Медленные полимочевинные композиции с высокими эксплуатационными свойствами

Цели. Совершенствование технологии получения полимерных напыляемых покрытий на основе поликарбодиимидов (полимочевин), путем изучения закономерностей изменения технологических и эксплуатационных свойств при введении в состав композиции производных аспарагиновой кислоты (ПАК).

Методы. Процесс производства напыляемых и контактных полимочевин сопряжен с рядом трудностей, главной из которых является стоимость используемых компонентов и работа с высокопроизводительным оборудованием высокого давления, поэтому авторами было предложено использовать метод математического моделирования для оценки оптимального плана проведения эксперимента. Измерение времени жизни композиции проводили в условиях, приближенных к реальным условиям нанесения. Компоненты А и Б термостатировали, смешивали в заданных соотношениях. Затем замеряли время гелеобразования, которое считали временем жизни композиции. Твердость материала определяли по методу Шора по ГОСТ 24621-91. Прочность и относительное удлинение при растяжении определяли по стандартной методике (ГОСТ 30436-96).

Результаты. Исследовано влияние трех ПАК на свойства готовой полимочевины и показано, что введение в состав полимочевины двух из них (ПАК1 и ПАК2) в количестве до 40 мас. % дает возможность получить полимочевины со временем жизни >250 с, что позволяет перевести их в разряд «медленных», то есть способных наноситься вручную. Готовые продукты обладают физическими свойствами, аналогичными материалам, полученным методом машинной заливки (прочностью на разрыв >73 МПа, прочностью при растяжении >23 МПа и относительным удлинением >500%). Составлены уравнения регрессии, на основании которых построены графики равных уровней, показывающие возможные области направленной модификации исследуемых композиций.

Выводы. Применение ПАК в качестве модифицирующего компонента для полимочевинных систем позволяет получить «медленные» полимочевины с высокими эксплуатационными свойствами, которые можно целенаправленно регулировать, используя метод математического моделирования. Помимо прочего, полученные продукты несут в себе коммерческую ценность, так как обладают совокупностью нужных физико-механических свойств.

1. Романов С.И., Ботвинова О.А., Тимаков Е.А., Чижова Л.А., Панов Ю.Т. Разработка композиции на основе полимочевины с увеличенным сроком службы. Тонкие химические технологии. 2021;16(2):176–183. https://doi.org/10.32362/2410-6593-2021-16-2-176-183

2. Аржаков М.С., Яковлев П.П., Ярышева А.Ю., Лопаткин А.И., Ярославов А.А. Механические свойства изоляционных покрытий на основе модифицированной полимочевины. Доклады Российской академии наук. Химия, науки о материалах. 2021;497(1);29–32. https://doi.org/10.31857/S2686953521020035

3. Botvinova O.A., Panov Y.T., Romanov S.V. Producing Bicomponent Sealants Based on Polyaspartate Urea Resins. Polym. Sci. Ser. D. 2020;13:407–413. https://doi.org/10.1134/S1995421220040048

4. Posey M.L., Hillman K.M., Klein H.P. New Secondary Amine Chain Extenders for Aliphatic Polyurea Materials. Materials Science. 2003. Corpus ID: 92430089

5. Akindoyo J., Beg M., Ghazali S., Islam M., Jeyaratnam N., Yuvaraj A.R. Polyurethane types, synthesis and applications-a Review. RSC Adv. 2016;6(115);114453–114482. https://doi.org/10.1039/C6RA14525F

6. Zilg C., Mulhaupt R. Morphology and toughness/stiffness balance of nanocomposites based upon anhydride-cured epoxy resins and layered silicates. Macromol. Chem. Phys. 1999;200(3):661–670. https://doi.org/10.1002/(SICI)1521-3935(19990301)200:3<661::AID-MACP661>3.0.CO;2-4

7. Умнов А.E. Методы математического моделирования. M.: MФТИ; 2021. 295 p.

8. Закгейм А.Ю. Введение в моделирование процессов химической инженерии. Серия «Химическая кибернетика». M.: Химия; 1982. 288 с.

9. Ахназарова С.Л., Кафаров В.В. Методы оптимизации эксперимента в химической технологии: учебник для химико-технологических специальностей вузов. М.: Высшая школа; 1985. 327 с.