WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

 

Учреждение Российской академии наук

Институт химии силикатов имени И. В. Гребенщикова РАН

На правах рукописи

ЧУППИНА СВЕТЛАНА ВИКТОРОВНА

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ

ФОРМИРОВАНИЯ И ДЕГРАДАЦИИ

ОРГАНОСИЛИКАТНЫХ ПОКРЫТИЙ В СИСТЕМАХ

ПОЛИОРГАНОСИЛОКСАН СИЛИКАТ ОКСИД

02.00.04 – физическая химия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора химических наук

Санкт-Петербург

2009

Работа выполнена в учреждении Российской академии наук

Институт химии силикатов имени И. В. Гребенщикова РАН

Официальные оппоненты:

Доктор химических наук

Доктор химических наук, профессор 

Доктор химических наук, профессор

 

  Голубков В. В.

  Чалых А. Е.

  Федоров Н. Н.

Ведущая организация:

учреждение Российской академии наук

Институт физической химии и электрохимии имени А. Н. Фрумкина РАН

Защита состоится “14” октября 2009 года в 11 часов на заседании Диссертационного совета Д 002.107.01

при Институте химии силикатов имени И. В. Гребенщикова РАН по адресу:

199034, г. Санкт-Петербург, наб. Макарова, д. 2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института химии силикатов имени И. В. Гребенщикова РАН

Автореферат разослан “_____” __________2009 г.

Ученый секретарь

к.х.н. Сычева Г. А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Материаловедение органосиликатных композиций (ОСК) возникло в 1950–1960 гг. в Институте химии силикатов АН СССР в ответ на запросы быстро развивающейся отечественной техники и промышленности, в связи с необходимостью создания термовлагоэлектроизоляционных покрытий (Пк), клеев и герметиков.

Термин “органосиликатные” (ОС) впервые использован профессором  Н. П. Харитоновым (1918–1985), заведующим лаборатории ИХС АН СССР, д. т. н., Заслуженным деятелем науки и техники РСФСР, Лауреатом Государственной премии СССР для обозначения нового класса композиционных материалов – органосиликатных – получаемых на основе многокомпонентной органодисперсионной системы кремнийорганический (КО) пленкообразователь – слоистый силикат – оксид. В понятие “органосиликатные” вкладывался особый смысл – отличительное качество ОС материалов (ОСМ) в ряду полимерных, керамических, стеклокерамических, стеклокристаллических композитов, способность ОСМ сочетать ценные функции полимеров с повышенной теплостойкостью и химической устойчивостью силикатов и тугоплавких оксидов.

       К середине 1980-х гг. была разработана промышленная технология отдельных ОСМ, были конкретизированы основные физико-химические принципы их создания, собраны данные по применению ОСК различного назначения, большая часть которых разработана для изделий спецтехники, особых жестких агрессивных условий эксплуатации, для обеспечения надежности и долговечности узлов и конструкций. Применение ОСК позволило поднять отечественные научно-технические разработки и уровень техники на новую качественную ступень. Проволочные резисторы в тропикоустойчивом исполнении; радиационностойкие тензорезисторы и микротермопары с минимальным поперечным сечением; гибкие провода с жаростойкой электроизоляцией; защита от сернокислотной коррозии парогенераторов тепловых станций; электроизоляция индукторов; защита от окалинообразования и обезуглероживания сталей, – вот далеко неполный перечень новых изделий, научно-технических проблем и технических задач, решение которых оказалось возможным благодаря появлению ОСМ.

       Однако постепенно в материаловедении ОСК накапливались нерешенные вопросы. Вследствие служебного характера тематики публикации не содержали прямых сведений о составе и специфических свойствах ОСМ. Появление классификации, отражающей природу пленкообразователя и назначение ОСМ, безусловно, способствовало систематизации накопленного опыта, но не сделало рассматриваемые в опубликованных работах взаимосвязи более очевидными. В общепринятой для материаловедения цепочке «состав ОСК–технология изготовления и применения ОСК–структура ОСМ–свойства ОСМ–долговечность и надежность в выбранных условиях эксплуатации» существенные элементы взаимосвязи отсутствовали или были фрагментарными. Дефицит систематических физико-химических исследований, методологическая ограниченность и отсутствие строгого физико-химического описания закономерностей формирования и деградации ОСМ сдерживали развитие данной области знаний, тормозили разработку новых ОСМ с заданными свойствами.

Последующие годы поставили перед материаловедением ОСК новые практические задачи: повысить теплостойкость, дезактивируемость, противокоррозионные, антиобледенительные и прочностные свойства Пк, вакуумную плотность герметиков; снизить себестоимость; расширить цветовую палитру и сырьевую базу и др. Интерес к ОСМ – температуроустойчивым функциональным Пк, вакуумноплотным герметикам, высокотемпературным клеям – постоянно растет.

Необходимость решения насущных для материаловедения ОСК физико-химических проблем и прикладных задач, дальнейшее развитие, обогащение теории и практики данного научного направления представлялись актуальными и предопределили содержание диссертационной работы.

Цель работы заключалась в исследовании межмолекулярных и межфазных взаимодействий в ОСМ системы полиорганосилоксан (ПОС)– силикат–оксид и изменений адсорбционно-физических свойств их поверхности и функциональных свойств при варьировании состава и внешних факторов.

Задачи работы:

– систематизировать массив эмпирических данных по разработке и практическому применению ОСК и ОСМ;

– предложить новые физико-химичекие подходы и методики исследования ОСК; детализировать известные физико-химические принципы материаловедения ОСК для создания атмосферостойких, противокоррозионных, радиационностойких легкодезактивируемых, антиобледенительных, температуроустойчивых электроизоляционных ОСМ;

– создать физико-химическую концепцию оптимизации состава высокотемпературных ОСК на основе представлений реакционной диффузии в аморфных средах, используя экспериментальные данные по поверхностным свойствам и межфазным взаимодействиям;

– разработать новые виды ОСК, Пк, клеев, герметиков для энергетики, атомной и авиационно-космической промышленности.

Новизна полученных результатов

1. Систематизированы данные в ряду «состав ОСК – технология изготовления и применения ОСК – структура ОСМ – свойства ОСМ – долговечность и эксплуатационная надежность ОСМ» для систем состава ПОС–слоистые гидросиликаты–оксиды.

Оценка вклада адсорбционно-физических свойств поверхности и межфазных взаимодействий проведена с применением данных химического, микрозондового анализа, ИК и ЭПР спектроскопии, РФА, РМУ, атомно-силовой (АСМ), оптической и электронной микроскопии, термического анализа (ТА), реологических исследований, данных по смачиванию поверхности.

2. Разработана методика для предварительной оценки способности ОСПк к дезактивации, антиобледенительному действию, низкому грязеудержанию по энергетическим характеристикам поверхности ОСМ.

3. Детально исследованы реакции хлорирования полидиметилсилоксана (ПДМС) и полидиметилфенилсилоксана (ПДМФС) молекулярным хлором в присутствии сопряженных олигоазинов с концевыми карбонильными группами, синтезированных на основе диацетила и гидразина. Установлена взаимосвязь между составом, строением и функциональными свойствами хлорированного ПДМФС.

4. Используя представления реакционной диффузии в кинетике межфазных взаимодействий, показан вклад параллельных и последовательных реакций и их влияние на термическую устойчивость Пк состава «модифицированный органическим полиэфиром ПДМФС–мусковит –хризотил–алюмоборосиликатное стекло–V2О5–ZrO2–BaO2– толуол».

Установлено, что сеткообразующие оксиды – ангидриды кислот: Р2О5, V2О5, Sb2О3  участвуют в образовании рентгеноаморфной фазы, содержащей совместные кремнийэлементкислородные группировки, что значительно повышает теплостойкость ОСМ.

Практическая ценность работы

1. Разработана и реализована в условиях опытно-промышленного производства технология синтеза новых КО полимеров, хлорированных ПДМФС, – пленкообразователей температуроустойчивых защитных Пк. Разработана и защищена патентами РФ композиция для антикоррозионного теплостойкого негорючего ОСПк с повышенными физико-механическими свойствами.

2. На основе кинетически устойчивой полимерной смеси «ПДМФС–уретановый форполимер» разработана ОСК, при пленкообразовании в которой происходит образование взаимопроникающих полимерных аморфных сеток, Пк из которой по теплостойкости и гидрофобности сравнимо с коммерческим OC-51-03 (ТУ 84-725-78 с изм. 1–10), а по физико-механическим и защитным свойствам превосходит его.

3. Созданы новые градиентные температуроустойчивые ОСПк с регулируемыми значениями свободной поверхностной энергии, в том числе радиационностойкие дезактивируемые светлых тонов, обладающие повышенной теплостойкостью.

Антиобледенительные радиопрозрачные ОСПк на основе кинетически неустойчивой полимерной смеси «ПДМФС–ПДМС-,-диол» широкой цветовой палитры, разработанные на отечественном сырье, защищены патентом РФ, переданы в производство. Пк сочетает в себе продолжительный антиобледенительный эффект и надежную атмосферостойкость в умеренном, холодном и тропическом климате.

4. На основе системы ПДМФС–силикаты–стекловидные добавки– оксиды-сеткообразователи–оксиды-модификаторы–тугоплавкие оксиды созданы новые ОСК для высокотемпературной тензометрии.

Личный вклад автора. Автору принадлежит инициатива в выборе направления работы, постановке конкретных задач и подходов к их решению, а также систематизация литературных данных и результатов исследования. Все приведенные результаты получены лично автором или при ее непосредственном участии и под ее руководством.

Апробация работы. Основные результаты исследований представлялись автором на Всесоюзных, Всероссийских и Международных конференциях, совещаниях, симпозиумах, семинарах: VII, VIII Совещаниях по химии и практическому применению кремнийорганических соединений (Ленинград, 1989, СПб., 1992); 1995 MRS Spring Meeting «Polymer/Inorganic Interfaces II» (San-Francisco, 1995); 1995 MRS Fall Meeting (Boston, 1995); XVI, XVII, XVIII, XIX, XX Совещаниях по температуроустойчивым функциональным покрытиям (СПб., 1995, 1997, 2003, 2007, Тула, 2001); Международной конференции по термодинамике и химическому строению расплавов и стекол (СПб., 1999); Всероссийской научно-технической конференции «Создание и использование новых перспективных материалов для радиоэлектронной аппаратуры и приборов» (Москва, 2000); 4-ом Международном симпозиуме по химии и применению фосфор, сера- и кремнийорганических соединений (СПб., 2002); Всероссийской конференции ВАКОР «Новые материалы и технологии противокоррозионной защиты в промышленности» (Москва, 2005, 2006, 2009); Topical Meeting of the European Ceramic Society «Structural Chemistry of Partially Ordered Systems, Nanoparticles and Nanocomposites» (СПб., 2006); Международном форуме по нанотехнологиям (Москва, 2008); Шестой и Седьмой Российско-Израильской конференции «Оптимизация состава, структуры и свойств металлических, оксидных, композиционных, нано- и аморфных материалов» (Иерусалим, 2007, Пермь, 2008); Втором Всероссийском совещании ученых, инженеров и производителей в области нанотехнологий (Москва, 2008); Всероссийской конференции «Научные основы химии и технологии переработки комплексного сырья и синтеза на его основе функциональных материалов» (Апатиты, 2008); the 2nd International Congress on Ceramics (Verona, 2008).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 63 печатные работы.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы (366 наименований); изложена на  390 страницах, содержит 103 рисунка и 69 таблиц.

Работа выполнена в Институте химии силикатов им. И.В. Гребенщикова РАН в соответствии с планами НИР:

«Исследование взаимодействия компонентов в системах, содержащих неорганические, органические и (или) элементоорганические соединения, и его влияния на свойства получаемых материалов и органосиликатных покрытий» (20002004). «Исследование кинетики межфазных взаимодействий тугоплавких оксидов и боридов с оксидными силикатными расплавами с целью синтеза новых материалов и композиций». Этап: «Изучение фазовых преобразований и изменений эксплуатационных свойств при термообработке ОСМ, содержащих оксиды ванадия» (20042006). «Разработка кинетических основ реакционной диффузии межфазных взаимодействий при высоких температурах с целью синтеза новых материалов» (20072009) № гос. рег. 0120.0 712513.

В рамках проектов:

       ФЦНТП России «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники гражданского назначения». Государственный контракт № 41.002.1.1.2410 от 31.01.2002 «Разработка нового поколения стеклообразных, стеклокристаллических и стеклокерамических материалов и покрытий для приборостроения, захоронения радиоактивных отходов и создания биофункциональных стекол и ситаллов» (20022004); по доп. согл. № 1 от 31.01.2002, № 2 от 12.11.2002 и № 3 от 31.01.2003 этап «Разработка опытной технологии нанесения легкодезактивируемых органосиликатных покрытий» (20022003); по доп. согл. № 4 от 18.03.2004 и № 5 от 17.08.2004 этап «Разработка нового поколения легкодезактивируемых и радиационностойких органосиликатных композиций» (2004). Программа фундаментальных исследований Президиума РАН “Направленный синтез тонкослойных покрытий, герметиков и нанокомпозитов посредством химических взаимодействий в оксидных расплавах и твердофазового синтеза”. Проект «Синтез органосиликатных композиций, покрытий, клеев и герметиков» (20032005). Программа фундаментальных исследований ОХНМ «Новые подходы к повышению коррозионной и радиационной стойкости материалов, радиоэкологической безопасности». Раздел 2 «Физико-химические основы получения защитных металлических, металлополимерных и конверсионных покрытий нового поколения: нанокластерные, моно- и полислойные покрытия, формирование тонких защитных самоорганизующихся пленок на поверхности металла». Проект: “Межфазные взаимодействия как основа синтеза антикоррозионных и радиационностойких реакционно связанных интерметаллидных и органосиликатных покрытий” (20062008).

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность проблемы диссертации, показано научное и практическое значение проводимых исследований.

Глава 1. «Современное состояние материаловедения органосиликатных композиций» (обзор литературы).

Раздел «Становление и развитие материаловедения органосиликатных композиций» посвящен анализу основных этапов становления и развития физикохимии ОС композиционных материалов, рассматривает вопросы терминологии, классификации и обозначения ОСК, нормативные документы, регламентирующие применение ОСМ.

В разделе «Физико-химические основы органосиликатного материаловедения» раскрыты основные элементы взаимосвязи «состав ОСК–технология изготовления и применения – структура ОСМ – свойства ОСМ», определяющие область применения, эксплуатационную надежность и долговечность ОСМ.

Рассмотрены основные приемы, применяемые при разработке и использовании ОСМ: наполнение и армирование полимерных пленок; совмещение ПОС с органическими смолами; использование различных отверждающих агентов и функциональных добавок.

Выделена отличительная черта ОСМ – возможность 2-х режимов работы: 1) до температуры деструкции КО пленкообразователя Пк работает как лакокрасочное, клей, герметик – как полимерные композиционные материалы с достаточно широким интервалом рабочих температур; 2) выше температуры начала деструкции – как высокотемпературные неорганические материалы, образование которых происходит в результате реакций взаимодействия продуктов термоокислительной деструкции ПОС с минеральными компонентами, а также твердофазных реакций и структурных изменений, происходящих в ОСК.

Возможность перехода ОСМ в неорганический материал с сохранением эксплуатационных свойств связана с наличием силоксановых связей в КО пленкообразователях (имеющих достаточно сложную структуру со случайным распределением фрагментов линейного, циклического, разветвленного, циклолинейного, лестничного строения) и особенностями кристаллической решетки слоистых гидросиликатов (хризотилового асбеста, талька, слюды мусковит и др.).

Особое внимание уделено роли поверхностных явлений и межфазных взаимодействий в технологии синтеза ОСК. При совместной механохимической обработке компонентов при тонком диспергировании в системе ПОС–силикат–неорганический пигмент–растворитель в результате их механической активации и механохимических реакций (в том числе механически стимулированной прививки ПОС на поверхность твердых частиц), сложной совокупности поверхностных явлений и межфазных взаимодействий, происходит образование ОСК. Межфазные взаимодействия в высокотемпературных ОСК значительно более выражены, чем в органоразбавляемых суспензиях, (и в этом случае можно говорить об образовании гибридного органо-неорганического композита), что особенно важно для высокотемпературных твердофазных реакций, протекающих на поверхности тонкодисперсных твердых силикатных и оксидных частиц.

Подраздел «Процессы формирования ОС Пк, клеевых соединений, герметизирующих слоев» посвящен вопросам подготовки поверхности и нанесения ОСК, особенностям отверждения ОСМ – материалов с химическим типом пленкообразования – при введении отвердителей и термообработке.

В подразделе «Процессы деградации ОСМ» отмечено, что в интервале температур до 300–400 С, большинство ОСПк по механизму защитного действия относится к смешанному барьерно-адгезионному типу. В интервале 300–1000 °С происходит сложная совокупность физико-химических процессов: деструкция и «силоксановое» структурирование ПОС, дегидроксилизация и другие структурные превращения слоистых гидросиликатов, взаимодействие продуктов термоокислительной деструкции и структурирования ПОС – реакционноспособных аморфных кремнеземов, обогащенных OH-группами, – с наполнителями и продуктами их высокотемпературных превращений, образование поверхностно-модифицированных слоев и новых кристаллических фаз.

Поскольку термоокислительная деструкция КО пленкообразователя приводит к снижению гидрофобности, нарастанию пористости, то при разработке высокотемпературных ОСМ 1) используют ПОС и режимы отверждения, обеспечивающие наиболее высокие температуры стеклования связующего (Тс); 2) добиваются высокой степени наполнения пленкообразователей; 3) в состав ОСК вводят легкоплавкие мелкодисперсные добавки металлов или стекол, что позволяет повысить сплошность ОСМ; 4) используют оксиды Cr, Fe, Zr, Co, Ni, W, V и др., которые наряду с силикатами при повышенных температурах реагируют с кремнекислородным каркасом ПОС, образуя пространственно-сшитые, устойчивые к действию высоких температур структуры; 5) обеспечивают высокую степень дисперсности твердых компонентов ОСК (10–25 мкм).

В подразделе «О долговечности ОСМ» подчеркнуто, что долговечность ОС Пк, клеев и герметиков зависит от условий эксплуатации, природы защищаемой поверхности, вида используемой ОСК, способа формирования и может изменяться в достаточно широком интервале: от долей секунд для высокотемпературных клеев до 20 и более лет для атмосферостойких ОСМ.

В заключении к главе 1 подчеркнуто, что для процессов формирования и деградации ОСМ можно выделить две большие группы общих закономерностей: закономерности полимерного композиционного материаловедения и высокотемпературных взаимодействий ПОС и гидросиликатов, а также и специфические закономерности, связанные с низкоэнергетическим характером поверхности ОСПк, заданным наличием ПОС, – что и явилось главным направлением исследований в работе.

В главе 2 «Формирование органосиликатных покрытий с заданными энергетическими характеристиками поверхности» представлены результаты исследований влияния химической природы отвердителей и температурно-временных параметров отверждения, структурно-механических свойств ОС суспензий с введенным отвердителем, совмещения пленкообразователя с уретановым форполимером, некоторых функциональных добавок на свойства ОСПк и энергетические характеристики их поверхности. Определение поверхностной энергии Пк и ее составляющих по краевому углу смачивания рассматривается как один из надежных широко применяемых методов оценки.

Исследование влияния химической природы отвердителей и  температурно-временных параметров отверждения. Объектами исследования служили ОСПк, сформированные из модельных композиций МК 2.1-МК 2.4 – суспензий наполнителей (хризотил-асбеста, талька, ZrO2 и алюмоборосиликатного стекла) в растворе модифицированного полиэфиром ПДМФС. Рассмотрено действие смеси тетраэтоксисилана (ТЭС) и диэтиламина (ДЭА); тетрабутоксититана (ТБТ); аминопропил-триэтоксисилана (АГМ-9) и отверждение ОСПк при термообработке; при действии отвердителей и дополнительном нагревании в интервале 20–300 С.

Расчет энергетических характеристик Пк проводили по уравнению Оуэнса – Вендта по функциональной зависимости , где – угол смачивания, ld и lp – дисперсионная и полярная составляющие, lv – полная поверхностная энергия для тестовой жидкости.

Для измерения углов смачивания поверхности ОСПк использовали тестовые жидкости – воду, глицерин, диметилсульфоксид, этиленгликоль.

При повышении температуры обработки в Пк происходят следующие процессы: 1) до 120 С – удаление остатков растворителя и влаги из системы; 2) выше 120 С начинаются процессы сшивания, за счет которых происходит отверждение Пк, и образуется более структурно-однородная система; 3) при 200–400 С выгорает органический полиэфир – пластификатор пленкообразователя Пк.

Для всех вариантов Пк при повышении температуры отверждения увеличиваются твердость, содержание гель-фракции (G, %), что свидетельствует о возрастании степени завершения процессов отверждения Пк.

Изменение состава и структуры Пк при формировании, дальнейшей термообработке отражается на значениях полной поверхностной энергии Пк s, ее дисперсионной sd и полярной sp составляющих.

Значения s исследованных 24 вариантов ОСПк лежат в интервале 17.70–40.56 мДж/м2, т. е. исследованные поверхности – низкоэнергетические.

Для Пк «ОСК без отвердителя», «ОСК+ТБТ» при повышении температуры значения sd изменяются немонотонно: при 20–120 С sd возрастают, затем – уменьшаются, при 250–300 С образуются Пк с G 97; 90 мас. % соответственно, с меньшими значениями sd, чем при 20 С, что свидетельствует о стабилизации структуры поверхностного слоя Пк.

При отверждении при 20 С в системах «ОСК+АГМ-9» и «ОСК+ТЭС +

+ДЭА» формируются Пк с G 88 и 69 мас. % и sd 26.50 и 25.40 мДж/м2, соответственно; в системе «ОСК+ТБТ» процессы идут медленно, чтобы повысить эффективность отверждения необходимо нагревание.

Для покрытий с «сильными» отвердителями значения s выше, чем при отверждении термообработкой, что обусловлено ростом sd, более неоднородной поверхностью, формирующейся в условиях параллельных процессов взаимодействия ПОС с отвердителем и удаления растворителя и воды из слоя Пк, что согласуется с данными по топологии поверхности Пк.

Из зависимостей sd=f(Т, С) и G=f(Т, С) следует, что при использовании отвердителей оптимальным является нагревание при 60–80 С.

       Таким образом, направленное варьирование природы отвердителя и температурно-временных параметров формирования ОСПк позволяет обеспечить эффективное отверждение и сохранить низкие значения s Пк.

       Исследование влияния структурно-механических свойств ОС суспензий с введенным отвердителем на энергетические характеристики покрытия. Исходная композиция – суспензия тонкодисперсных мусковита, талька, рутила в растворе модифицированных органическими смолами ПОС. В качестве пленкообразователей использована смесь модифицированного органическим полиэфиром №315 ПДМФС брутто-состава {[C6H5SiO1.5][CH3SiO1.5]0.42[(CH3)SiO]1.33}n и модифицированного глифталевой смолой ПДМФС брутто-состава {(C6H5SiO1.5)1.0[(CH3)2SiO]0.04}n. В табл. 2.1 представлены состав и технологические свойства исходной и модельных композиций МК 2.5 – МК 2.9.

Для модельных композиций с высоким содержанием нелетучих веществ (МК 2.5 и МК 2.6) наблюдается петля гистерезиса на реологических кривых Dr=f(r), т. е. для них должны быть характерны тиксотропные свойства.

Разбавление ОСК до рабочей вязкости приводит к исчезновению данного эффекта у МК 2.7, ухудшению седиментационной устойчивости МК 2.6 и МК 2.7 (рис. 2.1). При введении в МК 2.7 отвердителя АГМ-9 в разбавленной ОСК начинает проявляться тиксотропия сразу же после добавления раствора отвердителя. Отмечено и возрастание времени истечения МК 2.8 (табл. 2.1).

       Прослежено влияние продолжительности хранения (st) МК 2.8 и МК 2.9 с введенным отвердителем на их реологические свойства. В интервале напряжений сдвига r до 25 Па для образцов МК 2.9-30 (дополнительно указано время в мин), МК 2.9-240, МК 2.9-1320, МК 2.9-1680 и приблизительно до 15 Па для МК 2.9-2760, МК 2.9-3120, МК 2.9-4380 вязкость () системы возрастает, затем сначала в меньшей, а затем в большей степени уменьшается. Анализируя данные для этих 2-х групп образцов, по-видимому, можно говорить об образовании в МК 2.9 ассоциатов с прочностью не более 25 Па при st 1680 мин, (т. е. в этом интервале st образуются ассоциаты, более прочные, чем в МК 2.6) и 15 Па при 1680< st 4380 мин. При этом при st 16802760 мин происходит инверсия кривых прямого и обратного хода: при st 1680 мин прям < обратн, при st 1680 мин обратн<прям, что, по-видимому, также можно рассматривать как доказательство того, что в системе ОСК+отвердитель+растворитель при хранении образуются ассоциаты, отличающиеся по прочности.

Таблица 2.1 – Состав и свойства модельных композиций МК 2.5–2.9

Обозначение

МК 2.5

МК 2.6

МК 2.7

МК 2.8

МК 2.9

Состав

ОСК

ОСК+

толуол

ОСК+

толуол

МК 2.2+

АГМ-9

МК 2.1+

АГМ-9

Дисперсность твердых частиц,

не более мкм

30

30

30

Не определяли

Содержание нелетучих веществ, мас. %

63.4

56.4

50.4

Вязкость по ВЗ-246 (4), с

67

31

21

25

35

       Седиментационная устойчивость МК (рис. 2.1) снижается с уменьшением их вязкости, для МК с различной вязкостью можно написать ряд возрастания скорости седиментации: МК 2.9<МК 2.5<МК 2.6<МК 2.8<МК 2.7.

С увеличением st МК 2.9 состояние поверхности отвержденного Пк изменяется, наблюдается и монотонное нарастание твердости Пк. Значения полярной составляющей поверхностной энергии sp при увеличении st суспензии с отвердителем АГМ-9 падает (рис. 2.2), что согласуется с результатами определения гидрофобности Пк и данными реологических исследований МК. Очевидно, наблюдаемое связано со структурными особенностями ассоциатов и агрегатов, которые возникают в ОСК и укрупняются, усложняются с увеличением st, и, как следствие, с изменением концентрации активных функциональных групп, которые могут выступать в роли кислотно-оснвных центров на поверхности Пк. Для дисперсионной составляющей sd наблюдается обратная зависимость, что косвенно может свидетельствовать о возрастании различного рода неоднородностей в Пк.

Таким образом, на формирование ОСПк с низкой поверхностной энергией оказывает влияние предыстория ОСК с введенным отвердителем. 

V1/V2

, сутки

s, мДж/м2

st , мин


Рис. 2.1 Седиментационная

устойчивость композиций: 1 – МК 2.5;

2 – МК 2.6; 3 – МК 2.7; 4 – МК 2.8; 5 – МК 2.9

Рис. 2.2 Влияние продолжительности хранения композиции с введенным отвердителем на энергетические характеристики поверхности Пк из МК 2.9:  1 – s ; 2 – sd, 3 –sp

       

Исследование влияния олигоуретанового форполимера посвящено разработке ОСК на основе физической смеси полимеров «ПДМФС – олигоуретановый форполимер (ОУ)». Использованы ОУ – олигоуретановые линейные форполимеры на основе простого полиэфира политетрагидрофурана и 2,4–толуилендиизоцианата с [NCO]=5.2–6.3 мас. % и ПДМФС брутто-состава {[C6H5SiO1.5]1.37[(CH3)2SiО]}n, с [SiOH]= 1.0 мас. %.

Фазовому макрорасслаиванию в начальный период времени препятствует достаточно высокая вязкость раствора полимерной смеси (ПС) и взаимопроникновение молекул ПДМФС и уретанового форполимера, цепь которого первоначально короткая линейного строения быстро растет, усложняется. Постепенно образуется сетка зацеплений, которая фиксируется в результате параллельных процессов структурирования ПДМФС и ОУ.

       Реологические свойства индивидуальных полимеров во многом сходны. Интервал концентраций ОУ, при которых образуются более прочные, чем в случае индивидуальных полимеров, ассоциаты составляет 20–40 мас. %.

       С увеличением содержания ОУ ПС при 20 С возрастает уровень структурированности и снижается растворимость пленок. В ИК спектрах изучаемых ПС происходит уменьшение интенсивности полосы поглощения колебания изоцианатной группы ОУ при частоте 2300 см-1 и одной из полос поглощения SiOH связей в ПДМФС при частоте 3450 см-1, при этом интенсивность полос при 3690 см-1, соответствующих валентным колебаниям «свободной» SiOH группы сохраняется, что согласуется с малой вероятностью непосредственного химического взаимодействия ОУ с ПОС, содержащими менее 12–15 мас. % SiOH-групп. С течением времени эти процессы становятся более выраженными. Нагревание до 120 С приводит к повышению скорости и уровня структурированности, но для образования регулярной трехмерной сетки обработка при 120 С недостаточна, – бензостойкость полученных пленок низкая.

       Рассматривая эффективность отвердителей ТБТ и полиметилсилазана МСН-7, всесторонне оценивали их собственное действие, влияние вторичных продуктов, условий окружающей среды на процесс формирования пленок. Оптимальным режимом отверждения пленок из смесевого пленкообразователя является введение 1 мас. % ТБТ с последующей выдержкой при 120 С в течение 3 ч.

По данным микрозондового анализа, в пленках с концентрацией ОУ 20 мас. % содержание Si по толщине пленки неодинаково: на поверхности – 12.7, на обратной стороне – 9.0 мас. %. Обнаружено предпочтительное размещение ОУ на границе с подложкой и, наоборот, насыщение поверхностного слоя пленки КО полимером. Такая структура пленки хорошо объясняет наблюдаемые возросшую адгезию и высокую гидрофобность смесевых пленок.

По данным ТА, теплостойкость смесевого пленкообразователя ниже, чем у ПОС, но выше, чем в случае индивидуального ОУ: при содержании ОУ 20 мас. % Т10% составляет 390, для ПДМФС – 430, для ОУ – 290 С.

По данным РМУ образца с 20%-м содержанием ОУ, полученным при длительной выдержке на воздухе при 20 С, угловая зависимость интенсивности РМУ до 100–150’ типична для ОУ, при увеличении угла рассеяния интенсивность РМУ растет, что характерно для ПДМФС.

На основе ПС с 20%-ным содержанием ОУ была разработана новая ОСК (МК 2.11). В табл. 2.2 представлены физико-механические свойства и

Таблица 2.2 – Свойства ОС покрытий, модифицированных олигоуретаном

ОСК

Режим отверждения

Адгезия, баллы,

не более

Прочность при изгибе, мм

Твердость,

усл. ед.,

Тепло-стойкость, С

50 мкм

200 мкм

ОС-51-03

ТБТ,

120 С,

3 ч

2

3

20

0.5

400

МК 2.10

2

1

20

0.6

350

МК 2.11

1

1

3

0.4

300

МК 2.12

1 – 2 

Не опр.

20

0.4

300

МК 2.11

ТБТ,

Диамет Х

1

Не опр

3

0.4

300

МК 2.11

ТБТ,

Диамет Х,

120 С, 3 ч

1

Не опр.

3

0.4

300

ОС-12-03

ТБТ,

120 С, 3 ч

2

5 – 20

Не опр

0.4

300

теплостойкость нового Пк в сравнении с ОС-51-03 и МК 2.10, (отличающегося от покрытия ОС-51-03 своей силикатной частью), покрытия из МК 2.12 (на основе ПС с 5%-ным содержанием ОУ) и ОС-12-03. С целью исключения из состава ОСК, содержащей макродиизоцианаты, наполнителей, способных удерживать воду, в МК 2.10 – МК 2.12 была использована смесь мусковит / тальк.

       Для Пк из МК 2.10 (с ТБТ), МК 2.11 (с ТБТ, без Диамет Х) и МК 2.11 (с отвердителями ТБТ и Диамет Х) значения критического поверхностного натяжения по Зисману (кр) составили 37.0, 37.1 и 45.6 дин/см, соответственно. Одинаковые значения кр для Пк из МК 2.10 и МК 2.11 (без Диамет Х) подтверждают полученные ранее данные по распределению полимеров в пленке. Введение полярного вещества Диамет Х вызывает быстрое отверждение ОУ в Пк, но может заметно повышать значение кр Пк, изменять фазовое равновесие в ПС.

       Таким образом, в ПС «ПДМФС–ОУ» и Пк на ее основе могут быть синтезированы методом одновременного отверждения взаимопроникающие полимерные аморфные сетки, придающие ОСПк новый комплекс свойств.

       Исследование влияния наноразмерных углеродных модификаторов. Объекты исследования: ОСК, модифицированные углеродными фуллеренами С60+С70 и полиэдральными многослойными наночастицами – астраленами.

Для исследованных вариантов Пк (МК 2.13 – 2.18) s лежит в интервале 16.81–27.04 мДж/м2. На примере ОСК с С60+С70 (1.6–6.4 мас. %) выявлено влияние концентрации наномодификатора на значение s: с увеличением содержания фуллеренов s возрастает, рост s происходит с некоторого концентрационного порога и обусловлен возрастанием sd, при этом sp уменьшается в 3–4 раза. Влияние астраленов на значения s оказалось более выраженным. Введение фуллеренов С60+С70 и астраленов отражается на тех свойствах ОСПк, которые особенно заметно проявляются на границе раздела фаз (адгезия, твердость, гидрофобность, s). Модифицированные ими Пк обладают высокой тепло- и  влагостойкостью.

Исследование влияния реологической добавки органомодифицированного сепиолита. Использовали модифицированный сепиолит марки Pangel B 20, получаемый из сепиолита дезагломерацией

Рис. 2.3 Данные ТА для Pangel B 20

волокон с последующим разделением частиц без нарушения их удлиненной формы. По данным ИКС, органоминеральный продукт получен обработкой алкилхлорсиланами или алкилалкоксисиланами, содержащими СН3-группы и радикалы с NH2-группами на конце углеводородной цепи. Для органоминерального продукта ход кривой ДТА, по сравнению с сепиолитом усложняется, появляются дополнительные эффекты (рис. 2.3).

  В интервале 20–900 С потери массы модифицированного сепиолита

составили 27 мас. %, наблюдались равномерные потери массы, сопровождающиеся заметными тепловыми эффектами, связанными с термоокислительной деструкцией поверхностных химических соединений, образовавшихся при обработке сепиолита органическим модификатором, и потерей воды различного рода, разрушением кристаллической решетки сепиолита и появлением новых фаз.

Исследовано влияние добавок 0.5–2.0 мас. % модифицированного сепиолита на реологические свойства атмосферостойкой ОСК (МК 2.19–2.21). Для ОСК с сепиолитом тиксотропный эффект и псевдопластичность более выражены, стабильность при хранении выше. Оптимальным является введение 0.5–1.0 мас. % сепиолита в процессе изготовления ОСК, при более высоком содержании уменьшаются теплостойкость и гидрофобность Пк, поверхность становится шероховатой.

Исследование влияния наноразмерных SiO2 и Sb2O3 на свойства атмосферостойкой ОСК. Введение SiO2 (марки Таркосил Т-15) в ОСК

Рис. 2.4 Данные ТА для  МК 2.22.

Рис. 2.5 Данные ТА для МК 2.23 с Sb2O3.

Рис. 2.6 Данные ТА для МК 2.26 с SiO2

состава ПОС–мусковит–тальк–TiO2 приводит к проявлению заметной тиксотропии, увеличению твердости Пк.

При добавлении Sb2O3 в данную ОСК изменяется и кинетика межфазных взаимодействий в ОСПк при нагревании, теплостойкость Пк повышается до 400 °С.

При использовании этих добавок сохраняется низкоэнергетический характер поверхности ОСПк.

Глава 3 «Градиентные поверхностно-функциональные органосиликатные покрытия». Большинство атмосферостойких и специальных ОСПк могут быть отнесены к градиентным поверхностно-функциональным материалам. В основе их послойной неоднородности лежит способность КО макроцепей к такой ориентации на подложке, что Si–O–Si мостики ПОС взаимодействуют с поверхностью подложки, а органические группы располагаются на поверхности Пк как маленькие зонтики и придают ему низкие адсорбционные свойства. 

В разделе «Органосиликатные антиобледенительные градиентные покрытия» рассмотрены теоретические аспекты разработки антиобледенительных атмосферостойких Пк.

О полимерной матрице. Полимерная основа Пк – физическая смесь из ПОС разного строения: полидиметилсилоксан-,-диола (СКТН) и ПДМФС с брутто-формулой [(CH3)2SiO(C6H5SiO1.5)1.25]n. Из фазовой диаграммы ПС «ПДМФС–СКТН–толуол» следует, что при содержании растворителя 50 мас. %, СКТН 8 мас. % система представляет собой однородную жидкость (количество фаз N=1), при других концентрациях N=2, система гетерофазна.

В результате самопроизвольного расслаивания связующего в Пк образуются различающиеся по функциональному назначению слои. Верхний слой, состоящий (по данным ИК спектроскопии) преимущественно из СКТН, обладает низкой поверхностной энергией и микротвердостью, повышенной гидрофобностью, обусловливает антиобледенительный эффект. Нижний слой состоит из ПДМФС, отвечает за сцепление Пк с подложкой.

В основу создания градиентного антиобледенительного ОСПк положены известные термодинамические принципы, согласно которым любая система стремится к образованию поверхности с минимальной поверхностной энергией, вследствие чего на границе «покрытие–воздух» концентрируются молекулы с минимальной для рассматриваемой системы поверхностной энергией – макромолекулы СКТН. На формирование свойств поверхностных и граничных слоев в антиобледенительном Пк наряду с энергетикой поверхности, видимо, влияет и высокая подвижность макроцепей СКТН.

Исследование совместимости растворов ПДМФС и СКТН реологическим методом. К настоящему времени число установленных общих закономерностей изменения свойств ПС невелико, поэтому исследование зависимости реологических характеристик от состава системы представляло методический интерес для изучения совместимости в ПС.

На рис. 3.1 приведены кривые течения полимеров. Видно, что в СКТН и ПДМФС при напряжениях сдвига 0, бльших предела текучести, могут развиваться большие скорости деформации D при постоянном значении , что межмолекулярные взаимодействия в растворе ПДМФС более выражены, чем в растворе СКТН. При дальнейшем увеличении у раствора ПДМФС наблюдается обусловленный дилатансией эффект «загущения». Наоборот, у раствора СКТН D растет быстрее, чем , и уменьшается.

В результате принцип аддитивности логарифма эффективной вязкости в зависимости от состава ПС не соблюдается. Из вида зависимостей 1 и 2 от состава смеси ПДМФС–СКТН следует, что в системе «ПДМФС–СКТН–толуол» не образуются ассоциаты, более прочные, чем в случае индивидуальных полимеров, и возрастание значений при введении СКТН в ПДМФС связано с возрастанием количества ассоциатов в ПС.

Таким образом, для определения совместимости 2-х полимеров в общем растворителе может быть использована зависимость от состава ПС. Для оценки прочности ассоциатов, образующихся в ПС, необходимо сравнить на участках кривых течения, соответствующих аномальному течению (1), или, характеризующие прочность полностью разрушенных структур (2).

Полученные результаты по исследованию физико-механических свойств растворов ПДМФС, СКТН и их ПС согласуются с результатами, полученными для полимерных пленок и Пк на их основе.

Совместимость полимеров оценивали по параметру совместимости Шварца . Определив величину σкр полимеров и используя известную для большинства полимеров корреляцию σкр с плотностью энергии когезии полимеров (С), по зависимости С=f(σкр) находили С, рассчитывали параметры растворимости и , используя соотношения: С=2, =(12)2.

Скорость сдвига, D, с-1

  0 1  2

  Напряжение сдвига r10-1, Па

Параметр для системы ПДМФС/СКТН составил 3.8 кал/см3; для сравнения: у кинетически устойчивых эксплуатационно-совместимых смесей ПДМФС с форполимером СКУ-ПФЛ, алкидным лаком ПФ-55-59-89, эпоксиэфирным лаком ЭФ-0188 – 0.2, 5.5 и 15.7 кал/см3, соответственно, а для кинетически неустойчивой системы ПДМФС/фенолформальдегидный лак ФЛ-0185 – 35.2 кал/см3. Высокое значение (>>0.017 кал/см3) для ПС ПДМФС/СКТН подтверждает термо-динамическую несовместимость исходных компонентов и гетеро-фазный характер исследуемой ПС.

Рис. 3.1 Кривые течения 50%-ных растворов полимеров:

1 – СКТН; 2 – ПДМФС.

На стадии выбора полимерных компонентов для антиобледенительных Пк важны следующие характеристики: σкр и краевые углы смачивания полимерных поверхностей водой, параметр , позволяющий судить о взаимной растворимости полимеров в ПС, прогнозировать эксплуатационную совместимость в ПС, реологические кривые растворов полимеров и их ПС.

Об особенностях наполнения расслаивающейся ПС. В последние десятилетия существовала проблема создания ОСПк светлых оттенков. Цвет белых наполнителей задается высоким коэффициентом отражения света, а белый цвет Пк – значительной разностью показателей преломления наполнителя и пленкообразователя, в котором он диспергирован. Силикаты имеют показатели преломления, почти такие же, как и ПОС: 1.53–1.59, поэтому для создания ОСК светлых оттенков необходимо дополнительное введение кроющих белых пигментов. Увеличение в рецептуре содержания рутила, нежелательно, из-за возможного повышения поверхностной энергии Пк и ухудшения его способности снижать адгезию льда.

При выборе наполнителей и пигментов учитывались результаты их влияния на кинетику расслаивания ПС. Феноменологическое исследование кинетики расслаивания ПС проведено по зависимости (V1/V)=f(t), где t –время расслаивания ПС; V – общий объем ПС; V1 – объем фазы СКТН, выделившейся в верхний слой за время t. Сравнением полученного значения V1 с теоретическим определяли время полного расслаивания. Важно, чтобы t было соизмеримо (или меньше) времени формирования Пк, иначе Пк потеряет основную часть растворителя задолго до полного расслаивания, скорость которого станет низкой, поверхность Пк будет неоднородной, его граничные и глубинные слои будут содержать несовместимые компоненты, прочностные и защитные свойства Пк будут неудовлетворительными.

Выбранный метод оценки кинетики самопроизвольного расслаивания ПС чрезвычайно чувствителен к характеристикам смешиваемых компонентов: позволяет увидеть различия ПОС, выпускаемых разными производителями, выявить влияние природы, дисперсности, содержания наполнителей.

Следовало найти пигменты и наполнители, не замедляющие процесс расслаивания полимеров, не ухудшающие антиобледенительные свойства Пк в исходном состоянии, обеспечивающие эффективный барьерный слой Пк и отражающий экран для УФ лучей. С этой целью был рассмотрен ряд оксидов металлов и наполнителей, критериями при этом был цвет, стойкость к действию УФ лучей, плотность, маслоемкость.

По уменьшению скорости расслаивания ПС с наполнителями можно расположить в следующий ряд: ПС+барит>ПС+(барит+белит)ПС+ZrO2

ПС>ПС+BaTiO3>ПС+ZnO>ПС+MgO>ПС+TiO2. За исключением ZrO2, барита и его смесей с белитом рассмотренные белые наполнители снижают скорость расслаивания ПС. На полноту фазового расслоения введение данных наполнителей (до 10 мас. %) не влияет. Наблюдается корреляция между скоростью расслаивания ПС в присутствии наполнителя и значением их (наполнителей) плотности, размеров частиц, маслоемкости.

Сравнением антиобледенительных свойств Пк «горячего» отверждения, полученных из смесей ПДМФС/СКТН, наполненных 10 мас. % оксидами, в исходном состоянии и после облучения (УФО) лампой ПРК-2 в течение 48 ч, показано, что наблюдаемое после УФО ухудшение антиобледенительных свойств Пк тем меньше, чем выше коэффициент отражения введенного оксида. Использование в Пк MgO неоправданно из-за его высокой маслоемкости и небольшой плотности, MgO впитывает полимер-антиадгезив и задерживает его в объеме Пк, что приводит к увеличению времени расслаивания ПС, ухудшению адгезии Пк, его механических свойств и способствует образованию энергетически неоднородного поверхностного слоя, за счет чего увеличивается сила сцепления со льдом уже в исходном состоянии. Предпочтительным для стабилизации антиобледенительных свойств является применение ZrO2: в этом случае сила сцепления со льдом после УФО уменьшается в меньшей степени.

К настоящему времени нами разработаны антиобледенительные ОСМ достаточно широкой цветовой гаммы (белого, серого, шарового, оранжевого, красного, защитного, коричневого, черного и др. цветов). Возможны рецептуры исключительно на отечественном и недефицитном сырье, с применением белита – продукта двойной сепарации шлаков от производства силикотермического феррохрома, силикокальция, ферросплавов, а также минеральных наполнителей талька, барита.

Об отверждении антиобледенительного ОС покрытия. Полимерная основа градиентного ОСПк включает два вида ПОС: ПДМФС, имеющий в своей структуре фрагменты линейного, циклического, разветвленного, циклолинейного и лестничного строения, и линейный ПДМС. Отверждение этих полимеров происходит по функциональным Si–OH группам, но их отличает различная реакционная способность – более высокая для  полифункционального ПОС и меньшая в случае дифункционального СКТН.

Антиобледенительные и защитные свойства градиентного ОСПк зависят от природы и концентрации отвердителя. Так Пк, отвержденные фосфорной кислотой (0.5 и 1.5 мас. %), характеризуются кратковременным защитным и гидрофобным эффектом (1 мес.) в условиях повышенной влажности и температуры, отсутствием адгезии к алюминию, отвержденные полиметилсилазаном (МСН-7, 1 мас. %) – повышенной хрупкостью.

Действие эфиров ортотитановой кислоты Ti(OR)4, в том числе ТБТ Тi(OC4H9)4, в качестве отвердителей основано на участии реагента в реакции переэтерификации с остаточными Si–OH группами ПОС с образованием мостиковых связей Si–O–Ti–O–Si в полимере и выделением бутанола. ТБТ оказывает и каталитическое действие на процесс ангидроконденсации ПОС. При наличии в системе даже небольших количеств воды (влаги воздуха) эфир хотя бы отчасти гидролизуется, превращаясь, например, в (RO)3TiOH, что ускоряет реакцию взаимодействия с Si–OH группами, при этом ТБТ на первых стадиях реагирует как бифункциональное соединение.

       Добавление ТБТ в количестве 0.5 мас. % в ОСК резко повышает ее вязкость, вплоть до гелеобразования, что затрудняет процесс миграции СКТН из объема Пк в его поверхностный слой. Значительное разбавление отвердителя толуолом (в соотношении 1:50) не приводит к улучшению результатов, т. к. при этом изменяется концентрация полимеров в ОСК, и поскольку оба полимера хорошо растворимы в толуоле, то возникает возможность для их частичного совмещения в растворе. При высоком содержании ТБТ, действуя на Si–OH группы основного пленкообразователя, успевает «захватить» и антиадгезивный компонент. В результате нарушается принцип несовместимости, который восстанавливается по мере удаления растворителя, но не в полной степени. Этим объясняется несколько завышенные значения адгезионной прочности льда к Пк, отвержденному 0.5 мас. % ТБТ при разбавлении 1:50 (табл. 3.1). Оптимально использовать 0.3 мас. % ТБТ при разбавлении 1:20, при этом наблюдается равномерное распределение отвердителя по объему ОСК, создаются условия для его избирательного взаимодействия с Si–OH группами основного полимера и медленного нарастания вязкости в ОСК.

Таблица 3.1 – Влияние условий отверждения на антиобледенительные свойства разработанных ОС покрытий защитного цвета

Отвердитель

Разбавление толуолом

Адгезионная прочность (), мПа

при намораживании*

ср. образца, мПа

ср. покрытия, мПа

Угол скатывания капли воды, град

1

2

3

0.5 мас. % ТБТ

1:20

0.106

0.148

0.134

0.200

0.144

0.186

0.128

0.178

0.153

17

20

0.5 мас. % ТБТ

1:50

-

0.205

-

0.261

0.182

0.186

0.182

0.217

0.200

20

18

0.3 мас. % ТБТ

1:20

0.153

0.134

0.090

0.181

0.120

0.078

0.186

0.144

0.101

0.174

0.133

0.089

0.132

20

20

18

2.0–2.5 мас. % ДЭДТК Zn**

0.252

0.253

0.120

0.289

0.266

0.162

0.211

0.210

0.191

0.252

0.236

0.158

0.215

13

15

14

*Адгезионную прочность пресного льда к Пк определяли в холодильной камере при минус 10 °С; ** диэтилдитиокарбамат цинка, в этом случае поверхность Пк обладает незначительной сорностью.

       

       Регулирование реакционной способности ПДМФС и СКТН (при варьировании состава наполнителей, концентрации отвердителя и растворителя) позволило получить ОСПк, граничный и глубинные отвержденные слои которых обеспечивают стойкую адгезию к подложкам (стали, алюминию и алюминиевым сплавам, стеклопластикам) и надежные защитные свойства (табл. 3.2). Поверхностный слой гетерофазен, преимущественно состоит из ПДМС. Взаимодействие ПДМС с ТБТ, по-видимому, приводит к увеличению длины цепи и появлению разветвлений у низкомолекулярного линейного каучука, что согласуется со ступенчатостью взаимодействия СКТН и ТБТ, фазовыми равновесиями в ПС, данными оптической микроскопии и табл. 3.1 (адгезионная прочность льда к образцам ОСМ для 3 циклов намораживания изменяется незначительно).

       Свойства. Новая редакция ГОСТ 9.401. «ЕСЗКС. Покрытия лакокрасочные. Общие требования и методы ускоренных испытаний на стойкость к воздействию климатических факторов» рекомендует разработанные антиобледенительные атмосферостойкие Пк ОС-56-22 для эксплуатации в районах с умеренным и умеренно-холодным климатом (У1, УХЛ1). Пк сохраняют защитные свойства в условиях УХЛ1 на открытой атмосферной площадке на стальной поверхности в течение 10, на алюминиевой – 20, антиобледенительный эффект сохраняется 5–7 лет.

Антиобледенительные Пк, по данным ВНИИПО МВД РФ, имеют группу воспламеняемости В1, группу горючести Г1, относятся к материалам, не распространяющим пламя по поверхности (индекс РП0).

Таблица 3.2 – Свойства антиобледенительных атмосферостойких ОСМ

Наименование показателя

Значение

Адгезия, балл

1–2

Твердость по прибору М-3, усл. ед.

0.3

Стойкость к резкому изменению температуры, С

от 200 до минус 60

Теплостойкость, С, не более

300

Адгезионная прочность льда к покрытию, МПа

0.01 – 0.04

Краевой угол смачивания водой, градус:

исходное состояние

  после климатических испытаний по ГОСТ 9.401, метод А

110±5

103±5

Угол скатывания капли воды, , град., не более

30

Удельное объемное сопротивление, Ом·см,

после перепада температур от -60 до +85С, 8 циклов

(0.5 – 0.9)·1013

Тангенс угла диэлектрических потерь, tg, при частоте 50 Гц

0.01–0.08

Диэлектрическая проницаемость, , при частоте 1103 Гц

  5105 Гц

3.45

4.44

Паропроницаемость, г/(см·ч)

(0.2–0.7)·10-5

       

       Двух-трехслойное антиобледенительное ОСПк, нанесенное по загрунтованным ВЛ-02 стальным и алюминиевым поверхностям, после 60 циклов испытаний по методу 7 (тропический климат Т1, II тип атмосферы) отвечает требованиям ГОСТ 9.401 по защитным свойствам и обеспечивает атмосферостойкость при эксплуатации в условиях тропического климата не менее 3–5 лет. Использование ОСК в этих условиях обусловлено низкоэнергетическим характером поверхности Пк, обеспечивающим низкое грязеудержание и высокую гидрофобность Пк, а также грибостойкостью.

       В разделе «Органосиликатные радиационностойкие дезактивируемые покрытия» приведены результаты исследования влияния рецептурно-технологических особенностей ОСК на процессы формирования и старения радиационностойких дезактивируемых Пк светлых тонов, необходимых для повышения радиационной гигиены.

       ОСК ОС-51-03 зеленого цвета широко применяется в качестве защитного радиационностойкого дезактивируемого Пк в атомной энергетике с 1970-х гг. Пк, отвержденные в присутствии отвердителей ТБТ или АГМ-9, соответствуют требованиям ГОСТ Р 51102-97 «Покрытия полимерные защитные дезактивируемые. Общие технические требования» по дезактивируемости, радиационной, термической и химической стойкости, а также физико-механическим свойствам.

       Для соблюдения современных требований эргономики на объектах атомной энергетики необходимы Пк светлых оттенков. Однако, наиболее рациональная цветовая окраска, как правило, может быть выполнена только в ущерб специфическим свойствам материала.

       Использование зеленых пигментов с меньшими интенсивностью и укрывистостью, чем у Cr2O3, а также белых пигментов с меньшим, чем у рутила, поверхностным натяжением, нами рассматривается в качестве перспективного способа получения радиационностойких дезактивируемых ОСПк более светлых оттенков.

       Градиентная структура дезактивируемых Пк задается количественным соотношением пленкообразователь : наполнители и оптимальным составом силикатных и оксидных компонентов. Пк ОС-51-03 зеленого цвета формируется из ОСК, представляющей собой суспензию тонкодисперсных термоактивированных силикатов, рутила и Cr2O3 в толуольном растворе ПДМФС, содержащего в качестве функциональных ~1 мас. % SiOH-групп.

       Исследовано влияние фосфатов цинка и хрома, а также гидроксида алюминия на свойства радиационностойкой дезактивируемой ОСК с целью создания новых ОСМ для атомной энергетики.

Рассмотрены также условия синтеза фосфатных пигментов в системе Cr(NO3)3–Na4P2O7–H2O и определены характеристические свойства ОСК, содержащих синтезированный пигмент.

       Были изготовлены модельные ОСК с использованием различных пигментов (Cr2O3, TiO2, Al(OH)3, фосфата цинка, Cr(H2PO4)3, Cr2(H2P2O7)3) и определены их основные свойства.

При использовании Cr(H2PO4)3 и Cr2(H2P2O7)3 (МК 3.15 и 3.16) Пк имели хорошие физико-механические свойства, теплостойкость, проявляли гидрофобность, соизмеримую с гидрофобностью Пк из классической ОС-51-03. Методом оптической микроскопии показано, что поверхность Пк не однородна по составу: в матрице бело-серого цвета крупинками распределены неодинаковые по размеру частицы зеленого цвета. Методом АСМ показано, что поверхность исследуемых Пк грубая, с шероховатостью более 5 мкм, т. е. дигидро- и дигидропирофосфат хрома при данном способе диспергирования имеют низкую совместимость с др. компонентами ОСК.

Значения поверхностной энергии для Пк, содержащих дигидро- и дигидропирофосфаты хрома, достаточно низкие (26.03 и 24.04 мДж/м2). Однако, используемые для расчета экспериментально определенные углы смачивания, по-видимому, завышены вследствие шероховатости поверхности Пк. Развитый рельеф поверхности, безусловно, окажет влияние на сорбционно-десорбционные свойства поверхности Пк, вызовет достаточно легкое загрязнение поверхности, осложнит дезактивацию.

Поверхность Пк на основе МК 3.17 – 3.19 (при использовании Al(OH)3 в качестве белого пигмента) была гладкой, однородной, но желаемый эффект по цвету был получен только при сочетании Al(OH)3 с TiO2. Значения адгезии, твердости были высокими. Однако Пк были не удовлетворительными по теплостойкости, при кратковременном нагреве при 400 °С и выше на образцах появлялись дефекты – пузыри, что, по-видимому, связано с дегидратацией кристаллического Al(OH)3.

Разбеливающая способность фосфата цинка (фирмы Hermann Ter Hell & Co Gmbh) в рецептуре данной ОСК не удовлетворительна. Твердость образцов Пк уменьшается с увеличением содержания фосфата цинка (МК 3.20–3.23). Адгезия и гидрофобность, энергетические характеристики поверхности соизмеримы со значениями для классической ОСК с рутилом (МК 3.14: s=18.50, sd=18.49, sp =0.01 мДж/м2, sp/s =0.0006).

Для разработки радиационностойких дезактивируемых ОСПк светлых тонов синтезированы фосфатные пигменты в системе Cr(NO3)3–Na4P2O7–H2O.

Влияние соотношения исходных реагентов на выход продуктов реакции представлено в табл. 3.3. Изменяющийся во времени и в зависимости от концентрации исходных растворов цвет осадка и фильтрата позволяют предположить, что синтез фосфатов сопровождается тремя конкурирующими между собой процессами: обменной реакцией, гидролизом ионов хрома и пирофосфат-ионов и соосаждением двойных солей. Образование осадка в первый момент взаимодействия и последующее его растворение, видимо, обусловлены различными скоростями этих реакций.

Таблица 3.3 – Влияние соотношения исходных реагентов в системе

Cr(NO3)3–Na4P2O7–H2O на выход продуктов реакции

Соотно-шение исходных реагентов

pН растворов

Цвет осадка

Масса осадка, г

Качественная

реакция на ионы Cr3+ в фильтрате

Раствор Cr(NO3)3, 0.05 моль/л

Исх.-ный раствор Na4P2O7

Фильтрат

1:0.75

2.29

10.18

2.78

Светло-зеленый*

2.5200

Ярко-желтая

окраска

1:1

2.12

10.21

5.95

Сиреневый

3.7480

Светло-желтая

окраска

1:1.25

2.1

10.36

6.39

Сиренево-зеленый

4.2411

1:1.5

2.29

10.32

6.88

Серо-зеленый

4.1629

1:1.75

2.16

10.48

7.09

Серо-зеленый

3.7728

1:2

2.3

10.5

7.1

Морской волны**

3.2941

Лимонно-желтая

окраска

*- творожистый осадок, во всех остальных случаях - хлопьевидный. ** При действии H2O2 в щелочной среде ионы Cr3+ окисляются в ионы CrO42-, окрашенные в желтый цвет.

Рис. 3.2 Данные ТА для синтезированных натрий-хромовых пирофосфатов

На рис. 3.2 представлены данные ТА для синтезированного натрий-хромового пирофосфата. На кривой ДТА отмечено 3 выразительных

эффекта, связанных с дегидра-тацией образца: эндоэффект при 60–140 С, экзоэффекты в интервале 140–330 и 580–630 С. В интервале 20–900 С суммарные потери массы составили 41.4 %. Основные потери массы происходят в интервале температур до 330 С (32 %).

В интервалах 330–580 и 660– 900 С потери массы не велики: 5–6 и 2 %, не сопровождаются

тепловыми эффектами.

Дегидратация пирофосфатов протекает в две стадии: основная часть воды отщепляется при 100–200 C (эндоэффект), удаление оставшейся воды происходит постепенно и заканчивается при 700 C.

При нагревании порошок натрий-хромового фосфата изменяет свой цвет, переходя от насыщенного зеленого при 20 С к светло-зеленому цвету состаренной бирюзы после термообработки при 100–250 С (1 ч), к серо-зеленому в интервале 300–450 С, к темно-серому с зеленым оттенком в интервале 500–850 С, к зеленому при 900 С, при этом во всех случаях образцы сохраняют высокую дисперсность. Удельная поверхность порошков, термообработанных при 200 и 400 С, составила 25 и 19 м2/г, соответственно.

Образцы, термообработанные при 100, 400, 700, 800 и 900 С, были исследованы методом РФА. Отличительная особенность синтезированного натрий-хромового фосфата заключается в наличии растянутого интервала аморфного состояния: исследованные соединения в интервале 100–900°C рентгеноаморфны. Наблюдаемое начало высокотемпературного экзоэффекта при 850 C соответствуют началу кристаллизации продуктов дегидратации

По данным РФА, состав высокотемпературных кристаллических фаз сложный, представляет собой смесь следующих соединений Cr2P6O18 (номер из базы данных ICDD 31-0410), -CrPO4 (38-0338) и Na3Cr3(PO4)4 (35-0043).

Высушенный в течение 24 ч при 20 °C и термообработанный (3 ч при 40, 100, 200, 400 и 450 °C) осадок использовали в качестве пигмента соответственно в МК 3.24, 3.25, 3.26, 3.27 и 3.28.

Термообработка пирофосфатов при 40, 100, 200 и 400 °C не позволяет получить качественных пигментов для отверждаемых термообработкой ОС Пк, – для Пк характерны дефекты – кратеры – на поверхности, их гидрофобность ниже, чем в случае классической ОС-51-03, а значения полной поверхностной энергии – значительно выше, что связано с высоким содержанием в них физически и химически связанной воды (табл. 3.4).

Таблица 3.4– Энергетические характеристики поверхности покрытий 

Покрытие*

Энергетические характеристики поверхности покрытия

s, мДж /м2

sd, мДж /м2

sp , мДж/м2

sp/s

МК 3.14

16.815

16.80

0.015

0.0009

МК 3.24

33.653

33.64

0.013

0.0004

МК 3.26

31.1

27.8

3.3

0.1

МК 3.26**

31.0

16.8

14.2

0.4

МК 3.28

27.1

22.4

4.7

0.2

*отверждали термообработкой при 200 °C в течение 3 ч; ** отверждали в присутствии АГМ-9 10 суток.

При обработке пигмента при 450 °C получается тонкодисперсный порошок серо-зеленого цвета, при использовании которого при горячей сушке формируется ОСПк с удовлетворительными декоративными, физико-механическими, защитными, электроизоляционными свойствами, с длительной теплостойкостью при 450 °С, поверхность Пк обладает необходимыми адсорбционно-физическими характеристиками (табл. 3.4). Объемное сопротивление ρv Пк в интервале 20–400 °С обратимо изменяется в интервале 2.51015–1.51010 Омсм, Пк обладает длительной теплостойкостью при 450 С.

Для Пк из МК 3.26, нанесенного на медную подложку, при отверждении АГМ-9, наблюдается гистерезис ρv в интервале 20–400 °С (ρv:изменяется в интервале 1.51015–1.21010 Омсм), при повторных нагреваниях наблюдается обратимое изменение ρv, Пк обладает длительной теплостойкостью при 400 °С, сохраняет ровную гладкую глянцевую поверхность, дальнейшее нагревание при 450–500 °С приводит к остекловыванию верхнего слоя Пк.

       Использование синтезированных тонкодисперсных натрий-хромовых пирофосфатов в качестве зеленых пигментов в рецептурах дезактивируемых ОСПк повышает теплостойкость, термоэластичность, физико-механические, защитные свойства Пк. Влияние двойных пирофосфатов натрия-хрома обусловлено сочетанием действия щелочной составляющей, расщепляющей силоксановую цепь при нагревании, и фосфатной, взаимодействующей с силанольными группами ПОС с образованием неупорядоченных нерегулярных сеток. Особое значение для твердофазных реакций и межфазных взаимодействий, происходящих в ОСПк при нагревании, имеет высокая реакционная способность наночастиц синтезированного пигмента.

В главе 4 «Формирование и деградация органосиликатных материалов на основе хлорированных полиорганосилоксанов» рассмотрены основные этапы оптимизации рецептуры ОСК для противокоррозионных температуроустойчивых Пк «Уникрон» на основе синтезированных нами хлорированных ПДМФС. Содержание этих этапов, процессов формирования и деградации Пк раскрыто с точки зрения химической самоорганизации.

С целью создания антикоррозионных теплостойких ОСПк с улучшенными физико-механическими и защитными свойствами предложена технология получения новых продуктов – хлорированных ПОС, дано детальное описание сложному многостадийному процессу хлорирования.

При хлорировании ПОС в присутствии олигоазинов (ОА) с системой сопряженных кратных связей C=NN=C могут реализоваться несколько согласованных, параллельных и последовательных реакций (схема 4.1). В темноте при 20 С взаимодействие молекулярного хлора с ПОС в присутствии ОА с концевыми карбонильными группами, синтезированных на основе диацетила и гидразина, протекает как реакция замещения, при этом сначала хлорируется ОА через стадию образования донорно-акцепторного (Д–А) комплекса – типа, состава 1:1. Гомолитический распад Д–А комплекса инициирует цепной радикальный процесс хлорирования полимера. При хлорировании ПДМФС в присутствии ОА получены ПОС с

Схема 4.1

высоким содержанием галогена, практически не отличающиеся от исходного по содержанию силанольных групп и молекулярных масс, что особенно важно для формирования долговечных ОСПк с высокими физико-механическими и защитными свойствами, термостойкостью и стойкостью к термоудару. Оптимальное содержание хлора составляет 2–7 мас. % (табл. 4.1), при этом пленкообразователи не уступают исходным по теплостойкости при 200–250 С, по значениям электрической прочности (Епр) и удельного объёмного сопротивления, имеют более высокую по сравнению с ПДМФС термоэластичность, удовлетворительные гидрофобные свойства. Для хлорированного ПДМФС (ХПДМФС) с содержанием хлора 3–7 мас. % отмечена более высокая сохраняемость Епр при повышенной влажности.

       С увеличением содержания галогена адгезионная прочность модельных Пк на основе ХПДМФС возрастает, однако, при введении хлора выше оптимального сказывается ограничение сегментальной подвижности макромолекул, возрастают внутренние напряжения в Пк, что приводит к уменьшению адгезионной прочности при содержании хлора 13 мас. %, и саморастрескиванию Пк горячего отверждения при 27 мас. % хлора.

С целью прогнозирования долговечности Пк «Уникрон» в условиях атмосферного старения проведена оценка влияния фазового увлажнения на его температуру стеклования. Для сравнения были выбраны ОСК ОС-12-03 и ОС-51-03 (ТУ 84-725-78). Температурный интервал стеклования Пк, сформированных при повышенных температурах, определяли на участках охлаждения кривых температурных зависимостей внутренних напряжений

Таблица 4.1 – Влияние глубины хлорирования на физико-химические и электрические свойства ХПДМФС

Свойства

Содержание хлора в ХПДМФС, мас. %

0

1.9

3.1

5.0

5.8

6.6

12.4

13.0

Термоэластичность

пленки, ч

100

120

132

200

200

200

100

100

Электрическая прочность

лаковой пленки, кВ/мм

при 20С

при 180С

после 24 ч при 20С и

95-98%-й отн. влажности

70

35

30

70

35

30

70

35

45

70

35

50

70

35

50

70

35

50

60

25

20

55

30

15

Удельное объёмное

электр. сопротивление

плёнки, Ом⋅см

при 20С

при 180С

после 24 ч при 20С и

95-98% -й отн. влажности

2.0⋅10144.3⋅1011

5.2⋅1012

3.1⋅10142.9⋅1011

1.6⋅1012

9.7⋅10135.8⋅1011

4.1⋅1012

2.4⋅1014

4.0⋅1011

3.5⋅1012

5.1⋅1014

3.4⋅1011

3.2⋅1012

4.7⋅1014

1.7⋅1011

2.8⋅1012

8.8⋅1012

3.6⋅109

7.5⋅108

7.9⋅1012 2.8⋅109

6.7⋅108

Краевой угол смачивания

пленки водой, град

86

84

85

85

80

80

74

70

Адгезионная прочность

модельного Пк, кг/см2

38.0

58.0

-

77.0

72.0

78.0

-

10.0

(σвн) (рис. 4.1). Получены следующие Тс: Пк «Уникрон»: 150–120 С, ОС-51-03: 120–80С и ОС-12-03: 120–80С. При нагревании отвержденных Пк, при превышении 120 С – для «Уникрона», 80 С для ОС-51-03 и ОС-12-03 начинается нежелательный процесс размягчения, вызванный переходом пленкообразователя из стеклообразного в высокоэластическое состояние.

Рис. 4.1 Зависимость внутренних напряжений, развивающихся в Пк, от температуры:

1 – Уникрон, 2 – ОС-51-03,3 – ОС-12-03.

       

       На рис. 4.2 приведена зависимость коэффициента Р паропроницаемости пленок эмалей от температуры. Для Пк «Уникрон» и ОС-51-03 коэффициент Р

в диапазоне 4–60 С остается практически постоянным. Для Пк ОС-12-03 проницаемость с повышением температуры увеличивается. На кривых зависимости P=f(T) (рис. 4.2) четко проявляются 2 линейные области, характеризующие два различных состояния пленкообразователя, температура в точке пересечения которых соответствует Тс увлажненных Пк. Рассчитанные подобным образом Тс равновесно-увлажненных пленок ОС-12-03 приблизительно равны 40–45 С,

Рис. 4.2 Зависимость коэффициента паропроницаемости Р пленок Пк от температуры:

1 – Уникрон, 2 – ОС-51-03, 3 – ОС-12-03.

что значительно ниже Тс сухих пленок. Пк «Уникрон» и ОС-51-03 при увлажнении во всей исследованной области температур находятся в стеклообразном состоянии, а Пк ОС-12-03 претерпевает переход из стеклообразного состояния в высокоэластическое, т. е. Пк ОС-51-03 и «Уникрон» должны проявлять большую надежность при эксплуатации в атмосферных условиях, чем ОС-12-03. Этот вывод подтверждается данными лабораторных исследований физико-механических, электроизоляционных и защитных свойств, результатами натурных испытаний Пк «Уникрон» в сравнении с Пк ОС-12-03, ОС-51-03 и ОС-67-01.

При хлорировании ПДМФС в присутствии ОА наблюдается аномальный порядок реакционной способности: связанный полимером хлор находится главным образом в виде хлорзамещенного бензольного кольца (рис 4.3). Содержание групп определяли по относительным интегральным интенсивностям сигналов протонов фенильных, хлорфенильных, метильных, хлорметильных и дихлорметильных групп, наблюдаемых соответственно в области 7.0, 7.5, 0.5, 2.8, 4.6 м.д. Результаты показали хорошую сходимость (в пределах 10 отн. %). Отсутствие сигналов CСl3-групп в спектре 13С позволило не учитывать процессы тройного хлорирования в CH3-группах.

На рис. 4.3 (кривые 1–3) приведено распределение атомов хлора по группам в зависимости от содержания хлора в ХПДМФС. Почти 90 % связанного полимером хлора находится в виде хлорзамещенного бензольного кольца, содержание CH2Cl-групп с увеличением глубины хлорирования уменьшается, CHCl2-групп – возрастает, что не противоречит имеющимся в литературе сведениям о свободнорадикальном хлорировании метил- и хлорметилсиланов и нашим результатам по хлорированию ПДМС.

Среди структурных факторов, определяющих реакционную способность связей C–H в реакциях свободнорадикального замещения в ПДМФС, главная роль принадлежит пространственному. По-видимому, имеет место либо

непосредственное экранирование метильных групп более объемными фенильными, либо большая доступность последних для реакции вследствие особой упаковки линейных диметил-силоксановых фрагментов ПДМФС в растворе CCl4. Наличие особой упаковки цепей можно допустить, поскольку хлориро-вание идет хотя и в разбавленном растворе, однако в «плохом» для ПОС растворителе – CCl4, идеальными были бы ароматические углеводороды, но они в этих условиях хлорируются сами, что нежелательно.

Рис. 4.3 Влияние содержания хлора в ХПДМФС на распределение атомов хлора по группам (Р, %) :  -CH2Cl (1), -CHCl2 (2), (3).

Формальный анализ комплексообразования ОА с галогенами показывает, что гипотетически в азине диацетила возможны три центра координации: неподеленные электронные пары атомов N, концевых атомов O и системы сопряженных связей –C=N–. Однако ранее было установлено, что в системе «азин диацетила–Br2» образуется сильный Д–А комплекс – типа стехиометрического состава, устойчивый при температуре не выше минус 20 С. Если бы были образованы комплексы n– типа, они оказались бы намного более слабыми, чем комплексы – типа, поскольку донорная способность неподеленных электронных пар атомов N и O неизмеримо ниже, чем в случае сопряженных связей, т. е. в системе «ОА+Cl2» выбрано направление комплексообразования, приводящее к образованию наиболее устойчивого комплекса. И как только направление процесса определено, дальнейшее подчиняется кинетическим и термодинамическим законам: константы равновесия и коэффициенты экстинкции комплекса возрастают с увеличением длины сопряжения в цепи ОА.

Наше исследование показывает, что самоорганизация – это не стохастический, а «осознанный» процесс выбора направления химической реакции на ее первых стадиях. Именно на первых стадиях: если маршрут определен, то дальнейшее подчиняется законам. Самоорганизация проходит в открытой системе, в которой возможен обмен энергией, веществом и информацией, диссипация энергии в веществе и обмен энергией, как в самой системе, так и с внешней средой. Внутренняя составляющая информационного потенциала «помнит» заложенные в нее запреты. Эффективность хлорирования ПДМС и ПДМФС определяется комплексообразующей и активирующей способностью ОА, которые задаются его электронным строением. В случае ОА на основе диацетила длина эффективного сопряжения системы увеличивается за счет включения в нее концевых карбонильных групп, что сказывается и на повышении реакционной способности ОА. С увеличением числа звеньев в цепи ОА (на основе диацетила и гидразина) от 1 до 7 возрастает длина эффективного сопряжения в макроцепи ОА, и симбатно этому возрастает его активирующая способность в реакциях хлорирования ПДМС, ПДМФС (рис. 4.4 и 4.5) и насыщенных полимеров другой природы. Дальнейшее увеличение числа звеньев в цепи ОА слабо сказывается на содержании хлора в полимерах, что связано с выводом системы из компланарности за счет поворотов вокруг простых связей (C–C или N–N) при блоке сопряжения, соответствующем 7 звеньям, т. е. дальнейший рост эффективной длины сопряжения в ОА запрещен внутренней информационной составляющей, в зависимость информационного потенциала от количества частиц в ансамбле заложен разрыв функции: при количестве звеньев в цепи ОА более 7 нарушается сопряжение в цепи. Структура ОА, представляющая собой набор компланарных блоков, развернутых друг относительно друга через простую связь, задается информационным потенциалом как периодически блочная функция.

ОА/ПДМС, мас. %

ОА/ПДМФС, мас. %

Рис. 4.4 Влияние числа звеньев в цепи ОА (1) и содержания фракции 8 (2) на глубину хлорирования А ([Cl], мас. %) ПДМС.

Скорость пропускания хлора 0.1 л/ч;

время реакции 1 ч; 20 С;

концентрация ПДМС 3 мас. %;

содержание ОА 4 мас. % (кривая 1).

Рис. 4.5 Влияние числа звеньев в цепи ОА (1) и содержания фракции 7 (2) на глубину хлорирования А ([Сl], мас. %) ПДМФС.

Скорость пропускания хлора 0.1 л/ч;

время реакции 1 ч,  20 С;

концентрация ПДМФС 4 мас. %, содержание ОА 2 мас. % (кривая 1).

Оптимальным является введение в раствор полимера 2–4 мас. % ОА, при более высоком содержании наблюдается тенденция снижения скорости хлорирования ПОС, что, по-видимому, является следствием возрастания роли бимолекулярного обрыва цепи на ОА.

Систематическое изучение реакций хлорирования ПДМС и ПДМФС молекулярным хлором в присутствии сопряженных ОА показывает, что различные стадии прямого хлорирования ПОС в мягких условиях без освещения и нагревания несут в себе характерные признаки самоорганизации. Результаты исследования позволили понять природу самоорганизации как поиск наиболее устойчивых структур, определить ее как «осознанный» выбор направления химического процесса на его ранних стадиях. В целом это означает потенциальную возможность осуществления направленного синтеза материалов с заданными свойствами. Принципы самоорганизации можно рассматривать как методологическую основу изучения неизвестного процесса.

В главе 5 «Химические реакции на межфазных границах в процессе формирования и деградации температуроустойчивых органосиликатных материалов» на примере разработанной автором ОСК для высокотемпературной тензометрии раскрывается тезис об определяющей роли химического взаимодействия между компонентами системы ПОС–силикаты–оксиды, обусловливающего длительную эксплуатацию ОСМ при температурах значительно более высоких температур их формирования.

Рассмотрены физико-химические аспекты отбора компонентов для рецептуры высокотемпературной ОСК. Выбирая компоненты, учитывали опыт по разработке теплостойких вакуумноплотных ОС герметиков и физико-химические принципы создания жаростойких неорганических Пк. В качестве подхода, позволяющего оценить функциональную роль наполнителей в рецептуре высокотемпературной ОСК, спрогнозировать поведение отдельных компонентов и композиции в целом, использовали представления теории диффузионных процессов в стеклах и стеклообразующих расплавах.

Подробное исследование вклада химических реакций в процессы формирования и высокотемпературной деградации ОСМ проведено на ОСК состава «модифицированный органическим полиэфиром ПДМФС–слюда-мусковит–хризотиловый асбест–малощелочное алюмоборосиликатное стекло (АБС)–V2O5/BaO2–ZrO2–толуол». Очевидно, что при нагревании в данной системе должны происходить многочисленные последовательные и параллельные реакции, физико-химическое описание которых и являлось задачей данного исследования.

Составы модельных композиций приведены в табл. 5.1. Использован промышленный КО лак, представляющий собой 65–67%-ный раствор модифицированного полиэфиром ПДМФС брутто-состава {[C6H5SiO1.5][CH3SiO1.5]0.42[(CH3)2SiO]1.33}n в толуоле. В качестве стекловидной добавки использовано АБС состава (мас. %):

53.6SiO29.6B2O314.7Al2O320.9CaO0.7MgO0.5Na2O. Модуль основности АБС, т. е. отношение количества оксидов-модификаторов (CaO+MgO+Na2O) к оксидам-сеткообразователям (SiO2+B2O3+Al2O3), меньше единицы, что расширяет возможности участия ионов О2– в процессах структурообразования: SiO2+1/2О2–[SiO3/2]O– или B2O3+1/2О2–[BO3/2] или Al2O3+1/2О2–[AlO4/2].

Свойства синтезированных ОСК и особенности их отверждения. Установлено, что при комнатной температуре в отсутствии отвердителей наблюдается так называемое «мнимое высыхание» МК 5.1 и 5.5, связанное с процессами удаления растворителя из слоя композиции, что характерно и для большинства ОСК. Повышение температуры до 200–300 °С приводит к возрастанию степени отверждения Пк, о чем свидетельствуют данные прямого (содержание гель-фракции G) и косвенного (адгезия, твердость) определений этой характеристики.

Содержание гель-фракции в МК 5.1 после термообработки при 250–300 °С выше (не менее 97–99 мас. %), чем в МК 5.5 (73–93 мас. %). Снижение

Таблица 5.1 Состав модельных композиций 5.1 – 5.10

Компоненты

Условные обозначения композиций

5.1

5.2

5.3

5.4

5.5

5.6

5.7

5.8

5.9

5.10

Полимер

а*

а

а

а

а

а

а

а

а

а

Слюда

b

b+d/2

b

b+d/2

b

b

Асбест

c

c+d/2

c

c+d/2

c

c

Стекло

d

d

d

d

d

d

d

d

ZrO2

z

z

z+y

z+y

z

z+x/2

BaO2

x

x

x

x

x

x/2

1.5 x

x/2

V2O5

y

y

y

y

y

y

y

* Буквами а, b, c, d, z, x, y обозначены массовые количества компонентов

степени отверждения Пк может быть объяснено образованием органосилиловых эфиров в присутствии V2O5. Полученные результаты согласуются с известным (для мономерных триорганосиланолов) фактом: кислотные ангидриды V2O5, P2O5, В2O3, Sb2O3, обладающие дегидратирующим действием, практически не вызывают ангидроконденсации силанолов (кроме P2O5). По-видимому, в присутствии V2O5 происходит блокирование части активных силанольных групп, приводящее к снижению G в Пк, другими словами, при отверждении термообработкой в ОСПк помимо реакции гомоконденсации OH-групп ПОС, приводящей к их сшиванию, могут иметь место кислотно-оснвные взаимодействия между функциональными группами пленкообразователя и оксидными наполнителями.

Если для МК 5.5 возможно отверждение в процессе эксплуатации, то для композиции МК 5.2 при нагревании выше 40–50 °С наблюдалось размягчение Пк и переход в вязкотекучее состояние. Можно предположить, что МК 5.2 значительная часть силанольных групп вступила во взаимодействие с V2O5 и, вследствие этого оказалась неспособной к реакциям структурирования. Сравнение поведения композиций МК 5.1 и МК 5.2 позволяет сделать вывод о том, что в присутствии АБС при 20 °С взаимодействие V2O5 с силанольными группами затруднено. По-видимому, происходит образование координационных связей с участием бороксидной части стекла (бор при этом переходит в четырехкоординированное состояние [BO3/2]+1/2O2[BO4/2]), экранирование силанольных групп ПОС: 

возрастание при этом межмолекулярных взаимодействий в системе, упорядочение структуры, уменьшение подвижности отдельных участков макромолекул, и, вследствие этого, повышение теплостойкости композиции.

Процессы, происходящие в высокотемпературной композиции при

нагревании. Сведения о характере процессов, протекающих в ОСК при нагревании, можно получить, анализируя термогравиметрические и дифференциально-термические кривые в сочетании с данными структурно-чувствительных методов.

Ход кривой ДТА МК 5.5 (рис. 5.1) резко отличается от известных для ОСК: на кривой ДТА наблюдается 2 сильных эффекта: экзоэффект с

максимумом при 580 С, сопровождающийся значительной

Рис. 5.1 Дифференциальная термограмма и термовесовая кривая для МК 5.5.

потерей массы (m=13.7 %), и эндоэффект при 780 С с незначительным изменением массы образца (m=1.9 %), по-видимому, свидетельствующий о фазовых переходах в системе в данном температурном интервале. В интервале 880–970 С также заметен ряд слабых эндоэффектов (табл. 5.2). Для понимания процессов, происходящих в МК 5.5 при нагревании, рассмотрим данные ТА, ИК спектроскопии, РФА компонентов композиции (ПДМФС, силикатов), и их двухкомпонентных систем с отношением силиката к полимеру 13:6 (табл. 5.2).

ПДМФС. Окисление модифицированного органическим полиэфиром ПДМФС при нагреве на воздухе отражается проявлением на кривой ДТА слабого экзоэффекта с температурой максимума при 110 С, соответствующего удалению остаточного растворителя, и сильного несимметричного экзоэффекта (с температурой максимума при 630 С) с выраженным плечом при 410 С, отвечающего экзотермическим реакциям выделения летучих продуктов разложения ПДМФС (табл. 5.2).

Таблица 5.2 – Термический анализ композиции МК 5.5 и ее  компонентов

Образец

Температурные интервалы деструкции, (°С), и m, (мас. %)

Суммарные потери массы, (мас. %)

Т4%, (°С)

Композиция МК 5.5

120–270, экзо-, m=1.6

270–380, (без теплоэффекта),m=2.3

380–485 (пл)–535 (пл)–660 (экзо), m=13.7

660–880 (эндо), m=1.9

880–900, 900–930, 930–970 (эндо), m=0.4

19.8

(20–1000 °С)

390

ПДМФС

20–110–240 (экзо), m=1.75

240–410 (пл) (экзо), m=12.45

410–720 (экзо), m=30.2

46.1

(20–1060 °С)

325

Слюда

мусковит

695–800 (пл)–820 (пл)–1010 (эндо), m=2.95

1010–1075 (пл)–1180 (эндо), m=0.1

4.7

(20–1200 °С)

895

Асбест

хризотиловый

575–780 (эндо), m=8.0

780–850 (экзо), m=1.0

16.2

(20–1340 °С)

610

ПДМФС+слюда

20–140–430 (экзо), m=1.4

430–500 (пл) (экзо), m=1.6

500–620–690–750 (экзо), m=8.1

1000–1100–1170(эндо), m=0.2

1170–1250 (пл)–1330–1360 (пл)–1400 (экзо), m= 0.35

13.9

(100–1440 °С)

535

ПДМФС+асбест

20–135–275 (экзо), m=0.6

275–510 (пл), (экзо), m=5.7

510–660, (экзо), m=13.5

660–725, (экзо), m=2.8

760–795, (экзо), m=0.55

24.2

(100–880 °С)

430

Обозначение: пл – плечо на термограмме.

На кривой ТГ наблюдается постепенное уменьшение массы образца в интервале 20–400 С и резкий излом в интервале 390–410 С, максимальные потери массы имеют место в интервале 400–500 С (m400–500С 27 %).

Описанный выше характер выделения продуктов разложения обусловлен наличием в пленкообразователе органического пластификатора, а непосредственно в самом ПДМФС различного типа связей, которые можно расположить в следующий ряд по возрастанию значений их энергии: SiCалк<SiCаром<CH<SiO, а также особенностью поведения линейных фрагментов ПОС при нагревании: деструкция (особенно на первом низкотемпературном этапе) происходит при участии концевых гидроксильных групп с образованием летучих циклических силоксанов. При термоокислительной деструкции ПДМФС обычно выделяются следующие не содержащие кремния летучие продукты: метан, бензол, вода, муравьиная кислота, формальдегид, углекислый и угарные газы, а также трёх- и четырёхзвенные метилциклосилоксаны – гексаметилциклотрисилоксан D3 и октаметилциклотетрасилоксан D4. Таким образом, термические эффекты в интервалах 240–410 и 410–720 С можно связать с выгоранием органического

полиэфира, выделением циклов D3 и D4, окислением боковых групп ПДМФС, образованием продуктов окисления.

Важной особенностью термоокислительной деструкции ПДМФС является так называемое «силоксановое структурирование». Другая часть силанольных групп на линейных участках макроцепи способствует разрушению силоксановой связи, т. е. при нагревании в ПДМФС протекают реакции термоокислительной деструкции и сшивания.

Изменения состава ПДМФС при нагревании подтверждается данными ИК спектроскопии. Если в ИК спектрах образца ПДМФС, отвержденного при 300 С, практически исчезают полосы поглощения с максимумами при 3640 и 3455 см-1, характерные для валентных колебаний связи SiOH в силанольных группах, а также изначально малоинтенсивная полоса деформационных колебаний связи SiOH при 880 см-1, то у образцов, термообработанных при 500–650 С, вновь появляется широкая размытая полоса поглощения в области 3700–3200 см-1, характерная для валентных колебаний связи SiOH. При последующей термообработке при 700 С полоса силанольных групп исчезает. На кривых ИК спектров образцов, термообработанных при 600 – 700 С, в области 2800–3050 см-1 не наблюдается полос поглощения, соответствующих валентным колебаниям связей СН в метильных (2960  см-1) и фенильных (3050 см-1) группах, связанных с кремнием. При этом удаление метильных и фенильных радикалов при термоокислительной деструкции органического обрамления ПОС происходит практически одновременно. При более высоких температурах (720–1060 °С) m невелики и изменяются крайне медленно (табл. 5.2), нелетучим продуктом разложения остается кремнезем. По данным РФА, он рентгеноаморфен до 900 °С. В интервале 900–1200 °С происходит перестройка структуры аморфного кремнезема: при 1150–1200 °С формируется решетка высокотемпературного кристобалита, который при охлаждении переходит в низкотемпературный.

Высокая прочность силоксановой связи, а также «силоксановое структурирование», особенно интенсивно происходящее в верхних наружных слоях образца полимера, не поддающихся деструкции и одновременно замедляющих доступ кислорода внутрь образца, обусловливают высокую теплостойкость ПДМФС. Для дальнейшего рассмотрения важным является следующий вывод: при термоокислительной деструкции ПДМФС в интервале 500–650 °С происходит образование реакционноспособного аморфного кремнезема, обогащенного гидроксиль-ными группами, которые могут вносить вклад и во взаимодействия типа Н++OH, и в процесс образования кремнекислородной матрицы покрытия.

Модельная система «ПДМФС+10 мас. % ZrO2». По данным ДТА, ТГ и ДТГ, в интервале температур 20–1000 °С ZrO2 инертен.

Мусковит. Нагревание слюды (K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O) до 600 С практически не сказывается на кривых ДТА, ДТГ и ТГ. Повышение температуры приводит к двум эндотермическим эффектам, m при которых незначительны: первый из них связан с удалением конституционной воды, второй – с аморфизацией, разрушением кристаллической структуры слюды, началом образования новых фаз. При термообработке мусковита при 1000 С и выше образуются новые фазы: -Al2O3; магниево-алюминиевая шпинель MgOAl2O3 и санидин K2OAl2O36SiO2. При 1100 С наблюдается переход  -Al2O3 в -Al2O3. По данным ИК спектроскопии, в мусковите интенсивность полосы поглощения связи ОН (при 3500–3700 см-1) заметно уменьшается в интервале 650–750 С, при повышении температуры до 800–900 С в ИК спектрах полосы поглощения, соответствующие связям ОН, отсутствуют.

Хризотиловый асбест. При нагревании асбеста (3MgO·2SiO2·2H2O) наблюдается эндоэффект в интервале 575–780 С, связанный с удалением гидроксильных групп из его структуры, и экзоэффект с максимумом при 810 С, обусловленный распадом кристаллической решетки хризотилового асбеста и началом образования новой кристаллической фазы – форстерита (рефлексы в области углов 2, равных 22–23, 32, 35–37, 52, 61–63). По данным РФА, аморфизация асбеста становится особенно выраженной при 600–650 С, фаза форстерита фиксируется в интервале 700–1350 С. При температуре выше 1100 С отмечено появление еще одной фазы – энстатита Mg2[Si2O6] с рефлексами в области углов 2, равных 27–28.

По данным ИК спектроскопии, при 550–600 С в хризотиле происходит существенное уменьшение интенсивности полосы поглощения связи ОН, при повышении температуры полосы поглощения связи ОН отсутствуют.

Сравнение термических превращений в мусковите и хризотиловом асбесте показывает, что для мусковита характерна более высокая стойкость к деструкции, потери структурной воды и перекристаллизация продуктов деструкции в мусковите более резко разделены по времени и интервалу температур. Сравнение данных ТА, полученных для силикатов и для ПДМФС, показывает, что процессы завершения термоокислительной деструкции полимера и образования аморфного реакционноспособного кремнезема по температурному интервалу практически совпадает с началом дегидроксилизации силикатов.

Модельные системы «ПДМФС–силикат». По данным ТА, наполнение ПДМФС силикатами приводит к усложнению процесса его термоокислительной деструкции, проявляющееся на кривых ДТА и ТГ, ДТГ в виде дополнительных плечей, ступенек, изломов. Кроме того, происходит повышение температуры начала деструкции, оцененной по температуре Т4% (табл. 5.2), и смещение температурных интервалов деструкции в область более высоких температур. Сравнение данных ТА для асбест- и мусковитсодержащих образцов, показывает, что наполненные мусковитом образцы ПДМФС проявляют бльшую термостойкость. 

Составляющие композицию компоненты оказывают взаимное влияние: на процесс термической деструкции силикатов влияет присутствие ПДМФС и, наоборот, на процессы в ПДМФС оказывает влияние силикатный наполнитель, межфазные взаимодействия в системе «ПДМФС – силикат» не только оказывают влияние на формирование реакционной границы раздела фаз, но и на глубинные изменения в каждой из фаз.

На кривой ДТА системы «ПДМФС–мусковит» не проявляется эндоэффект с максимумом при 845 С, характерный для мусковита, отмечается едва заметный слабый эндоэффект при 1100 С, связанный с обрушением кристаллической решетки мусковита. При этом в интервалах 430–750 и 1170–1400 С протекают многочисленные экзореакции. По данным ИК спектроскопии, в системе «ПДМФС–мусковит» к 600 С происходит полное удаление органического обрамления ПДМФС, что согласуется с результатами химического анализа: содержание углерода в образце менее 1 мас. %, (ср. в исходном ПДМФС к 600 С образуется продукт, на 94.6 мас. % состоящий из SiO2). В исследуемой системе, начиная с 600 С, становится заметным процесс удаления гидроксильных групп, к 650 С этот процесс практически заканчивается, а в мусковите этот процесс только начинается. Напомним, что для ПДМФС, точнее, для продукта его термоокислительной деструкции, характерно наличие гидроксильных групп в области 500–650 С; нагревание выше 650 С тоже приводит к исчезновению полос поглощения SiOH связей. Таким образом, в присутствии мусковита процесс удаления гидроксильных групп начинается позже, чем у чистого ПДМФС, но завершается раньше и происходит в более узком интервале температур (при 600–650 С). При этом, если сравнивать с деструкцией собственно мусковита, то процесс дегидроксилизации в системе «ПДМФС – мусковит» заканчивается при температуре, приблизительно на 150 С более низкой.

При 900 С рентгенограмма системы «ПДМФС–мусковит» практически совпадает с рентгенограммой для чистого мусковита, но уже при 1000 С проявляются отличия в виде новых фаз: -Al2O3 (при 1100 С и выше переходит в -Al2O3),  муллит 3Al2O32SiO2, шпинель MgOAl2O3, количество которых увеличивается с повышением температуры.

На кривой ДТА системы «ПДМФС–хризотиловый асбест» не проявляется эндоэффект при 670 оС, характерный для данного силиката. Вместе с тем, можно отметить не менее 4 экзоэффектов, в том числе резкий экзоэффект с максимумом при 780 С, очень характерный по форме для хризотила, проявляющийся в данной системе при более низкой температуре, чем в исходном силикате.

По данным ИК спектроскопии, в системе «ПДМФС–асбест» к 500 С происходит полное удаление органического обрамления ПОС. Начиная с 500 С, становится заметным процесс удаления гидроксильных групп, к 600 С этот процесс практически заканчивается: в асбесте этот процесс имеет место в интервале 550–600 С. Таким образом, в присутствии асбеста процесс удаления гидроксильных групп начинается и заканчивается раньше, чем в случае ненаполненного ПДМФС. Процесс дегидроксилизации в системе «ПДМФС–асбест» заканчивается при температуре, приблизительно на 180 С ниже, чем в случае деструкции асбеста. Этим еще раз подчеркивается сопряженный характер изменений в ПДМФС и силикате.

По данным РФА, первое изменение в фазовом составе материала «ПДМФС–асбест» происходит при 700 С, появляются рефлексы в области углов 2, равных 26–28, 29–30, 34–37, свидетельствующие об образовании двух новых кристаллических фаз, форстерита и энстатита, однако, проявляются ярко далеко не все рефлексы, характерные для этих соединений, что может говорить о том, что в присутствии продуктов деструкции ПДМФС, процесс образования этих фаз происходит медленнее. При прокаливании образца при 1150–1200 С появляются рефлексы в области углов 2, равных 18, 32–34, 62–64, свидетельствующие об образовании шпинели состава Mg(Fe,Cr)2O4.

Таким образом, и для хризотилового асбеста, и для мусковита удаление OH-групп из структуры силикатов в композиционном материале является процессом более низкотемпературным, чем в исходных минералах. Гидроксильные группы аморфного продукта деструкции ПОС ускоряют процесс дегидроксилизации силикатов, имеющих серьезные дефекты структуры после длительной механохимической обработки компонентов в шаровых мельницах при синтезе ОСК. Однако такое взаимодействие приводит к получению более теплостойкого полимерного композита, что говорит об активной роли силикатных наполнителей и образовании в наполненном силикатами ПДМФС при нагревании температуроустойчивых метастабильных структур. При этом термостабилизирующий эффект хризотила менее выражен, чем в случае мусковита.

Модельная композиция «ПДМФС+АБС+ВаО2+V2O5». Сравнение рентгенограмм МК 5.6, содержащей ВаО2, и МК 5.8, не содержащей ВаО2, термообработанных при 20, 300 и 500 °С в течение 3 ч, показывает, что изменяется интенсивность линий, отвечающих дифракции V2O5 и ВаО2 для МК 5.6, и линий V2O5 для МК 5.8 (рис. 5.2 и 5.3). Широкий размытый рефлекс в диапазоне углов 2, равных 16.0–36.0, соответствует аморфному АБС. При термообработке для обоих образцов изменяется интенсивность дифракционных рефлексов АБС. Соотношение интенсивностей рефлексов при 20, 300 и 500 °С для образца МК 5.6 составило 1.57:1.32:1; для МК 5.8 – 1.38:1.21:1. Это свидетельствует о том, что для МК 5.6, содержащей наряду с V2O5  и пероксид бария, характер химических взаимодействий выражен более четко, и связан с вхождением ВаО в алюмоборосиликатную матрицу стекла, например, 2SiO2+ВаО2[SiO3/2]OВа2+.

При термостарении при 400 и 800 С цвет порошков МК 5.5–5.10 изменяется, что также может служить признаком структурных изменений в композиции. Визуальный осмотр образцов, прошедших термообработку при 400 и 800 °С, показывает, что при введении ВаО2 в систему «ПДМФС – АБС – V2O5» термоокислительный процесс происходит более равномерно и полно.

500 оС

300 оС

20 оС

Рис. 5.2. Рентгенограммы образцов

МК 5.6, термообработанных при 20, 300 и

500 °С: – V2O5, – BaO2.

Рис. 5.3. Рентгенограммы образцов МК 5.8, термообработанных при 20, 300 и 500 °С.

По данным ЭПР в образцах МК 5.6, 5.7, 5.9, подвергнутых термостарению при 400 и 800 оС, отсутствует ванадий в парамагнитных состояниях V+4 и V+2, что формально может означать, что в исследованных образцах ванадий присутствует в состоянии V+5 и V+3.

Модельная композиция «ПДМФС+хризотиловый асбест+АБС». В данной композиции возможны три вида сопряженных фазовых взаимодействий: ПДМФС – асбест, ПДМФС – стекло и асбест – стекло.

При нагревании состава «ПДМФС – силикат» в интервале 270–800 С содержание SiO2 в композициях возрастает, максимальные изменения содержания углерода происходят при 400–500 С. Процессы дегидроксилизации силикатов начинаются при более высокой температуре, поэтому изменение содержания SiO2 в системах следует связать с выгоранием органического обрамления ПДМФС. При соотношении ПОС:силикат=6:13 в интервале 400–500 С уменьшение содержания углерода происходит быстрее, чем прирост SiO2 (для асбеста почти в 3, талька – в 2 , мусковита – 1.5 раза), что говорит о реакциях расщепления Si–O–Si-связей и выделении циклов D3 и D4. В случае магнезиальных слоистых силикатов – хризотилового асбеста и талька происходит более заметное, по сравнению с мусковитом, выделение КО циклических продуктов. Стекло, введенное в определенном соотношении в систему, позволяет снизить выделение циклов: например, скорости уменьшения содержания углерода и прироста SiO2 в интервале 400–500°С будут одинаковыми при соотношении асбест : стекло=3.25 : 9.75, мусковит:стекло=6.5:6.5.

В присутствии стекла данного состава, вследствие уменьшения количества подвижных носителей О2 в кремниевокислородной матрице Пк, изменения скорости их диффузии к реакционной границе, должно происходить замедление, торможение процесса преобразования асбеста в форстерит и кремнезем.

Переходя к межфазным взаимодействиям «ПДМФС – асбест» в присутствии стекла, нельзя не остановиться на вопросе взаимовлияния отдельных реакций на поведение системы в целом. Основные направления взаимодействий в системе «ПДМФС – асбест» можно свести к следующим: 1) кремнезем, образующийся в результате термоокислительной деструкции ПОС, активирует структурные преобразования в кристаллической решетке асбеста; 2) высокое содержание поверхностных гидроксильных групп в асбесте, развитая поверхность и высокая концентрация адсорбированного на асбесте ПДМФС наряду с высоким содержанием MgO в хризотиловом асбесте (38–43 мас. %), способного в интервале 500–1000 С выступать в роли свободного щелочного агента, обусловливают каталитическое отщепление фрагментов с силоксановыми связями в ПОС, повышенное (по сравнению с мусковитом) выделение низкомолекулярных силоксанов. В присутствии стекла процессы термоокислительной деструкции ПДМФС и термического разложения хризотилового асбеста идут медленнее, поэтому изменения в системе ПДМФС – хризотил будут менее выраженными, т. е. система в целом будет проявлять бльшую термостойкость.

Высокая теплостойкость МК 5.1 и 5.5 (не менее 3 ч при 800 и 900 °С; 10 и 40 мин при 1100 °С, соответственно), содержащих стекловидные добавки, по-видимому, может быть объяснена описанным выше образом.

Характер взаимодействий в рассмотренных бинарных, тройных системах, безусловно, не может не найти свое отражение в более многокомпонентной композиции, однако взаимное влияние этих взаимодействий проследить достаточно сложно.

Сравнение рентгенограмм образцов МК 5.5, термообработанных при  180 °С в течение 3 ч, и дополнительно при 980 °С в течение 3 ч, показывает (рис. 5.4), что соотношение интенсивностей рефлексов АБС для первого и второго образцов составляет 1.14:1.0, т. е. при высокотемпературной обработке содержание стекла в системе уменьшается.

Кроме того, термостарение Пк проявляется в перестройке кристаллических решеток асбеста и слюды, появляются рефлексы форстерита. Линии, отвечающие дифракции V2O5, BaO2 исчезают, на рентгенограмме образца, термообработанного при 980 °С, появляются рефлексы BaV2O6 (№ карточки в JCPDC 23-838) и Ba3(VO4)2 (№ карточки в JCPDC 25-1192). Относительная интенсивность линий, отвечающих дифракции ZrO2, наоборот, возрастает, т. е. в данной системе в изученном температурном интервале, по-видимому, этот наполнитель инертен.

– ZrO2,

– V2O5, – BaO2,

– слюда мусковит

– форстерит,

– BaV2O6,

– Ba3(VO4)2

Рис. 5.4 Рентгенограммы покрытий, сформированных из МК 5.5 и термообработанных при 180 и 980 °С

– ZrO2,

Рис. 5.5 Влияние режимов температурной обработки на состав МК 5.5: 250 °С, 3 ч (а) ;

250 °С, 3 ч + 600 °С, 2 ч (б);

250 °С, 3 ч+600 °С, 2 ч+800 °С, 1 ч (в)

– V2O5 , – BaO2,

– слюда мусковит

– форстерит,

– BaV2O6, – Ba3(VO4)2

При термостарении Пк наблюдаются изменения цвета и морфологии поверхности, уменьшается толщина Пк, поверхность становится шероховатой, адгезия к жаропрочной подложке сохраняется.

При исследовании методом РФА порошков Пк из МК 5.5, термообработанных при разных температурах (рис. 5.5), также отмечена перестройка кристаллических решеток асбеста и слюды, в образце, термообработанном при температуре 600 °С: исчезновение линий пероксида бария, уменьшение интенсивности линий V2О5 и появление линий метаванадата бария. В образце, термообработанном при 800 °С, четко видны рефлексы мета- и ортованадатов бария. Если исходное АБС рентгеноаморфно и для него характерна широкая размытая полоса в интервале 2 10–60, то в процессе термостарения при температуре 800 °С появляются и кристаллизуются при охлаждении стекла нового состава: ВaMg3Al2Si2O10(OH)2 (№ по картотеке ICDD 290180) и калий-магний-бор-силикат гидроксид KMg3BSi3O10(OH)2 (№ 240868), к числу новых фаз могут быть отнесен также алюмосиликат калия K4Al2Si2O9  (№180491).

Таким образом, нами рассмотрены основные типы химических взаимодействий в процессе формирования и старения высокотемпературных ОСПк и их влияние на структуру покрытия. Введение малощелочного АБС, V2O5, BaO2 в систему «ПДМФС – слюда-мусковит – хризотил-асбест – ZrO2» приводит к повышению теплостойкости и улучшению физико-механических свойств ОСПк.

ВЫВОДЫ

1.        На основании проведенных систематических исследований установлены физико-химические закономерности влияния химической природы кремнийорганических и органических пленкообразователей, силикатных и оксидных наполнителей, пигментов, функциональных добавок (отвердителей, наномодификаторов и др.), а также условий формирования органосиликатных материалов в системах полиорганосилоксан – силикат – оксид на структуру и энергетические характеристики поверхности и, соответственно, на физико-химические и физико-механические свойства органосиликатных покрытий, герметиков и клеев и процессы их деградации.

2.        Показано влияние вида и температурно-временных параметров отверждения, структурно-механических свойств органосиликатных суспензий с введенным отвердителем на энергетические характеристики и свойства органосиликатных покрытий.

В зависимости от выбранного способа отверждения значения полной поверхностной энергии s и ее составляющих могут изменяться в широком интервале (s: 17.7–40.6 мДж/м2). При использовании отвердителей АГМ-9, ТБТ, ТЭС+диэтиламин значения полной поверхностной энергии покрытия s выше, рельеф поверхности более развит, чем при отверждении термообработкой. Эффективность отвердителей АГМ-9 и (ТЭС+диэтиламин) при 20 С высокая: G 88 и 69 % и sd 26.50 и 25.40 мДж/м2, соответственно.

На структурно-механических свойства органосиликатных суспензий и энергетические характеристики и свойства покрытий на их основе оказывает значительное влияние продолжительность хранения органосиликатных композиций с введенным отвердителем.

3.        Установлены механизм фазовой дифференциации в полимерных смесях ПДМФС–уретановый форполимер и ПДМФС–низкомолекулярный жидкий полидиметилсилоксановый каучук, а также основные физико-химические закономерности сочетания полимерных компонентов для создания температуроустойчивых органосиликатных материалов с новыми свойствами. Показано, что введение наполнителей и сшивающих агентов в полимерные смеси приводит к повышению вынужденной совместимости компонентов и может существенно изменить в них фазовое равновесие. 

       Разработана новая уретансодержащая органосиликатная композиция для атмосферостойкого покрытия с улучшенными физико-механическими свойствами и стойкостью к действию температурно-влажностных полей. Разработаны и защищены патентом РФ новые органосиликатные композиции широкой цветовой гаммы для антиобледенительных атмосферостойких покрытий. Покрытие включено в новую редакцию ГОСТ 9.401.

4.        На примере полимерных смесей ПДМФС–уретановый форполимер, ПДМФС–полидиметилсилоксан-,-диол, ПДМФС–алкидная смола показано, что для определения эксплуатационной совместимости 2-х полимеров в общем растворителе может быть использована зависимость напряжения сдвига () от состава концентрированного раствора полимерной смеси. Для оценки прочности ассоциатов, образующихся в полимерной смеси, проведено сравнение на участках кривых течения, соответствующих аномальному течению (неньютоновскому), или, характеризующих прочность полностью разрушенных структур.

5. Определены параметры совместимости для пленкообразующих компонентов органосиликатных покрытий. Для кинетически устойчивых эксплуатационно-совместимых полимерных систем ПДМФС–СКУ-ПФЛ, ПДМФС–алкидная смола, ПДМФС–эпоксиэфирная смола значения равны 0.2, 5.5 и 15.7 кал/см3, соответственно, для фазоразделенных кинетически неустойчивых систем ПДМФС–СКТН, ПДМФС–фенолформальдегидная смола – 3.8 и 35.2 кал/см3, т. е. компоненты в рассмотренных полимерных смесях термодинамически не совместимы.

6.        Предложен и экспериментально обоснован способ синтеза хлорированных ПДМС и ПДМФС, основанный на реакции хлорирования молекулярным хлором в присутствии олигоазина с системой сопряженных кратных связей в мягких условиях без освещения и нагревания.

Показано, что в реакциях хлорирования ПДМС и ПДМФС наблюдается корреляция активирующей способности и длины эффективного сопряжения в макроцепи олигоазина. Взаимодействие хлора с ПДМС и ПДМФС в присутствии олигоазина протекает как реакция замещения, при этом в хлорированном ПДМС уже при небольших глубинах замещения имеет место двойное хлорирование метильных групп. Связанный полимером хлор в хлорированном ПДМФС находится главным образом в виде хлорзамещенного бензольного кольца.

Разработана и защищена патентами РФ композиция для антикоррозионного теплостойкого органосиликатного покрытия на основе хлорированного ПДМФС. Покрытие перспективно для использования в приборостроении, электронике, судостроении, строительстве.

7.        Установлено, что введение в органосиликатную композицию состава полиорганосилоксан–тальк–мусковит–пигменты добавок органо-модифицированного сепиолита и наноразмерных порошков SiO2 и Sb2O3 придает органосиликатным суспензиям тиксотропный эффект, повышает их седиментационную устойчивость, позволяет получить атмосферостойкие покрытия с низким грязеудержанием, с теплостойкостью не менее 300 °С.

8.        На примере органосиликатной композиции с добавками фуллеренов С60+С70 выявлено влияние концентрации наномодификатора на значение полной поверхностной энергии покрытия s. Установлено, что с увеличением содержания фуллерена значения s возрастают, рост обусловлен возрастанием дисперсионной составляющей, значения полярной составляющей при этом уменьшаются в 3–4 раза. Влияние полиэдральных многослойных наночастиц – астраленов – на значения s более выражено. Введение фуллеренов и астраленов отражается на свойствах покрытий, особенно заметно проявляющихся на границе раздела фаз, модифицированные ими органосиликатные покрытия тепло- и влагостойки.

9.        Синтезирован наноразмерный двойной пирофосфат натрия-хрома, определены характеристические свойства органосиликатных композиций и радиационностойких дезактивируемых покрытий светлых тонов, содержащих синтезированный пигмент. Установлено, что при использовании тонкодисперсных натрий-хромовых пирофосфатов в качестве зеленых пигментов в рецептурах дезактивируемых покрытий повышаются теплостойкость, термоэластичность, физико-механические и защитные свойства, поверхность обладает необходимыми адсорбционно-физическими свойствами.

10.                Предложена методика прогнозирования долговечности органосиликатных покрытий в интервале 20–300 оС. Методика основана на изменении температуры стеклования покрытия под действием изменяющихся температуро-влажностных полей.

       Установлено, что по величине γs можно судить о способности органосиликатного покрытия к дезактивации, к грязеудержанию и антиобледенительному эффекту. Для получения устойчивых характеристик для атмосферостойких органосиликатных покрытий оптимальными являются значения γs≤40 мДж/м2, для дезактивируемых – γs≤30 мДж/м2, для антиобледенительных – γs≤25 мДж/м2.

11.         Проведено исследование вклада химических реакций в процессы формирования и высокотемпературной деградации органосиликатных материалов на примере композиций состава модифицированный органическим полиэфиром ПДМФС–слюда-мусковит–хризотиловый асбест–малощелочное алюмоборосиликатное стекло–V2O5/BaO2–ZrO2–толуол.        Разработана новая органосиликатная композиция для изготовления и наклейки высокотемпературных тензорезисторов для измерения статических и динамических деформаций в интервале температур от минус 40 до 1100 °С.

12.         Рассмотрены закономерности взаимодействия оксидов-сеткообразователей (Р2O5, V2O5, Sb2O3, ZrO2) в составе органосиликатных композиций с продуктами термической деструкции полиорганосилоксанов. Установлено, что образование единой элементкремнекислородной матрицы определяет функциональные свойства высокотемпературных органосиликатных материалов.

Перечень публикаций, наиболее полно отражающих содержание диссертации:

1.        Чуппина С.В., Жабрев В.А., Барагунова В.С. Структурно-механические свойства органосиликатных композиций с введенным отвердителем // Физ. и хим. стекла. 2009. Т. 35. № 1. С. 82–91.

2.        Жабрев В.А., Чуппина С.В., Марголин В.И. Самоорганизация как осознанный выбор направления химического процесса // Физ. и хим. стекла. 2008. Т. 34. № 6. С. 841–865.

3.        Чуппина С.В., Михайлиди М.М. Применение нанотехнологий в органосиликатных материалах // Физ. и хим. стекла. 2008. Т. 34. № 5. С. 785–788.

4.        Чуппина С.В. Исследование функциональной роли сепиолита в органосиликатных композициях // Физ. и хим. стекла. 2008. Т. 34. № 2. С. 214–221.

5.        Чуппина С.В., Жабрев В.А. Химические реакции при отверждении органосиликатных композиций и старении органосиликатных покрытий // Физ. и хим. стекла. 2008. Т. 34.  № 1. С. 104–115.

6.        Чуппина С.В., Михайлиди М.М. Исследование влияния углеродных фуллеренов и астраленов на свойства органосиликатной композиции // Программа и тезисы докладов Второго Всероссийского совещания ученых, инженеров и производителей в области нанотехнологий. Москва, 15 мая 2008. М., 2008. С. 45–46.

7.        Чуппина С.В., Агкацева Е.К. Синтез тонкодисперсных фосфатов хрома для пигментирования радиационностойких органосиликатных покрытий // Программа и тезисы докладов Второго Всероссийского совещания ученых, инженеров и производителей в области нанотехнологий. Москва, 15 мая 2008. М., 2008. С. 48.

8.        Chuppina S.V., Zhabrev V.A. Activated by Oligoazines Chlorination of Polyorganosiloxanes and Chemical Self-Organization // Rusnanotech Nanotechnology International Forum. 3–5.12.2008. Abstracts. Scientific and Technological Sections. V. 1 P. 532–534.

9.        Чуппина С.В., Жабрев В.А. Процессы самоорганизации в органосиликатных композициях (ОСК) // Всероссийская конференции по физической химии и нанотехнологиям «НИФХИ-90». Москва, 10–14 ноября 2008, НИФХИ им. Карпова. С. 83.

10.        Chuppina S.V., Zhabrev V.A. Structures and Properties of Organosilicate Composites for High-Temperature Resistant Coatings // Седьмая Российско-Израильская конференция «Оптимизация состава, структуры и свойств металлических, оксидных, композиционных, нано- и аморфных материалов». Пермь, август, 2008, ИМЕТ УрО РАН.

11.        Chuppina S.V., Zhabrev V.A. High-Temperature Interactions in Organosilicate Materials // Proc. of the 2nd International Congress on Ceramics. Verona, June 29–July 4, 2008. 4P-71.

12.        Чуппина С.В., Жабрев В.А. Органосиликатные материалы с градиентной структурой // Научные основы химии и технологии переработки комплексного сырья и синтеза на его основе функциональных материалов. Сб. докладов Всероссийской научной конференции с международным участием. Апатиты: Изд. Кольского НЦ РАН, 2008. С. 97.

13.        Чуппина С.В., Жабрев В.А. Изменение энергетических характеристик поверхности органосиликатных покрытий в процессе формирования // Физ. и хим. стекла. 2007. Т. 33. № 6. С. 872–883.

14.        Чуппина С.В. Органосиликатные антиобледенительные градиентные покрытия // Физ. и хим. стекла. 2007. Т. 33. № 5. С. 691–702.

15.        Chuppina S.V., Zhabrev V.A. Chemistry and technology of organosilicate composites // Proc. of the 6th Israeli-Russian Bi-National Workshop 2007. «The Optimization of the Сomposition, Structure and Properties of Metals, Oxides, Composites, Nano- and Amorphous Materials». Jerusalem: Israeli Academy of Sciences and Humanities, 2007. P. 240–245.

16.        Чуппина С.В. Становление материаловедения органосиликатных композиций // Бутлеровские сообщения. 2007. Т. 12. № 7. С. 1–9.

17.        Чуппина С.В. Формирование температуроустойчивых органосиликатных функциональных покрытий, клеевых соединений и герметизирующих слоев // Тезисы докладов конференции «Лакокрасочная промышленность сегодня: сырье и материалы. Проблемы экологии, технологии и оборудования. Проблемы рынка. М.: ЗАО ПИК Максима, 2007. С. 38–42.

18.        Чуппина С.В. Противокоррозионные органосиликатные покрытия // Тр. XX Всероссийского Совещания по температуроустойчивым функциональным покрытиям. СПб.: ИХС РАН, 2007. С. 142–143.

19.        Чуппина С.В., Агкацева Е.К. Рецептурно-технологические особенности органосиликатных покрытий светлых тонов // Тр. XX Всероссийского Совещания по температуроустойчивым функциональным покрытиям. СПб.: ИХС РАН, 2007. С. 143–144.

20.        Чуппина С.В., Жабрев В.А. Исследование межфазных взаимодействий в температуроустойчивых органосиликатных покрытиях // Тр. XX Всероссийского Совещания по температуроустойчивым функциональным покрытиям. СПб.: ИХС РАН, 2007. С. 146–147.

21.        Чуппина С.В., Лукьянов Г.Н., Петрова Е.В. Теплофизические свойства органосиликатных материалов // Тр. XX Всероссийского Совещания по температуроустойчивым функциональным покрытиям. СПб.: ИХС РАН, 2007. С. 147–149.

22.        Чуппина С.В. Современное состояние материаловедения органосиликатных композиций // Физ. и хим. стекла. 2006. Т. 32. № 2. С. 339–351.

23.        Чуппина С.В. Модифицированные полиуретаном органосиликатные композиции // Бутлеровские сообщения. 2006. Т. 9. № 5. С. 29–37.

24.        Чуппина С.В. Органосиликатные материалы // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2006. № 1. С. 15–19.

25.        Чуппина С.В. Формирование органосиликатных покрытий, клеевых соединений и герметизирующих слоев // Клеи. Герметики. Технологии. 2006. № 2. С. 12–16.

26.        Чуппина С.В. Современное состояние материаловедения органосиликатных композиций (ОСК): покрытий, клеев, герметиков // Актуальные вопросы применения органосиликатных и кремнийорганических покрытий, клеев, герметиков: Материалы научно-практического семинара 29 мая 2006 г. СПб.: ИХС РАН, 2006. С. 14–23.

27.        Чуппина С.В. Основные элементы системы знаний «Химия и технология органосиликатных материалов (ОСМ)» // Состояние и перспективы развития лакокрасочной промышленности: сырьевое обеспечение, технологии и актуальный товарный ассортимент. Тезисы докладов конференции, 14–15 марта 2006 г. М.: ЗАО ПИК Максима, 2006. С. 43–46.

28.        Чуппина С.В. Органосиликатные покрытия. Клеи и герметики: современные и представления о формировании и старении // «Новые материалы и технологии противокоррозионной защиты в промышленности». Тезисы докладов конференции ВАКОР, 20–24 ноября 2006. М.: Универсум, 2006. С. 20–22.

29.        Чуппина С.В., Жабрев В.А. Работы ИХС РАН в области антикоррозионной защиты: органосиликатные материалы // Новые материалы и технологии противокоррозионной защиты в промышленности. Тезисы докладов ВАКОР. 6–7 декабря 2005. М.: Универсум, 2006. С. 33–34.

30.        Chuppina S.V. Improvement of Organosilicate Coating Properties Using in-situ Colloidal Synthesis // Book of Abstracts. Structural Chemistry of Partially Ordered Systems, Nanoparticles and Nanocomposites. Topical Meeting of ECerS. Spb. June 27–29, 2006. SPb., 2006. P. 149. 

31.        Чуппина С.В. Система знаний «Химия и технология органосиликатных композиций» // Применение органосиликатных композиций для противокоррозионной защиты строительных конструкций, технологического оборудования и декоративной окраски фасадов зданий: Материалы семинара. СПб.: ИХС РАН, 2005. С. 7–15.

32.        Чуппина С.В. Температуроустойчивые органосиликатные композиции для тензометрии // Клеи. Герметики. Технологии. 2005. № 8. С. 14–16.

33.        Чуппина С.В., Жабрев В.А. Органосиликатная композиция ОС-52-24 // Отчет о деятельности РАН в 2004 году. Важнейшие итоги. М.: Наука, 2005. С. 55–56.

34.        Чуппина С.В. Актуальные вопросы химии и технологии органосиликатных покрытий // Температуроустойчивые функциональные покрытия. Тр. XIX Совещания. Ч. II. СПб.: ИХС РАН, 2003. С. 172–177.

35.        Ляхова Е.А., Чуппина С.В., Басуева Е.В. Физико-химические аспекты разработки органосиликатных покрытий для защиты древесины // Температуроустойчивые функциональные покрытия. Тр. XIX Совещания. Ч. II. СПб.: ИХС РАН, 2003. С. 34–38.

36.        Фокина Л.Т., Шнурков Н.В., Красильникова Л.Н., Чуппина С.В., Кротиков В.А. Атмосферная стабильность органосиликатных покрытий // Коррозия: материалы, защита, 2003. № 5. С. 34–37.

37.        Чуппина С.В. Реакции прямого хлорирования полиорганосилоксанов в присутствие сопряженных олигоазинов // Сб. науч. трудов 4-го международного симпозиума по химии и применению фосфор-, сера- и кремнийорганических соединений. СПб., 2002. С. 87–88.

38.        Фокина Л.Т., Шнурков Н.В., Красильникова Л.Н., Чуппина С.В., Кротиков В.А. Результаты ускоренных испытаний образцов защитных покрытий ОС-56-33 в умеренном и холодном климате // Оборонный комплекс – научно-техническому прогрессу России. 2002. Вып. 2. С. 85–87.

39.        Чуппина С.В. Опыт применения органосиликатных материалов в электротехнике, радиотехнике и радиоэлектронике // 5-я Научная молодежная школа «Микро- и наносистемная техника (материалы, технологии, структуры и приборы)». Тезисы докладов. СПб., 2002. С. 21–24.

40.        Чуппина С.В. Физико-химические закономерности процессов формирования и старения органосиликатных покрытий // Программа и тезисы докладов семинара «Применение органосиликатных материалов и покрытий». СПб.: ИХС РАН, 2002. С. 7–9.

41.        Чуппина С.В., Красильникова Л.Н. Использование реологического метода для изучения совместимости полимерных компонентов в органосиликатных покрытиях // Температуроустойчивые функциональные покрытия. Тр. VIII Совещания. Ч. II. Изд. Тул. Гос. Пед. Ун-та им. Л. Н. Толстого, 2001. С. 120–124.

42.        Буслаев Г.С., Чуппина С.В., Красильникова Л.Н. Новое температуроустойчивое противокоррозионное органосиликатное покрытие // Температуроустойчивые функциональные покрытия. Тр. VIII Совещания. Ч. II. Изд. Тул. Гос. Пед. Ун-та им. Л. Н. Толстого, 2001. С. 124–126.

43.        Патент РФ № 2156786. МКИ С 09 К 3/18. Композиция для антиобледенительного покрытия / Красильникова Л.Н., Чуппина С.В., Кротиков В.А., Шнурков Н.В., Фокина Л.Т. // БИ. 2000. № 27. С. 249.

44.        Шнурков Н.В., Затонская В.М., Фокина Л.Т., Красильникова Л.Н., Чуппина С.В. Результаты натурных испытаний образцов с защитными покрытиями ОС-56-22, Грэмируст, ЭП-0119 в атмосферных условиях Мурманской области // Практика противокоррозионной защиты. 2000. № 2 (16). С. 47–49.

45.        Кротиков В.А., Буслаев Г.С., Красильникова Л.Н., Чуппина С.В. Органосиликатные композиции и возможности их применения в электронной промышленности // Создание и использование новых перспективных материалов для радиоэлектронной аппаратуры и приборов. Тезисы докладов и программа научно-технической конф. М., 2000. С. 76–79.

46.        Чуппина С.В. Синтез хлорированных полиорганосилоксанов как связующих температуроустойчивых защитных покрытий. Автореф. канд. дис. СПб.: ИХС, 2000. 24 с.

47.        Чуппина С.В., Красильникова Л.Н. Изменение температуры стеклования органосиликатных покрытий в процессе увлажнения // Термодинамика и химическое строение расплавов и стекол. Тезисы докладов международной конференции. СПб.: ИХС РАН, 1999. С. 95–96.

48.        Красильникова Л.Н., Чуппина С.В., Кротиков В.А., Шнурков Н.В., Фокина Л.Т., Атепкова Г.Н. Многофункциональное градиентное органосиликатное покрытие // Темпе-ратуроустойчивые функциональные покрытия. Тр. XVII Совещания. Ч. II. СПб.: ИХС РАН, 1997. С. 140–145.

49.        Шнурков Н.В., Фокина Л.Т., Атепкова Г.Н., Красильникова Л.Н., Чуппина С.В., Кротиков В.А. Опыт использования органосиликатного покрытия для защиты металлических конструкций // Температуроустойчивые функциональные покрытия. Тр. XVII Совещания. Ч. I. СПб.: ИХС РАН, 1997 С. 162–168.

50.        Красильникова Л.Н., Чуппина С.В., Шапатин А.С., Смирнова Е.С. Изучение систем отверждения органосиликатного градиентного покрытия // Температуроустойчивые функциональные покрытия. Тр. XVII Совещания. Ч. II. СПб.: ИХС РАН, 1997. С. 146–149.

51.        Чуппина С.В., Пакратова Е.Т., Кротиков В.А., Спиридонов В.И. Теплостойкость защитных покрытий на основе хлорированных полиорганосилоксанов // Температуроустойчивые функциональные покрытия. Тр. XVII Совещания. Ч. II. СПб.: ИХС РАН, 1997. С. 135–139.

52.        Глебова И.Б., Голубков В.А., Чуппина С.В., Красильникова Л.Н., Кротиков В.А. Исследование полимерной матрицы полиуретансодержащего органосиликатного покрытия методом РМУ // Температуроустойчивые функциональные покрытия. Тр. XVII Совещания. Ч. II. СПб.: ИХС РАН, 1997. С. 169–173.

53.        Tchouppina S.V., Krasilnikova L.N. Composition – Structure – Properties Relationship and Durability of Modified Organosilicate Polymeric Composite // MRS 1995 Spring Meeting Symp. Proc. Polymer / Inorganic Interfaces II. San-Francisco, 1995. V. 385. № 5.8. P. 276–282.

54.        Tchouppina S.V., Krasilnikova L.N. Short-Term Test to Predict Atmosphere Corrosion Protective Properties of Organosilicate Polymeric Coatings // MRS 1995 Fall Meeting Abstracts. Boston, 1995. Y 7.10.

55.        Панкратова Е.Т., Чуппина С.В., Дубицкий А.Н., Воробьев Н.Д. Кремнийорганические композиции «Уникрон» // ЛКМ и их применение. 1995. № 10–11. С. 36–37.

56.        Патент РФ № 2041906. МКИ С 09 D 183/08, 5/08. Композиция для антикоррозионного покрытия. / Панкратова Е. Т., Чуппина С. В. // Изобретения. 1995. № 23. С. 177. 57.        Патент СССР № 1808000. МКИ С 09 D 183/08, 5/08 Композиция для антикорро-зионного покрытия. / Панкратова Е.Т., Чуппина С.В. // Изобретения. 1993. № 13. С. 220.

58.        Чуппина С.В., Красильникова Л.Н., Стародубцева Н.Н. Исследование эксплуатационной совместимости полимера кремнийорганического лака КО-921 и полиуретанового форполимера СКУ-ПФЛ // Тезисы докладов VIII Совещания по химии и практическому применению кремнийорганических соединений. СПб., 1992. С. 63.

59.        Павлова С.В. (Чуппина С.В.), Панкратова Е.Т. Синтез и свойства хлорированного полидиметилфенилсилоксана // Тезисы докладов VII Совещания по химии и практическому применению кремнийорганических соединений и материалов. Л.: Наука, 1988. С. 93.

60.        Ивашкин В.В., Сергеев А.М., Павлова С.В. (Чуппина С.В.), Басуева Е.В. О возможности ускоренного режима отверждения кремнийорганических композиций // Тезисы докладов VII Совещания по химии и практическому применению кремнийорганических соединений и материалов. Л.: Наука, 1988. С. 115.

61        Панкратова Е.Т., Павлова С.В. (Чуппина С.В.), Шелих А.Ф. Хлорирование полидиметилсилоксана в присутствиеи олигоазинов // Высокомолекулярные соединения. 1987. Т. 29Б. № 7. С. 522–525.

62.        Pankratova E.T., Pavlova S.V. (Tchouppina S.V.), Shelich A.F. The Chlorination of Polydimethylsiloxane in Addition of Oligoazines // IPSAT. 1987. № 12. P. 123–126. 63.        Чуппина С.В., Круглова О.В. Синтез двойных пирофосфатов натрия – хрома для пигментирования органосиликатных покрытий // Физ. и хим. стекла. 2009. № 5. С. 00 – 00.

 



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.