Высоконаполненные полимерные композиты на основе модифицированного полиметилметакрилата - Автореферат

Анализ литературных данных показал, что, несмотря на применение ПКМ на основе ММА, до настоящего времени недостаточно исследованы особенности и закономерности формирования полимерной матрицы в присутствии высокого содержания наполнителя (более 70 % мас.). Показана приоритетность влияния на прочностные свойства высоконаполненных ПКМ образование гибких граничных слоев полимера, понижающих градиент напряжений разномодульных фаз (полимер - минеральный наполнитель), нежели процессов трехмерного структурирования полимерной матрицы. Снижение содержания мономера способствует падению теплового эффекта при полимеризации, что, в свою очередь, уменьшает напряжения на межфазной границе, улучшая адгезионное взаимодействие формирующегося полимера и наполнителя. Подробное исследование влияния в выбранном факторном пространстве компонентов инициирующей системы на прочностные характеристики ПКМ на основе ММА позволило установить сильную зависимость sсж ПКМ от содержания ПБ и ДМА в ММА (рис. Сильная вариация значений sсж ПКМ в зависимости от количества компонентов инициирующей системы и их соотношения является результатом различий в свойствах образующейся полимерной матрицы (прежде всего молекулярной массы (рис.Установлены оптимальные количества компонентов бинарной инициирующей системы (базовый состав) и выбранных акрилорвых мономеров и акрилатсодержащих линейных олигофосфазенов и алкоксисилановых модификаторов различного строения, позволяющие получать высоконаполненные ПКМ повышенной прочности. %) и подобранный наполнитель (смесь строительного кварцевого песка и минерального порошка в массовом соотношении 3:1) - показано, что в отличие от ненаполненного полиметилметакрилата максимальное значение разрушающего напряжения при сжатии исследуемых ПКМ, равное 81МПА, достигается при относительно высоком содержании компонентов инициирующей системы - ПБ и ДМА 6 и 4 % от массы ММА, соответственно. На основании зависимостей разрушающего напряжения при сжатии от средневязкостной молекулярной массы формирующейся полимерной матрицы и сорбционной способности ПКМ по отношению к инертному растворителю (н-гептан), сделано заключение, что максимально прочным ПКМ на основе ММА соответствует образование полимера с оптимальным значением молекулярной массы (Mh около 150 тыс.), при которой его макромолекулы наиболее плотно упаковываются на поверхности частиц подобранного наполнителя. Показана эффективность использования в качестве модификаторов высоконаполненных композиций на основе метилметакрилата различных акриловых мономеров, кремнийорганических метакрилатсодержащих соединений, а также метакрилатных производных линейных олигофосфазенов. Установлено, что наиболее эффективным модификатором системы - минеральный наполнитель ММА - является МАК в количестве 20 % от массы смеси мономеров, позволяющая повысить разрушающее напряжение ПКМ на их основе в 1,55 раза (с 81 до 125 МПА).

1. Исследованы процессы формирования высоконаполненных ПКМ на основе ММА и минеральных наполнителей (степень наполнения 89,5 мас. %), полученных в результате полимеризации при обычной температуре (20?С) по компаундной технологии. Установлены оптимальные количества компонентов бинарной инициирующей системы (базовый состав) и выбранных акрилорвых мономеров и акрилатсодержащих линейных олигофосфазенов и алкоксисилановых модификаторов различного строения, позволяющие получать высоконаполненные ПКМ повышенной прочности. Показана целесообразность использования исследованных модификаторов.

2. На примере базового состава - метилметакрилат (10 мас. %) и подобранный наполнитель (смесь строительного кварцевого песка и минерального порошка в массовом соотношении 3:1) - показано, что в отличие от ненаполненного полиметилметакрилата максимальное значение разрушающего напряжения при сжатии исследуемых ПКМ, равное 81МПА, достигается при относительно высоком содержании компонентов инициирующей системы - ПБ и ДМА 6 и 4 % от массы ММА, соответственно.

3. На основании зависимостей разрушающего напряжения при сжатии от средневязкостной молекулярной массы формирующейся полимерной матрицы и сорбционной способности ПКМ по отношению к инертному растворителю (н-гептан), сделано заключение, что максимально прочным ПКМ на основе ММА соответствует образование полимера с оптимальным значением молекулярной массы (Mh около 150 тыс.), при которой его макромолекулы наиболее плотно упаковываются на поверхности частиц подобранного наполнителя.

4. Показана эффективность использования в качестве модификаторов высоконаполненных композиций на основе метилметакрилата различных акриловых мономеров, кремнийорганических метакрилатсодержащих соединений, а также метакрилатных производных линейных олигофосфазенов. Установлено, что наиболее эффективным модификатором системы - минеральный наполнитель ММА - является МАК в количестве 20 % от массы смеси мономеров, позволяющая повысить разрушающее напряжение ПКМ на их основе в 1,55 раза (с 81 до 125 МПА). Высокая эффективность добавки МАК определяется повышением полярности образующейся сополимерной матрицы и увеличением плотности ее упаковки.

5. Установлен значительный эффект повышения прочности высоконаполненных ПКМ при совместном введении в ММА метакриловой кислоты и метакрилатсодержащих производных олигофосфазенов или алкоксисиланов. Наилучшим модификатором оказался продукт взаимодействия линейного олигодихлорфосфазена с b-гидроксиэтилметакрилатом (фосфазен-2): введение этого метакрилатсодержащего фосфазена в смесь 80 мас. % ММА и 20 мас. % МАК в количестве 7 % от массы смеси сомономеров позволило повысить разрушающее напряжение при сжатии ПКМ в 1,8 раза (с 81 до 146 МПА). Установлено, что в высоконаполненных системах использование структурирующих добавок полимерной матрицы не является определяющим для прочностных характеристик ПКМ. Модифицирование фосфазеном-2, способным при реакции сополимеризации давать менее жесткие полимерные структуры, вследствие меньшего количества метакрилатных групп на одно структурное звено по сравнению с фосфазеном-1, показывает лучший результат. Аналогичная зависимость прослеживается и при использовании метакрилатсодержащих кремнийорганических модификаторов.

6. На основании результатов проведенных исследований получены составы высоконаполненных ПКМ, быстроотверждаемых при обычной температуре (20°С), с повышенными прочностными характеристиками, которые могут быть рекомендованы для проведения строительных ремонтно-восстановительных работ внутренних несущих конструкций, а также для устройства высокопрочных выравнивающих напольных стяжек и покрытий.

Материалы диссертации опубликованы в следующих работах

1. Холстинин В.В., Мажирин П.Ю., Плеханова Н.С., Киреев В.В., Дьяченко Б.И., Рыбалко В.П. Исследование прочностных характеристик композиционных материалов на основе модифицированного полиметилметакрилата. Тезисы докладов XVI Конференции молодых ученых МКХТ-02. Москва, РХТУ им. Д.И. Менделеева 2002. ч. 2. с. 53.

2. Холстинин В.В., Киреев В.В., Дьяченко Б.И., Рыбалко В.П., Мажирин П.Ю. Регулирование свойств композиционных материалов на основе акрилатных связующих. Пласт. массы. 2003. №1. с. 21-22.

3. Холстинин В.В., Киреев В.В., Дьяченко Б.И., Рыбалко В.П., Прудсков Б.М. Влияние инициирующей системы на прочностные характеристики высоконаполненных композиционных материалов на основе метилметакрилата. Пласт. массы. 2003. №8. с. 14-16.

4. Kholstinin V.V., Kireev V.V., Djachenko B.I., Rybalko V.P. High-strength polymer-concretes on a basis of acrylic binders. Procedings of 11th International Congress on Concrete. Berlin. 2-4 June 2004. p. 255-262.

5. Холстинин В.В., Прудсков Б.М., Киреев В.В. Модифицированные композиты на основе ММА. Пласт. массы. 2006. № 7. с. 7-11.

Размещено на .ru