компонентов валентных колебаний связей –СН3 (2959 см-1), –СН2– (2855 см-1), а также пика значительной глубины >С=О -связи при 1718 см-1, характерного для колебаний связи сложноэфирной группы в ненасыщенных сложных эфирах. Обнаружены также колебания двойной >C=C<-связи (1636 см-1), эпоксидной группы - (950см-1) и –P–O–С– (1037 см-1).
В заполимеризованном составе возрастает глубина пика валентных колебаний гидроксильных групп; снижается интенсивность поглощения >C=C<-связи (1640 см-1) и практически полностью исчезает пик валентных колебаний эпоксидного кольца (950 см-1). На основании проведенного анализа схему взаимодействия ГМА и ФОК можно представить следующей схемой:
Для ускорения процесса сополимеризации в качестве катализатора использовали фосфорную кислоту.
Варьирование содержания компонентов в композиции показало повышение величины гель-фракции в полимеризате с увеличением количества ГМА с 30 до 70%, соответственно (см.таблицу). Наблюдается увеличение содержания гель-фракции составов 60 ГМА: 40 ФОК; 70 ГМА:30 ФОК сверх аддитивного значения, тогда как для композиций, содержащих ГМА и ФОК в соотношении 1:1, не характерно данное явление. Отмечено увеличение гель-фракции с повышением количества ФК в композиции (см.таблицу) и незначительное влияние времени полимеризации на степень сшитости структуры (см.рисунок).
Зависимость содержания гель-фракции в композиции ОС от количества фосфорной кислоты
| Состав, %масс Количество H3PO4, %масс | Содержание гель-фракции в составах, %масс | ||
| 50 ГМА: 50 ФОК | 60 ГМА: 40 ФОК | 70 ГМА: 30 ФОК | |
| 2 | 43 | 48 | 79 |
| 3 | 45 | 76 | 79 |
| 4 | 47 | 81 | 80 |
| 5 | 50 | 82 | 82 |
| 6 | 51 | 82 | 86 |
| 7 | 51 | 83 | 87 |
| 8 | 53 | 84 | 89 |
|
|
График зависимости содержания гель-фракции в полимеризате от времени
УФ-воздействия: 1 – 70 ГМА: 30 ФОК + 5ФК; 2 – 50 ГМА : 50 ФОК + 5ФК
Литература
Похожие работы
... – x)Na+}xNa+ Таким образом, получены водорастворимые производные фуллерена С60, которые могут быть использованы в химии и химической технологии. УДК 541.138 СТРУКТУРА И СВОЙСТВА НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ, МОДИФИЦИРОВАННЫХ ОРГАНИЧЕСКИМИ ДОБАВКАМИ О.В. Долгих, Н.В. Соцкая, Д.В. Крыльский, М.Ю. Хазель Воронежский государственный университет Сплавы никеля уже давно нашли широкое применение в ...
... масштаба с учетом признания важной роли нанотехнологий на самом высоком государственном уровне. Широкомасштабное и скоординированное развертывание на базе существующего задела работ в области нанотехнологий позволит России восстановить и поддерживать паритет с ведущими государствами в науке и технике, ресурсо- и энергосбережении, в создании экологически адаптированных производств, в ...
... полностью соответствовать модели новой экономической формации, где единственным предметом обмена станет информация. 2.3. Проблемы и перспективы развития нанотехнологий в машиностроении 2.3.1. Перспективы развития нанотехнологий в машиностроении Стратегическими национальными приоритетами Российской Федерации, изложенными в утвержденных 30 марта 2002 г. Президентом Российской Федерации « ...
0 комментариев