Адгезия эпоксиуретанового полимера по металлу

АННОТАЦИЯ

В статье представлен новый полимер полибленд на основе эпоксидной смолы и олигомера, содержащего уретановых групп. Обусловлен метод синтеза уретанового олигомера на основе глицерина, мочевины и формальдегида. Изучена адгезионная характеристика образцов уретан-эпоксидных бикомпонентных полимерных систем по металлу. Представлены результаты испытания новых уретан-эпоксидных термореактивных полимерных материалов на адгезионную прочность.

ABSTRACT

The article presents a new polyblend polymer based on epoxy resin and an oligomer containing urethane groups. The method for the synthesis of urethane oligomer based on glycerol, urea and formaldehyde is determined. The adhesive characteristics of the samples of urethane-epoxy bicomponent polymer systems for metal were studied. The results of testing new urethane-epoxy thermosetting polymeric materials for adhesive strength are presented.

Ключевые слова: олигоуретан, эпоксиуретановый полимер, адгезия по металлу, прочность, клеящая способность, бикомпонентная полимерная система, эпоксидно-диановая смола, термореактивный полимер.

Keywords: oligourethane, epoxyurethane polymer, metal adhesion, strength, adhesive ability, bicomponent polymer system, epoxy-diane resin, thermosetting polymer.

Термореактивные полимеры получают из низкомолекулярных смол, которые полимеризуются путем конденсации или добавления, с использованием сшивающих агентов. Полученный полимер сильно сшит благодаря образованию трехмерной сети. По этой причине необходимо знать ходы и условия реакции отверждения, чтобы получить новый полимер с предназначенными физико-механическими свойствами в каждом случае. В некоторых литературных источниках объясняется необходимость контролирования стехиометрию реакционноспособной смеси и природу катализатора и инициатора, используемого в процессе получения бикомпонентных систем. Это важно для того, чтобы оптимизировать свойства полимерных композиционных материалов в период их службы. Изучение оптимальных стехиометрических соотношений гарантирует хорошее качество конечного продукта с точки зрения его физико-химических и механических свойств [1; 2].

Органические полимеры с сильно сшитой структурой, которые поэтому не размягчаются и не плавятся из-за температуры или не растворяются в каком-либо химическом веществе, называются термореактивными. Его механическое поведение заметно отличается от термопластов из-за его большей устойчивости к вязкой ползучести при высоких температурах и большей размерной стабильности. Они более компактны, тверды, устойчивы к истиранию и непроницаемы для газов и паров, поэтому они очень удобны при применении для защиты всех типов поверхностей. Напротив, гибкость и ударопрочность находятся в невыгодном положении по сравнению с большинством термопластов [3, 4]. Однако возможность комбинировать реактопластичные олигомеры с другими олигомерами и фибриллярными материалами всех видов, как органическими, так и неорганическими, расширила их использование в конструкции, поддерживающей стойкость элементов с великолепными механическими и физико-химическими свойствами [5].

Эпоксидные смолы одна из разновидностей синтетических смол, широко используемых при производстве лакокрасочных материалов, клеев, компаундов, а также абразивных и фрикционных материалов, используются как связующие при производстве слоистых пластиков на основе стеклоткани, таких как стеклотекстолит, трубки, цилиндры стеклотекстолитовые. Отрасли применения эпоксидных смол включают в себя электротехническую и радиоэлектронную промышленность, авиа-, судо- и машиностроение, а также в строительстве, где они используются как компонент заливочных и пропиточных компаундов, клеев, герметиков, связующих для армированных пластиков [6].

Отверждённые смолы характеризуются высокой адгезией к металлам, стеклу, бетону и др. материалам, механической прочностью, тепло-, водо- и химической стойкостью, хорошими диэлектрическими показателями. Технологические и физико-механические свойства композиций на основе эпоксидной смолы регулируют в широком диапазоне совмещением смол с различными мономерами, олигомерами и полимерами, с минеральными и органическими наполнителями. Эпоксидные смолы используют как основу высокопрочных связующих, клеев, заливочных и пропиточных электроизоляционных компаундов, герметиков, лаков, пенопластов [7].

К олигоуретанам и полиуретанам относятся высокомолекулярные соединения, содержащие в своем составе уретановую группу R-N-C(O)-O- (R это Н, алкилы, арил или ацил) независимо от строения остальной части молекул. В зависимости от исходных соединений в макромолекулах полиуретана могут присутствовать также простые эфирные, амидные, мочевинные и другие функциональные группы. Однако основные свойства полиуретана определяются наличием в них именно уретановых групп, обладающих высокими значениями энергии физических взаимодействий. Поэтому в полиуретане наряду с химической сеткой существует и физическая, способная под влиянием внешних воздействий (температуры, деформации) к перестроениям и определяющая специфику свойств полиуретана (износостойкость, теплостойкость, деформационно-прочностные свойства и другие) [8].

Традиционные способы получения полиуретана, имеющие промышленное значение, основаны на взаимодействие ди- или поли изоцианатов с соединениями, содержащими в молекуле не менее двух гидроксильных групп. Способ получения основан на применении диизоцианатов, которые являются высокотоксичными, сужают его пределы эксплуатации [9].

Таким образом, целью данного эксперимента является изучение процесса синтеза нового олигомера, содержащего уретановых групп, не использовав ди или полиизоцианатов. Изучение процесса получения олигоуретана и определения оптимальных условий синтеза. Исследование адгезионных свойств эпоксиуретановых бикомпонентных полимерных систем, а также изучение влияния олигоуретанов на адгезионную прочность получаемых эпоксиуретанов.

На базе ташкентского научно-исследовательского института химической технологии разработан способ получения уретансодержащего олигомера ОУ-400 на основе местного сырья. Метод получения олигомера, содержащего уретановых групп полностью исключает применения ди или полиизоцианатов и является безвредным для окружающей среды. На основе полученного олигоуретана и эпоксидной смолы создана многокомпонентная термореактивная эпоксиуретановая полимерная система. Полученная полимерная система обладает свойствами и эпоксидного и уретанового полимера.

Получение уретанового олигомера ОУ-400 начинается с реакции взаимодействия мочевины с глицерином. Образуется уретановый олигомер на основе глицерина, в котором уретановые группы находятся по краям молекулы. На второй стадии проводится реакция, ранее полученного диуретана с формальдегидом и мочевиной. Правильный выбор условий реакции дает возможность отщеплению олигомера с закрытыми уретановыми группами по срединах молекулы и открытыми уретановыми группами обеим концам молекулы [10]

Полимерные материалы на основе органических высокомолекулярных соединений часто применяются в качестве клеев, покрытий, а также связующего компонента для полимерных композиционных материалов.

В таблице 1 приведены результаты испытания образцов эпоксиуретановых полимеров типа ЭУГ на адгезионную прочность по металлу.

Таблица 1.

Адгезионная прочность эпоксиуретановых полимеров по металлу

Обозначения: ЭУГ-25 – эпоксиуретановый полимер. Массовая доля олигоуретана составляет 25% от обшей массы полимера; ЭУГ-40 – эпоксиуретановый полимер. Массовая доля олигоуретана составляет 40% от обшей массы полимера; ЭУГ-50 – эпоксиуретановый полимер. Массовая доля олигоуретана составляет 50% от обшей массы полимера; ЭУГ-60 – эпоксиуретановый полимер. Массовая доля олигоуретана составляет 60% от обшей массы полимера. ЭУГ-70 – эпоксиуретановый полимер. Массовая доля олигоуретана составляет 70% от обшей массы полимера; ЭУГ-75 – эпоксиуретановый полимер. Массовая доля олигоуретана составляет 75% от обшей массы полимера.

Пластинки для определения адгезионной прочности приготовлены из металла. Испытания провели через 20 часов после отверждения эпоксиуретанового клея, нанесённого между пластинками, при комнатной температуре.

По данным таблицы 1 можно заметить снижение адгезионной прочности с увеличением массовой доли олигоуретана. Среди эпоксиуретановых полимеров типа ЭУГ низкие показатели были сняты у полимеров марок ЭУГ-70 и ЭУГ-75.

Выводы

Сняты показатели адгезионной прочности эпоксидного полимера на основе эпоксидно-диановой смолы марки ЭД-20 и отвердителя аминного типа полиэтиленполиамина (ПЭПА) (таблица 1, образец №1) для сравнения с показателями адгезионной прочности эпоксиуретановых полимеров.

Если сравнить показатели адгезионной прочности эпоксидного полимера с эпоксиуретановыми полимерами марок ЭУГ-25 и ЭУГ-40, то можно увидеть более высоких показателей этих марок.

Результаты эксперимента свидетельствуют о том, что адгезионная прочность у эпоксиуретановых полимеров увеличивается при малых массовых долях олигоуретана. 

Список литературы:

1. Пластмассы со специальными свойствами. Сборник научных трудов / Под общей редакцией Н.А. Лаврова — СПб.: ЦОП «Профессия», 2011. — 344 с.
2. Лавров Н.А., Крыжановский В.К, Киёмов Ш.Н. Свойства наполненных эпоксидных полимеров. Пластические массы, 2019, №1-2, С. 37-39.
3. Крыжановский В.К., Бурлов В.В., Паниматченко А.Д., Крыжановская Ю.В. Технические свойства полимерных материалов: Учебно- справ. пособие / 2-е изд., испр. и доп. – СПб.: Профессия, 2005. - 248 с.
4. Полимерные композиционные материалы: структура, свойства, технология: Учеб. пособие / 4-е изд., испр. и доп. Под общей редакцией А.А. Берлина. – СПб.: ЦОП «Профессия», 2014. – 592 с.
5. В.В. Михеев. Отверждение порошковых композиций на основе эпоксидных и уртановых олигомеров / В. В. Михеев, Л. Т. Зайнуллина. Лакокрасочные материалы и их применение. -2001. -№4. –С.3-5.
6. N.А. Lavrov, V.K. Krizhanovskii, Sh.N. Kiyomov. The effect of disperse fillers on thermomechanical characteristics of epoxy polymers/ Polymer Science, Series D, 2018, Vol. 11, No. 2, pp. 230–232.
7. N.А. Lavrov, V.K. Krizhanovskii, Sh.N. Kiyomov.. Tribotechnical properties of composite materials based on epoxy polimers/ Polimer Science, Seried D, 2019, Vol. 12 No. 2, Р. 182-185.
8. Джалилов А.Т., Киёмов Ш.Н. Трибология эпоксиуретанового полимера/ Научный журнал «Universum» №6(63) 2019. С. 87-90.
9. Djalilov A.T., Kiyomov Sh.N. Antifriction and deformation-strength properties of epoxyrethane polymer/ International Journal of Advanced Research in Science Engineering and Technology Vol. 6, Issue 6, Jun 2019. С. 3556-3561
10. Джалилов А.Т., Киёмов Ш.Н. Уретановый олигомер ОУ-400 / Научный журнал «Universum» №7(76) 2020. С. 68-71.