РАЗДЕЛ 2
ВЛИЯНИЕ ДИСПЕРСНЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ НАПОЛНИТЕЛЕЙ НА ПРОЦЕССЫ ГОРЕНИЯ И
ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ЭПОКСИПОЛИМЕРОВ
Эпоксидные полимеры и наполненные материалы на их основе широко используются в
строительстве и других отраслях промышленности благодаря уникальному сочетанию
технологических, адгезионно – прочностных, электроизоляционных и других
свойств. Однако, эпоксиполимеры, как и большинство полимерных материалов
характеризуются недостаточной пожарной безопасностью и термостойкостью. Одним
из путей повышения термостабильности и снижения горючести эпоксиполимеров
является использование различных дисперсных оксидов металлов, силикатов,
алюмосиликатов и других природных материалов [140, 141]. Однако, до настоящего
времени явно недостаточно данных для понимания влияния химико-минералогического
состава наполнителей и их поверхностных активных центров на термостабильность и
горючесть эпоксидных материалов.
В данной работе сделана попытка оценить влияние кислотно-основных поверхностных
центров дисперсных наполнителей различного минералогического состава на
характеристики процесса термо-окислительного разложения, некоторые показатели
горючести, технологические и эксплуатационные свойства эпоксидных композиций.
2.1. Материалы для исследований
В качестве материалов для исследования использовали олигомер-олигомерные
композиции на основе смеси эпоксидианового, эпокситриброманилинового и
олигоэфиртриэпоксидного олигомеров, отверждённых моноцианэтилдиэтилентриамином
при стехиометри-ческом соотношении олигомерных компонентов и отвердителя.
В табл. 2.1 представлены структурные формулы используемых материалов.
Таблица 2.1
Структурные формулы материалов
Материал (марка, ГОСТ, ТУ)
Формула
Эпоксидиановый олигомер марки ЭД-20
(ГОСТ 2093-92)
CH3
СH2 – CH – СH2 – [O – – C – – O – СH2 – CH
O CH3 CH3 OH
– СH2]n – O – – C – – O - СH2 – CH – СH2
CH3 O
Эпокситрибром-анилиновый олигомер марки УП-645 (ТУ 6–05–241–40–82)
СH2 – CH – СH2 – [N – СH2 – CH – СH2] n – N – СH2
О Br Br OH Br Br
– CH – СH2
О Br Br
Олигоэфиртри-эпоксидный олигомер марки Лапроксид – 503 (ГЭПТ – 2, ТУ605 – 221 –
740 – 86)
СH2O – [ СH2 – CHO]n – СH2 – CH – СH2
СH3 O
СHO – [ СH2 – CHO]n – СH2 – CH – СH2
СH3 O
СH2O – [ СH2 – CHO]n – СH2 – CH – СH2
СH3 O
Продолжение табл. 2.1.
Отвердитель – мо-ноцианэтилдиэти-лентриамин марки УП – 0633М (ТУ 6-05-1863-78)
NH2-CH2-CH2-NH-CH2-CH2-NH-CH2-CH2-CN
Учитывая результаты ранее проведённых исследований [124, 125], все дальнейшие
исследования проведены с использованием полимерной композиции следующего
состава, масс. ч.:
ЭД-20 – 65
УП-645 – 35
ГЭПТ-2 – 5
УП-0633М – 20
Основные свойства материалов представлены в табл. 2.2.
Таблица 2.2
Основные свойства материалов
Свойства
Марка материала
ЭД-20
УП-645
ГЭПТ-2
УП-0633М
Внешний вид
Вязкая, про-зрачная светло-жёл-тая жидкость
Прозрачная светло-жёл-тая жид-кость
Вязкая, коричневая жидкость
Прозрачная светло-жёл-тая жид-кость
Содержание эпо-ксидных групп, %
21,8
14,5
13,6
Продолжение табл. 2.2.
Летучих веществ не более, %
Гидроксильных групп не более, %
Иона хлора не более, %
Содержание брома, %
Динамическая вязкость при 298 К, ПаМс
Плотность при 298 К, кг/м3
Массовая доля третируемого азота, %
Стехиометрический коэффициент
0,4
1,7
0,002
22,96
1,2
0.005
50
0,23
0,5
0.05
8,98
0,116
1100
19
0,92
С целью регулирования горючести и эксплуатационных свойств эпоксиполимеров
использовали дисперсные минеральные наполнители, отличающиеся природой оксидов
и их количественным соотношением. Ими являлись воздушно-сухие природные
минералы: кварцит, каолинит, отходы глинозёмного производства –
железоалюминиевые оксиды (ОЖАН) и соответственно близкие по химическому составу
технические продукты их обжига при 1673 К – динас, шамот и железоалюминиевые
оксиды прокаленные при 1173 К, а также кальцит и периклаз. Моноаммонийфосфат
(МАФ) является целевой добавкой для снижения горючести. Размеры частиц для всех
наполнителей не превышали 50 – 60 мкм. Минеральный состав наполнителей приведён
в табл. 2.3.
Таблица 2.3
Минеральный состав наполнителей
Наполнитель
Минеральный состав, % масс
SiO2
Al2O3
MgO
Fe2O3
TiO2
CuO
Na2O
CaCO3
Кварцит
Динас
Каолинит
Шамот
ОЖАН
ОЖАО
Периклаз
Кальцит
98,0
95,0
46,6
50,4
3,2
3,2
1,0
0,8
0,8
40,0
46,0
10,5
10,3
1,0
0,26
0,3
96,0
0,5
0,95
74,0
74,0
1,0
0,4
0,4
1,4
2,18
3,6
3,6
0,3
2,6
2,6
0,03
0,03
–
95,0
Наполненные полимерные материалы являются микрогетерогенными системами с
развитой поверхностью раздела. Поэтому многие свойства таких систем
определяются физико-химическими процессами, происходящими именно на поверхности
раздела фаз полимер – наполнитель. Для теоретически обоснованного выбора
наполнителя, особенно для отверждающихся эпоксидных систем, необходимы
характеристики их поверхностных химических свойств и целенаправленное их
изменение.
2.2. М