Строительство и архитектура / 4.Современные строительные материалы

УДК 691.58

Д.т.н., проф. В. Д. Черкасов; д.т.н., проф. В. И. Бузулуков;

к.т.н., доцент Ю. В. Юркин; аспирант В. В. Авдонин

ФГБОУ ВПО «МГУ им. Н. П. Огарева», г. Саранск, Россия

НАПОЛНИТЕЛИ С ХИМИЧЕСКИ МОДИФИЦИРОВАННОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ ДЛЯ ГЕРМЕТИЗИРУЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ

Реферат. В данной статье представлены результаты исследований влияния химического модифицирования поверхности наполнителя на адгезионные свойства герметизирующих материалов. Установлены оптимальные методы модифицирования наполнителей.

Ключевые слова: наполнитель, модифицированный диатомит, адгезия, композит.

Введение

Функции наполнителя в герметизирующем полимерном композите весьма разнообразны – от формирования комплекса механических свойств до придания материалу разнообразных специфических свойств, т.к. адгезионные, фрикционные, электрические, магнитные и т.п. [1]. Помимо достижения заданных технологических и физико-механических свойств, производители при разработке новых композиций стремятся снизить потребительскую стоимость, которую можно сократить, используя новые наполнители и добавки.

В настоящее время наиболее перспективным видится направление исследований в области модифицирования недорогих широко распространенных материалов для получения наполнителей, положительно влияющих на адгезионные свойства герметика. Наибольшее распространение получила адсорбционно-химическая модификация поверхности наполнителей [2]. Усиление взаимодействия в системе эластомер-наполнитель достигается в результате гидрофобизации поверхности наполнителя. При этом существенно улучшается смачивание эластомером наполнителя и его диспергируемость, а также уменьшается вязкость композиций.

Методы и материалы

В качестве объекта изучения в настоящей работе был выбран диатомит. По нашему мнению, повышение адгезионной активности частиц диатомита возможно за счет увеличения доли свободных силоксановых групп на их поверхности в результате химического модифицирования. Указанное модифицирование осуществлялось кислотной активацией поверхности диатомита, которая будет происходить не только по замещенным силанольным группам (рис. 1), но и по группам Si-O-Si и Si=O. В результате такого химического модифицирования будет происходить локальное изменение природы и структуры поверхности диатомита на наноразмерном уровне. Активация проводилась различными кислотами, всвязи с чем модифицированный диатомит получил маркировку ДМ-1, ДМ-2 и ДМ-3. Немодифицированный диатомит здесь носит маркировку ДН. С целью сравнения результатов с существующими материалами были проведены испытания композиций на основе мела, самого недорогого и популярного минерального наполнителя.

Рисунок 1 – Химическая активация поверхности частиц диатомита.

Механические характеристики композиционных материалов оценивали по численным значениям прочности связи с металлом и бетоном при отрыве, пенетрации, и относительного удлинения при максимальной нагрузке при температуре +20°С±3°.

Результаты и обсуждение результатов

Результаты, полученные в ходе проведения исследования, представлены на рисунке 2.

Активация поверхности диатомита привела к увеличению реакционно-способных групп, способных образовывать адгезионные связи между полимером и наполнителем, что привело к повышению адгезионной прочности герметика при отрыве. При этом произошло существенное увеличение относительной деформации при разрыве. Полученные результаты могут быть следствием того, что вследствие активации поверхности диатомита увеличилось число прочных, но гибких адгезионных связей полимера с силанольными группами диатомита. То есть обработка наполнителя сделала герметик более прочным и одновременно более деформативным. Об этом также косвенно свидетельствует небольшое увеличение пенетрации.

Активация поверхности диатомита кислотами по режимам модификации ДМ-1, ДМ-2 и ДМ-3 дают различную качественную картину изменения основных физико-механических свойств герметика. Композиции на основе модифицированных наполнителей ДМ-1 и ДМ-2 обладают большей адгезией к металлу (+50÷55 %) и бетону (+28÷42 %) относительно композиции на мелу. При этом эффект от ДМ-1 несколько выше, чем от ДМ-2. Это можно объяснить тем, что режим активации ДМ-1 был более длительным, по сравнению с ДМ-2.

Рисунок 2 – Влияние вида наполнителя на физико-механические свойства композита

Композиции на основе наполнителя ДМ-3 менее эффективны, что свидетельствует о необходимости тщательного подбора модификатора поверхности наполнителя.

Выводы

Поведенные исследования обосновали эффективность проведения модификации диатомита для изготовления герметизирующих материалов. Использование диатомитов с наноструктурированной поверхностью позволяет повысить на 25 % адгезионную прочность, увеличить в 1,5 раза его относительную деформацию.

Библиографический список

1. Берлин А. А. Современные полимерные композиционные материалы (ПКМ) [Текст] / А. А. Берлин // Соросовский образовательный журнал. – 1995. – №1. – С. 57–65.

2. Донской А. А. Баритко Н. В. Наполнителя для герметиков пониженной плотности [Текс] / А. А. Донской, Н. В. Баритко // Клеи. Герметики. Технологии. – 2006. – №5. ‑ С. 12–18.

3. Липатов Ю. С. Физическая химия наполненных полимеров [Текст] . – М.: Химия, 1977. – 304 с. – Библиогр.: с. 2.

4. Полимерные композиционные материалы: структура, свойства, технология: учеб. пособие [Текс] : учеб. пособие. / М. Л. Кербер, В. М. Виноградов, Г. С. Головкин и др.; под ред. А. А. Берлина. – СПб.: Профессия. – , 2008. – 560 с. – ISBN 978-5-93913-130-8 (в пер.).