Андропова Ульяна Сергеевна. Нанокомпозиты на основе термостойких полимеров и металлоалкоксисилоксанов: структура, свойства и перспективы применения

Краткое описание

Андропова Ульяна Сергеевна. Нанокомпозиты на основе термостойких полимеров и металлоалкоксисилоксанов: структура, свойства и перспективы применения;[Место защиты: ФГБУН «Институт синтетических полимерных материалов имени Н.С. Ениколопова Российской академии наук»], 2021

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ИНСТИТУТ
СИНТЕТИЧЕСКИХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ ИМ. Н. С. ЕНИКОЛОПОВА
РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК
На правах рукописи
АНДРОПОВА УЛЬЯНА СЕРГЕЕВНА
НАНОКОМПОЗИТЫ НА ОСНОВЕ ТЕРМОСТОЙКИХ ПОЛИМЕРОВ И
МЕТАЛЛОАЛКОКСИСИЛОКСАНОВ: СТРУКТУРА, СВОЙСТВА И ПЕРСПЕКТИВЫ
ПРИМЕНЕНИЯ
1.4.7 «Высокомолекулярные соединения (химические науки)»
Диссертация на соискание ученой степени
кандидата химических наук
Научный руководитель: д.х.н., проф. Серенко О. А.
Москва
2022 г.

2
ОГЛАВЛЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ 4
ВВЕДЕНИЕ 6
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 12
1.1. Прекурсоры для золь-гель технологии 12
1.2. Структура и свойства in situ наполненных полимеров 19
1.3. Полиимиды - перспективные полимеры для защитных покрытий
космических материалов 26
1.4. Постановка задачи исследования 29
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 32
2.1. Компоненты для получения наполненных in situ полимеров 32
2.1.1. Матричные полимеры 32
2.1.2. Прекурсоры 33
2.2. Методика получения наполненных пленок 40
2.3. Методы исследования нанокомпозитов 42
2.3.1. Элементный анализ 42
2.3.2. Электронная микроскопия 42
2.3.3. Термические методы исследования 43
2.3.4. Динамометрия 43
2.3.5. ИК-, КР-спектроскопия 43
2.3.6. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия 44
2.3.7. Анализ термодинамической совместимости 45
2.4. Методика облучения пленок 46
3. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ 50
3.1. Золь-гель процессы металлоалкоксисилоксанов 50
3.2. Морфология композитов на основе полиариленэфиркетонов и
металлоалкоксисилоксанов 53
3.2.1. Влияния химической структуры полиариленэфиркетона на
морфологию наполнителя 56
3.2.2. Влияние типа заместителя при атоме кремния в
металлоалкосисилоксановом прекурсоре на структуру композитов на основе ПАЭК-1 58

3
3.3. Свойства композитов на основе полиариленэфиркетонов и
металлоалкоксисилоксанов 63
Заключение к разделам 3.2-3.3 72
3.4. Структура и свойства нанокомпозитов на основе полиимида (ПИ-1) и
металлоалкоксисилоксанов 73
3.4.1. Стойкость нанокомпозитов на основе ПИ-1 к воздействию
атомарного кислорода 89
3.4.2. Влияние химической структуры органической составляющей
прекурсоров на стойкость наполненного ПИ-1 100
3.5. Структура и свойства нанокомпозитов на основе ПИ-2 и
металлоалкоксисилоксанов 113
Заключение к разделам 3.4-3.5 118
ВЫВОДЫ 121
БЛАГОДАРНОСТИ 123
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 124

Список литературы

ВЫВОДЫ
1. Впервые для получения полимерных нанокомпозитов на основе термостойких полимеров (органорастворимые полиариленэфиркетоны, полиимиды) золь-гель методом были использованы новые прекурсоры - высоко реакционноспособные металлоалкоксисилоксаны, применение которых позволило исключить введения катализатора и дополнительной влаги в состав реакционной смеси.
2. Впервые показано, что введение металлоалкоксисилоксанов в органорастворимые полиимиды повышает стойкость нанокомпозиционных материалов к воздействию потока кислородной плазмы. Показано, что нанокомпозиты на основе органорастовримых полиимидов перспективны для создания пленочных материалов, покрытий, устойчивых к эрозионному воздействию набегающей потока кислородной плазмы.
3. Установлено, что in situ наполнение органорастворимых
полиариленэфиркетонов, полиимидов частицами на основе металлоалкоксисилоксанов повышает температуру стеклования композитного материала при сохранении высокой стабильности материала к термоокислительной деструкции на уровне матричных полимеров.
4. Методами ИК-, КР-спектроскопии и РФЭС доказано, что наполнители на основе металлоалкоксисилоксанов, образованные в полимерной матрице в ходе гидролитической поликонденсации, имеют гибридную структуру и состоят из ковалентно связанных структурных фрагментов M-O-Si и Si-O-Si.
5. Реакционная активность металлоалкоксисилоксанов в фазообразующих реакциях в полиариленэфиркетонах предопределяет дизайн образующихся частиц дисперсной фазы (сетка, ленточная структура, сферические частицы, агрегаты). При прочих равных условиях к факторам направленного регулирования морфологии нанокомпозитов на основе полиариленэфиркетнов относятся химическая природа заместителя при атоме кремния и тип центрального атома металла металлоалкоксисилоксанового прекурсора.

122
6. Для оценки защитного эффекта наноразмерного наполнителя в составе полимерного покрытия предложена новая характеристика - удельный коэффициент эрозии, определяемый как отношение коэффициента эрозии материала к концентрации наполнителя, выраженной в ммоль на 1 г полимера. Его значение позволяет выявить ключевые факторы направленного повышения эрозионной стойкости защитного полимерного покрытия. В первую очередь к ним относится химическая структура кремний-органического обрамления центрального атома металла прекурсора. Природа центрального атома металла прекурсора относится к второстепенным факторам.