Исследование поверхностного натяжения и углов смачивания для создания эффективных полимерных связующих на основе эпоксидных олигомеров с активными разбавителями

Цели. Определение поверхностного натяжения, статического и динамического углов смачивания при разных температурах для эпоксидных олигомеров марок ЭД-20 и DER-330; для активных разбавителей – алифатических соединений на основе глицидиловых эфиров – Лапроксидов и Лапролата разной структуры, функциональности, молекулярной массы, вязкости; а также для систем, состоящих из эпоксидных олигомеров и активных разбавителей разного состава. Также целью являлось создание эффективных полимерных связующих (матриц) для композитов.

Методы. В качестве объектов исследования использовали эпоксидные олигомеры марок ЭД-20 и DER-330; активные разбавители – Лапроксиды (201Б, ДЭГ-1, Э-181, 703) и Лапролат 301; а также системы эпоксидный олигомер + Лапроксид (Лапролат) разных составов. Поверхностное натяжение, статический и динамический углы смачивания определяли методом Вильгельми и методом отрыва кольца на полуавтоматическом тензиометре при разных температурах (20–60 ºС). Статический угол смачивания измеряли на тонкой пластине из алюмоборосиликатного стекла. Значения динамического угла смачивания определяли на установке для измерения поверхностного натяжения, разработанной АО «НПО Стеклопластик».

Результаты. Определены значения поверхностного натяжения, углов статического и динамического смачивания для эпоксидных олигомеров ЭД-20 и DER-330, Лапроксидов 201Б, ДЭГ-1, Э-181, 703 и Лапролата 301, а также для смешанных систем при температурах от 20 до 60 ºС. Рассчитаны скорости пропитки армирующих волокнистых наполнителей эффективными связующими на основе смешанных систем. Показано, что при введении в эпоксидные олигомеры Лапроксидов (Лапролата), поверхностное натяжение снижается, углы смачивания уменьшаются, температура повышается, в результате чего скорость пропитки возрастает в 10–20 раз.

Выводы. Повышение температуры от 20 до 60 ºС приводит к снижению поверхностного натяжения систем, состоящих из эпоксидных олигомеров и активных разбавителей, практически в 2 раза. Углы смачивания изменяются всего на 4°–7°, существенно улучшается качество пропитки, скорость пропитки увеличивается в 10–20 раз.

1. Дебердеев Т.Р., Гарипов Р.М., Сычова М.В., Улитин Н.В., Фомин А.А., Иржак В.И. Описание топологической структуры модифицированных циклокарбонатом эпоксиаминных систем. Вестник Казанского технологического университета. 2008;(5):112-118.

2. Антипова Е.А., Короткова Н.П., Лебедев В.С. Современные полиуретановые, эпоксидные, ПУ- акрилатные и эпоксиакрилатные связующие для индустриальных ЛКМ производства ООО «НПП Макромер». Лакокрасочные материалы и их применение. 2012;(9):14-21.

3. Шодэ Л.Г., Сорокин М.Ф., Кузьмин А.И. Глицидиловые эфиры карбоновых кислот и их применение. Лакокрасочные материалы и их применение. 1982;(4):20-23.

4. Осипов П.В., Осипчик В.С., Смотрова С.А., Томильчик А.Я. Исследование свойств модифицированных эпоксисодержащих олигомеров. Пластические массы. 2011;(2):4-7.

5. Zhavoronok E.S., Senchikhin I.N., Vysotskii V.V. et al. Effect of the nature and associate structure of an epoxy oligomer on the rate of its curing with diamine. Polym. Sci. Ser. B. 2017;(59):421-429. https://doi.org/10.1134/S1560090417040121

6. Sidorov O.I., Dubkov K.A., Semikolenov S.V. et al. A Study of the Properties of Unsaturated Polyketone as a Representative of New-Type Reactive Oligomers for the Development of an Adhesive Composition on Its Basis. Polym. Sci. Ser. D. 2018;(11):215-224. https://doi.org/10.1134/S199542121802017X

7. Крыжановский В.К., Бурлов В.В., Семенова А.Д., Жорова Ю.В. Изучение влияния лапроксидов на физические свойства и деформационное поведение эпоксидно-диановых полимеров. Пластические массы. 2011;(9):29-32.

8. Трофимов А.Н., Апексимов Н.В., Симонов-Емельянов И.Д., Прохорова Ю.С. Влияние разбавителей на кинетику объемной усадки и напряжений при отверждении эпоксидиановых олигомеров. Тонкие химические технологии. 2016;11(6):103-107. https://doi.org/10.32362/2410-6593-2016-11-6-103-107

9. Сенчихин И.Н., Сотникова Е.Ф., Жаворонок Е.С., Киселев М.Р., Чалых А.Е. Исследование отверждения эпоксиаминных смесей в присутствии активного разбавителя методом ДСК. Успехи в химии и химической технологии. 2007;3(71):77-81.

10. Межиковский С.М., Иржак В.И. Химическая физика отверждения олигомеров. М.: Наука; 2008. 269 с.

11. Канович М.З., Трофимов Н.Н. Сопротивление композиционных материалов. М.: Мир; 2004. 504 с.

12. Киселёв В.И., Соколов В.И., Шалгунов С.И. Способ измерения коэффициента поверхностного натяжения и статического и динамического краевых углов смачивания: Патент РФ 2 244 288 C1, 2004.04.01.