ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ НАНООКСИДОВ МЕТАЛЛОВ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ПОЛИУРЕТАНОВ
Аннотация
В работе представлены результаты исследований по возможности модификации полиуретановой матрицы при помощи введения в ее структуру наноразмерных наполнителей. Проведены исследования влияния природы и содержания наноразмерных добавок оксидов металлов (Al2O3, Fe2O3, CuO) на физико-механические свойства наполненных полиуретановых композиций на основе форполимера СКУ ПФЛ-100, производства АО «Казанский завод синтетического каучука», отвержденного 4,4’-метилен-бис-(ортохлоранилином) (МОСА). Выполнен анализ дисперсного состава исследуемых наполнителей. Показано, что исследуемые порошки склонны к агломерации. По величине площади удельной поверхности частиц исследуемые порошки оксидов металлов располагаются в следующей последовательности в порядке возрастания: Al2O3 - Fe2O3 - SiO2 - CuO. Проведено обсуждение влияния таких факторов как площадь межфазного контакта, структура и адсорбционные свойства поверхности частиц на взаимодействие на границе оксид-полиуретан. Показано, что решающим фактором, влияющим на уровень физико-механических показателей, является природа наполнителя (гидрофильность, структура поверхности частиц). Проведена оценка природы и концентрации наноразмерных частиц оксидов металлов на физико-механические свойства исследуемого полимера. Исходные и модифицированные композиции исследованы методом термогравиметрического анализа. Проведен анализ механизма термической деструкции полиуретана. В результате проведенных исследований определены основные закономерности, определяющие влияние наноразмерных добавок оксидов металлов на свойства полимерных систем. Показано, что оптимальным является введение 1% исследованных наполнителей. Наибольшие значения физико-механических характеристик зафиксированы для образцов полиуретана, наполненных оксидом меди. Термогравиметрический анализ показал, что введением добавки оксида железа возможно повысить термостойкие свойства полимера до 300 °С.
Литература
Nesterov S.V., Bakirova I.N., Samuilov Ya.D., Samuilov A.Ya. The effect of various phenolic compounds on the thermomechanical properties of injection polyurethanes. Vestn. Kazan. Tekhnol. Un-ta. 2012. N 7. P. 100-102 (in Russian).
Mazurin V.L. Polyurethane as a structural material of the XXI century. Nauch.-Tekhn. Vedomosti SPbGPU. 2013. N 2 (171). P. 165-170 (in Russian).
Chizhova L.A., Sigitova G.P. The use of polyurethanes in composite materials. Materials of the X International Student Scientific Conference "Student Scientific Forum". Access point: http://scienceforum.ru/2018/article/2018005939. (in Russian).
Romanova V.A., Begishev V.P. Regulation of the properties of a polyurethane-based polymer matrix upon receipt of filled composite materials. Konstruktsyy Kompozits. Mater. 2006. N 4. P. 39-43 (in Russian).
Kovalevskaya I.V., Safiullina T.R., Zenitova L.A., Frantsuzova V.A. TGA and DSC methods in the study of thermal stability of filled polyurethanes of the SKU-OM type. Vestn. Kazan. Tekhnol. Un-ta. 2013. N 12. P. 126-129 (in Russian).
Badamshina E.R., Goldstein R.V., Olkhov Yu.A., Ustinov K.B., Estrin Ya.I. Modeling changes in the mechanical properties of polyurethane elastomers when modified with carbon nanotubes. Fizich. Mezomekhanika. 2012. V. 15. N 3. P. 5-10 (in Russian). DOI: 10.24411/1683-805X-2012-000357.
Goryainov G.I., Sarakuz O.N. Modification of polyurethane elastomers with silicon-containing nanoparticles with hydroxyl functional groups. Estestv.Matemat. Nauki Sovrem. Mire. 2014. N 18. P.199-206 (in Russian).
Abdullin I.A., Ivshin S.S., Fedorov Yu.I., Kravchenko E.F. The effect of carbon nanotube additives on the physi-comechanical characteristics of highly filled polymer systems. Vestn. Kazan. Tekhnol. Un-ta. 2016. V. 19. N 18. P. 39-40 (in Russian).
Komarov F.F. Ksenofontov M.A., Krivosheev R.M., Os-trovskaya L.E., Milchanin O.V. The study of polyurethane filled with carbon nanoparticles. Applied problems of optics, computer science, radiophysics and condensed matter physics: materials of the Fourth Intern. scientific-practical conf., Minsk, May 11–12, 2017. Minsk. 2017.
P. 252-254. http://elib.bsu.by/handle/123456789/178725. (in Russian).
Goryainov G.I., Sarakuz O.N., Elokhovskiy V.Yu. Influence of silicon-containing nanofillers on the properties of polyurethane rubbers. Innovatsii Nauke. 2015. N 3 (40). P. 46-52 (in Russian).
Pikhurov D.V., Zuev V.V. Investigation of the influence of inorganic fillers on the mechanical properties of polyurethane foams. Nauch.-Tekhn. Vestn. Inform. Tekhnol., Mekhanike Optike. 2018. V. 18. N 1. P. 58-64 (in Russian).
Volkova E.R. Composite materials based on segmented polyurethane and microdispersed mineral filler. Perspektiv. Mater. 2013. N 11. P. 53-58 (in Russian).
Garcia M.F., Rodriguez J.A. Metal Oxide Nanoparticles. Brookhaven National Laboratory. 2007. BNL-79479-2007-BC.
Lijun Fu, Qunting Qu, Rudolf Holze, Veniamin V., Kondratiev D., Yuping Wu. Composites of metal oxides and intrinsically conducting polymers as supercapacitor electrode materials: the best of both worlds? J. Mater. Chem. A. 2019. V. 7. P. 14937-14970. DOI: 10.1039/ C8TA10587A.
Zima T., Vorsina I., Lyakhov N. Interaction of poly-N-vinylpyrrolidone with hydrated metal oxides. Inorg. Mater. 2009. V. 45. P. 524-532. DOI: 10.1134/S0020168509050124.
Sudipta Sarkar, Eric Guibal, Françoise Quignard, Sen Gupta A. Polymer-supported metals and metal oxide nanoparticles: Synthesis, characterization, and applications. J. Na-nopart. Res. 2012. V. 14. DOI: 10.1007/s11051-011-0715-2.
Opoku F., Kiarii E.M., Govender P.P., Mamo M.A. Metal oxide polymer nanocomposites in water treatments. in: descriptive inorganic chemistry researches of metal compounds. InTech. 2017. DOI: 10.5772/67835.
Kiyanenko E.A., Zenitova L.A. Physico-mechanical properties of polyurethane coatings filled with solid inorganic waste. Vestn. Kazan. Tekhnol. Un-ta. 2011. N 19. P. 92-96 (in Russian).
Terzian T.V., Safronov A.P., Petrov A.V., Volodina N.S., Beketov I.V. The effect of the chemical nature of metal oxide on adhesion to a polyacrylate matrix in filled nanocomposites. Zhurn. Fiz. Khim. 2014. V. 88. N 7-8. P. 1121-1128 (in Russian). DOI: 10.7868 / S0044453714060351.
Berlin A.A., Basin V.E. Basics of polymer adhesion. M.: Khimiya. 1969. 320 p. (in Russian).
