Эпоксидно-титаноксидные композиты аминного огтверждения: получение и свойства

ЭПОКСИДНО-ТИТАНОКСИДНЫЕ КОМПОЗИТЫ АМИННОГО ОТВЕРЖДЕНИЯ: ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА

Комбинирование свойств органической полимерной матрицы и неорганического наполнителя дает широчайшие возможности для создания композиционных материалов, обладающих уникальным сочетанием характеристик и свойств. Использование золь-гель метода обеспечивает малые размеры частиц наполнителя неорганической природы и их равномерное распределение в объеме полимерной матрицы. Наноразмерный диоксид титана находит широкое применение благодаря его химической инертности, нетоксичности и низкой стоимости. Так, органо-неорганические композиты, синтезированные с использованием золь-гель технологии применяются в качестве антикоррозионных покрытий для металлов и при этом являются термостабильными, что позволяет использовать их при повышенных температурах.

Целью данной работы было получение эпоксидно-титаноксидных композитов аминного отверждения, а также изучение свойств получаемых материалов.

В качестве исходных соединений для получения эпоксидного полимера и полимерной матрицы композитов использовали низковязкую эпоксидную смолу EPONEX 1510, аминный отвердитель ANCAMINE 2579. Образцы получали в виде плёнок толщиной 200 мкм.

Золь гель метод изучается более двух десятков лет. В основном его проводят путем гидролитической поликонденсации алкоксидов при использовании разных количеств гидролитической воды (схема с Ti). Однако, классическому золь-гель процессу присущи определенные недостатки, например, необходимость использования растворителя для гомогенизации смеси компонентов (схема получения сложная). К тому же исходные вещества без применения специальных методов очистки уже содержат какое-то количество влаги и этого может быть достаточно для того, чтобы начался гидролиз соединений металлов, и последующая конденсация продуктов этого гидролиза.

В данной работе диоксид титана формировали золь-гель методом без использования дополнительной воды и растворителей. При этом тетрабутоксид титана и аминный отвердитель вводили непосредственно в эпоксидную смолу (схема получения простая). Содержание влаги в исходном полиамине было достаточным для протекания процессов гидролиза и последующей поликонденсации ТБТ, что было подтверждено экспериментально. Т.н. «неводный» метод позволил значительно расширить диапазон концентраций синтезируемого диоксида титана в составе эпоксидных композитов – от 5 до 20 масc. %. При таких концентрациях композиты прозрачные, имеют жёлтый цвет и находятся при комнатной температуре в стеклообразном состоянии.

Установлено, что использование титаноксидного наполнителя в количестве 5 масс. % повышает температуру стеклования на 6 оС, а температуру высокоэластичности ‒ на 21 оС (Таблица 3.1). При этом содержание низкомолекулярных экстрагируемых веществ (воды, спирта) по сравнению с немодифицированным эпоксидным полимером уменьшается лишь при содержании диоксида титана равном 5 масс. %. При дальнейшем повышении концентрации TіО2 выход золь-фракции увеличивается.

Микроскопические исследования показали, что синтезируемый in situ наполнитель в полученных композитах формируется не в виде отдельных частиц, а образуется титаноксидная сеть зацеплений, которая представляет собой аэрогель, если исключить из объема образца эпоксидную полимерную матрицу. При визуальном изучении образцов, подвергшихся высокотемпературному отжигу видно, что с увеличением содержания диоксида титана в композитах титаноксидная сетка приобретает всё более плотную структуру. Образцы после отжига сохраняют свою форму, но размер несколько уменьшается вследствие частичного спекания ТiO2. При большем содержании диоксида титана структура аэрогеля становится более