Скворцов, Иван Юрьевич. Исследование влияния золь-гель процесса гидролитической поликонденсации алкоксисиланов на структуру и свойства композитов на основе отверждающихся термореактивных связующих

brief description

Скворцов, Иван Юрьевич. Исследование влияния золь-гель процесса гидролитической поликонденсации алкоксисиланов на структуру и свойства композитов на основе отверждающихся термореактивных связующих : диссертация ... кандидата химических наук : 05.17.06 / Скворцов Иван Юрьевич; [Место защиты: Моск. гос. акад. тонкой хим. технологии им. М.В. Ломоносова].- Москва, 2011.- 122 с.: ил. РГБ ОД, 61 12-2/151

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ТОНКИХ ХИМИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
им. М. В. ЛОМОНОСОВА
Скворцов Иван Юрьевич
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЗОЛЬ-ГЕЛЬ ПРОЦЕССА
ГИДРОЛИТИЧЕСКОЙ ПОЛИКОНДЕНСАЦИИ АЛКОКСИСИЛАНОВ
НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА КОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ
ОТВЕРЖДАЮЩИХСЯ ТЕРМОРЕАКТИВНЫХ СВЯЗУЮЩИХ
05.17.06 - Технология и переработка полимеров и композитов
ДИССЕРТАЦИЯ
на соискание ученой степени кандидата химических наук
Научный руководитель: д.х.н., профессор Л.Б. Кандырин
Москва -2011 
Оглавление
Введение 4
Глава 1. Структура и свойства композитов, полученных по золь-гель технологии (Обзор литературных источников) 6
1.1 Модификация связующих алкоксидами золь-гель методом 7
1.1.1. Синтез наполнителей в полимерной матрице 12
1.1.2 Влияние концентрации алкоксидов на свойства композитов 14
1.2 Модификация связующих наноразмерными частицами 17
1.2.1 Исследование структуры и свойств композитов с малыми концентрациями 18
1.2.2 Исследование влияния межфазного слоя на свойства композитов..20
1.3 Модификация связующих ограниченно растворимыми полимерными
добавками 22
1.4 Математическое моделирование при получении полимерных
композитов 25
1.4.1 Моделирование золь-гель процесса 26
1.4.2 Моделирование фазового распада в полимерных смесях 30
1.5 Цели и задачи исследования 39
1.5.1. Выводы из данных литературного обзора 39
1.5.2. Цели и задачи исследования 40
Глава 2. Объекты и методы исследования 41
2.1 Объекты исследования 41
Эпоксидные связующие: 41
Отвердитель 43
Модификаторы 45
2.2 Методы исследования 47
2.3 Методика введения малых концентраций модификатора наполнителя в
олигомеры 51
2.4 Статистическая обработка экспериментальных данных 52
Глава 3. Моделирование кинетики образования и роста частиц в матрице композита 53
з
3.1 Механизмы протекающих процессов при получении композитов золь-
гель методом 53
3.1.1 Процессы образования и роста частиц при отверждении матрицы .53
3.1.2 Процессы образования и роста частиц при отверждении
модификатора 62
3.2 Оценочная модель и результаты предварительных экспериментов 70
3.3 Математическая модель протекающих процессов при получении
композитов золь-гель методом 71
3.3.1 Моделирование процессов при отверждении матрицы 71
3.3.2 Моделирование процессов при отверждении модификатора 72
3.4 Исследование влияния режимных параметров на спектральный состав
частиц в композите по результатам математического моделирования 74
Глава 4. Экспериментальное исследование физико-механических свойств композитов 85
4.1 Исследование свойств композитов, модифицированных эфирами
ортокремневых кислот в эпоксидных и полиэфирной матрицах 88
4.2 Исследование свойств композитов модифицированных углеродными
нанотрубками 98
4.3 Свойства композитов, полученных на основе смесей полимеров 103
4.4 Сравнение особенностей получения и свойств композитов на основе
алкоксидов, углеродных нанотрубок и смесей полимеров 104
4.5 Сопоставление структурных и физико-механических свойств 106
Выводы 109
Список использованных источников 111

bibliography

Выводы
1. Получены образцы и исследованы физико-механические свойства композиционных материалов на основе эпоксидных и полиэфирных связую-щих. Установлено влияние малых концентраций модификаторов, введенных по золь-гель технологии, и технологических параметров получения образцов, на свойства композитов. Обнаружен максимум прочности, модуля упругости и ударной вязкости при изменении концентрации модификатора в диапазоне от 0,1 до 0,4%. Эффект возрастания физико-механических свойств составляет величину от 20 до 70%.
2. Разработана математическая модель описания кинетики фазового разделения, происходящего в отверждающихся эпоксидной матрице и добав-ленном алкоксиде (золь-гель процесс), которая позволяет целенаправленно определить условия, необходимые для образования устойчивых частиц на-нометровых размеров. Данная модель хорошо подходит и для описания по-ведения, например, полимер-полимерных и полимер-олигомерных смесей, расслаивающихся при изменении внешних условий.
3. Проведено численное моделирование процессов получения ком-позитов золь-гель методом при различных типах модификаторов (ТЭОС, ЭТС-40), их начальной концентрации, скоростях отверждения матриц (ЭД20, ЭД16, DER-330, Synolite 0562-А-1) и температурных режимах (20, 80, 150°С) . Рассчитаны итоговые закономерности распределения частиц в отвержден¬ной матрице. Показано образование частиц нанометрового размера в диапа¬зоне начальных концентраций модификатора от 0,1 до 0,5%.
4. Показано, что для получения нанометровых частиц необходим подбор начального диапазона концентраций модификатора с учетом его рас-творимости, скорости диффузии и временем, необходимым для отверждения олигомера.
5. Сопоставление расчетных данных по итоговым концентрациям частиц в композите и экспериментальных данных по исследованию физико-механических свойств композитов при различных начальных концентрациях модификаторов показало, что существует устойчивая связь между максиму-
по
мами изменения прочностных свойств и максимумами концентраций частиц нанометрового размера.
Проведены эксперименты по получению композитов с известным нанонаполнителем - УНТ. Исследованы их физико-механические свойства. Обнаружено, что прочностные свойства композитов с УНТ растут на 40-60% в узком диапазоне концентраций с максимумом при 0,1%. Таким образом, эти результаты аналогичны данным для композитов, полученных золь-гель методом, что свидетельствует о сходстве механизмов изменения механиче¬ских свойств