Материал: Физико-химические проблемы и высокие технологии строительства. Рудаков О.Б., Перцев В.Т
Научный Вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета
Исследования показали, что при взаимодействии полиэфира не модифицированного силазаном с полиизоцианатом происходит вспенивание полиуретановой композиции.
При смешении модифицированного силазаном полиэфира с изоцианатом, в первую очередь последний реагирует с силазаном с образованием биссилилмочевины, которая является чрезвычайно реакционно-способной в отношении воды.
После чего идут реакции (7) и (10) с образованием силоксановых и мочевинных сшивок.
При совмещении с полиизоцианатом полиэфир, модифицированный силазаном, образует прочные пространственные сшивки. –NН– соединение силазана в определенной мере является катализатором уретанобразования. Реакция взаимодействия изоцианатов с аммиаком образующимся в процессе распада макромолекул силазана, как и с самим силазаном, происходит быстрее реакции взаимодействия изоцинатов с водой, при этом выделяется тепло, ускоряя процесс взаимодействия гидроксилов простого полиэфира с изоцианатом.
Скорость протекания реакции образования полиуретана растет с увеличением в полиэфирном компоненте полисилазанового модификатора. Химические свойства силазанов позволяют ускорить основную реакцию образования полиуретанов – взаимодействие гидроксильных групп (ОН) модифицированного полиэфира и изоцианатных (NCO) групп отвердителя. При этом реакция взаимодействия полиизоцианата и воды, содержащейся в виде остатков в полиэфире и в окружающей среде, протекает медленнее, чем основная реакции.
В свою очередь, при выборе модификатора-гелеобразователя из класса полисалазанов для ускорения процесса отверждения полиуретана немаловажную роль играет стерический фактор.
Экспериментальная часть. Исследования показали, что скорость полимеризации полиуретановых композитов, модифицированных силазанами, зависит от вида радикала полисилазана. Длинные цепочки радикала закрывают активные группы полисилазана –Si– NН-Si– макромолекулы силазана и тем самым снижают активность модификатора, в результате чего процесс полимеризации замедляется (рис. 1,2).
Рис. 1. Кинетика изменения предела прочности при одноосном сжатии полиуретановых композитов в зависимости от вида силазанового модификатора
6
Серия «Физико-химические проблемы и высокие технологии строительного материаловедения» Выпуск № 1(10), 2015
Рис. 2. Изменение предела прочности при одноосном сжатии полиуретановых композитов с различными силазановыми модификаторами
Таким образом, чтобы добиться аналогичного результата необходимо взять кремнийорганического гелеобразователя поливинилсилазана в два раза больше, чем полиметилсилазана. Экспериментально подтверждено, что с увеличением основности радикала снижаются физико-механические свойства отвержденных полиуретанов.
Помимо образования уретановых и мочевинных группировок в полиуретанах часто присутствуют различные аллофанатные, биуретовы, а также изоцианураты. Поэтому для выявления наиболее рационального соотношения ОН/NCO были проведены экспериментальные исследования. Экспериментально установлено (рис. 3), что при варьировании (в пределах оптимальной зоны) количеством отвердителя – полиизоцианата тоже приводит к изменению физико-механических свойств отвержденных полиуретанов, в частности предела прочности при одноосном сжатии. Выявлено, что оптимальное количество отвердителя (полиизоцианата) составляет 80 – 100 % от количества модифицированного полиэфира, а также подтверждено, что экстремум – максимум находится в районе 17 массовых частей поливинилсилазана, с уменьшением или увеличением содержания силазана прочность снижается [7].
Рис. 3. Изменение предела прочности при одноосном сжатии полиуретановых композитов в зависимости от количества поливинилсилазана и соотношения полиэфир:полиизоцианат
7
Научный Вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета
Как видно из сводного графика на рис. 3 при соотношении полиэфир:полиизоцианат = 1:0,9 значения прочности при сжатии максимальны. Это обусловлено тем, что при таком соотношении компонентов достигается наиболее оптимальное количество гидроксильных и изоцианатных групп в отверждающейся системе, тем самым формируется более плотный каркас полиуретанового КМ [8].
Обсуждение результатов. Получение подобных полиуретановых композитов можно условно разделить на следующие стадии. На первой стадии происходит совмещение всех компонентов: полиэфира, кремнийорганического модификатора – силазана, отвердителя – полиизоцианата и воды, которая всегда в незначительном количестве находится в составе полиэфира и адсорбируется из окружающей атмосферы. Затем следует их тщательное перемешивание для наиболее полного взаимодействия всех составляющих смеси. Здесь же происходит первоначальное химическое взаимодействие между компонентами [1,2,7].
Приведенные выше данные были получены при исследовании покрытий на основе простого полиэфира Лапрол 805Б модифицированного различными силазанами и полиизоцианата. Также были проведены исследования влияния свойств различных других простых полиэфиров. Было установлено, что в зависимость от активности гидроксилов полиэфиров, гидрофильности или гидрофобности необходимо различное количество подобных модификаторов для нивелирования эффекта вспенивания, а строение молекул полиэфира оказывает влияние лишь на конечные характеристики готового покрытия.
Также были проведены эксперименты по получению полиуретан-полимочевинных на основе растворов в простых полиэфирах ароматического диамина -4,4 - метилен-бис (о- хлоранилина) (диамет Х или за рубежом МОКА). Эксперименты показали, при взаимодействии ПИЦ с МОКА образуется первичный жесткий полимочевинный каркас, препятствующий проникновения влаги и вспениванию КМ при этом внутри данного каркаса протекают реакции полимеризации непрореагировавшего полиизоцианата и полиэфира, набирая полную прочность КМ. В зависимости от различных факторов для образования подобных Пк при разных условий необходима концентрация МОКА от 20-25 % по отношению к полиэфиру. Однако данный вид покрытий полимеризуется значительно быстрее рассмотренного выше, ввиду более высокой реакционной способности аминов по отношению к изоцианату. Данный вид композитов весьма интересен в качестве напыляемых покрытий, где возможно смешение непосредственно перед нанесением. Введение других полиаминов, с меньшими радикалами, из-за их высокой активности, не дает возможности качественного смешения компонентов.
Для применения полиуретан-полимочевинных покрытий на основе полиэфиров, модифицированных силазанами, в качестве самовыравнивающих напольных покрытий также необходимо снижение времени гелеобразования либо использование специального оборудования для более быстрого смешения и нанесения. Для снижения времени гелеобразования возможно применение различных растворителей, затрудняющих взаимодействия изоцианатов с другими активными компонентами. Использование для этих целей летучих растворителей, ввиду предъявляемых на сегодняшний день требований к таким покрытиям, не допустимо. Следовательно, это возможно при использовании в качестве растворителя – жидкофазного наполнителя (пластификатора), который в свою очередь позволит повысить относительное удлинение Пк. Также если данный пластификатор обладает гидрофобными свойствами, сможет дополнительно снизить риски негативного воздействия влаги. В настоящее время распространены пластификаторы антипирены, также позволяющие снизить горючесть материала.
Заключение. Таким образом, анализ существующих потребностей современного рынка показал необходимость в расширении возможностей применения защитных полимерных покрытий на основе полиуретанов. Выявлены недостатки имеющихся и получивших огромное распространение полиуретан и полиуретан-полимочевинных защитных покрытий. Предложенный способ получения полиуретан-полимочевинного Пк
8
Серия «Физико-химические проблемы и высокие технологии строительного материаловедения» Выпуск № 1(10), 2015
позволяет устранить ряд недостатков. Проведенные исследования позволили составить наиболее рациональный состав подобных покрытий.
Список литературы
1.Бобрышев А.Н., Лахно А.В., Зубарев П.А. и др. Перспективность модификации эпоксиполиуретанов кремнийорганическими соединениями // Вестник отделения строительных наук. Вып. №15. Москва-Орел-Курск. 2011. С. 180–186.
2.Лахно А.В. Эпоксиполиуретановый клей для соединения линолеума встык: Автореф. дис... канд. техн. наук: 05.23.05. Пенза, 2005. 20 с.
3.Лосев И.П., Тростянская Е.Б. Химия синтетических полимеров. М.: Химия, 1971,
616 с.
4.Соболевский М.В., Музовская О.А., Попелева Г.С.. Свойства и области применения кремнийорганических продуктов. М.: Химия. 1975. 296 с.
5.Хмелев Ю.Г. Ким Г.П., Жинкин Д.Я., Клещевникова С.И. Усовершенствованный способ твердения керамических форм и стержней на этилсиликатном связующем // Литейное производство, № 7, 1986. С. 12–14.
6.Глинка Н.Л. Общая химия. Уч. пособ. для вузов 20-е изд., испр./ Под ред. В.А. Рабиновича. Л.: Химия, 1979. 720 с.
7.Зубарев П.А., Петренко В.О., Лахно А.В., Рылякин Е.Г. Планирование оптимального соотношения компонентов в полиуретановой системе // Молодой ученый. 2014. № 6(65). С. 164–166.
8.Бобрышев А.Н., Зубарев П.А., Лахно А.В. Влияние аминосодержащих добавок на свойства полиуретановых композитов // Региональная архитектура и строительство. 2014. №2. С. 35–39.
________________________________________________________________________________
Зубарев Павел Александрович – к.т.н., инженер-исследователь кафедры технологии строительных материалов и деревообработки Пензенского государственного университета архитектуры и строительства Е- mail: pahan_z@mail.ru. Тел. 8(902)347-67-66
Бобрышев Анатолий Николаевич – д.т.н., проф. кафедры технологии строительных материалов и деревообработки Пензенского государственного университета архитектуры и строительства. Е-mail: techbeton@pguas.ru
Лахно Александр Викторович – к.т.н., доцент кафедры эксплуатации автомобильного транспорта Пензенского государственного университета архитектуры и строительства. Е-mail: lakhnopenza@mail.ru. Тел.
8(927)388-29-39
Перцев Виктор Тихонович – д.т.н., проф. кафедры технологии строительных изделий и конструкций Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Е-mail: perec_v@mail.ru.
9
Научный Вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета
УДК 691.178.004.14
Н.С. Никулина, Г.Ю. Вострикова, А.И. Дмитренков, О.Н. Филимонова, С.С. Никулин
ВЛИЯНИЕ МОДИФИКАТОРОВ НА СВОЙСТВА ДРЕВЕСНО-ВОЛОКНИСТЫХ ПЛИТ
В статье приводится сравнительная характеристика полученных экспериментальных результатов по влиянию модифицированных и не модифицированных нефтеполимерных смол фракции С9 на свойства древесно-волокнистых плит. Исследования проводили с использованием метода планирования эксперимента по схеме греко-латинского квадрата четвертого порядка. Результаты указывают на то, что полученные пропиточные составы улучшают водоотталкивающие свойства плитных материалов и повышают их прочность при изгибе.
Ключевые слова: вторичное сырье, композиты, углеводородная фракция С9, нефтеполимерная смола, коагулюм, бутадиен-стирольный каучук, пропиточный состав, древесно-волокнистые плиты.
N.S. Nikulinа, G.Y. Vostrikova, A.I. Dimitrenkov,
О.N. Filimonova, S.S. Nikulin
INFLUENCE OF MODIFIERS ON THE PROPERTIES
FIBERBOARD
The article is conducted comparative description of experimentally obtained results on the effect of modified and unmodified based petroleum resin C9 fraction on the properties of fiberboard. Investigations were carried out using the method of experiment planning scheme Greco-Latin square of the fourth order. The results indicate that the obtained impregnating compositions improve water repellent properties of plate materials and increase their bending strength.
Keywords: industrial waste composite materials, hydrocarbon fraction C9 petroleum resins, coagulum, butadiene-styrene rubbers, impregnating compositions, fibreboard
Введение. Разработка новых технологий использования вторичного сырья способствует увеличению производительности процессов, более полному и экономичному использованию дорогостоящего сырья, расширению ассортимента выпускаемой продукции.
Одним из таких побочных продуктов предприятий нефтехимической промышленности является углеводородная фракция С9. На еѐ основе в настоящее время в промышленных масштабах освоен выпуск нефтеполимерной смолы, используемой в качестве пленкообразующего в лакокрасочных составах [1].
Одним из перспективных направлений по использованию низкомолекулярных полимеров из побочных продуктов нефтехимии является защитная обработка древесных материалов и в частности древесно-волокнистых плит (ДВП). Как показали ранее опубликованные исследования, полимерные материалы на основе побочных продуктов нефтехимии могут быть с успехом использованы для этих целей [2-3].
Экспериментальная часть. Работа посвящена сравнительной характеристики влияния нефтеполимерной смолы на основе фракции С9 и модифицированной нефтеполимерной смолы, полученной из фракции С9, коагулюмом от производства бутадиенстирольного каучука на защитную обработку ДВП.
Изучение процессов проводили по плану греко-латинского квадрата четвертого порядка [4].
________________________________________________________________________________
© Никулина Н.С., 2015
10