СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ МОДИФИКАЦИИ ЭПОКСИДНЫХ ПОЛИМЕРОВ

В последние годы эпоксидные смолы перестали быть остро дефицитными продуктами. Объяснить это можно тем, что в них уменьшилась потребность военных производств в результате конверсии, а с другой стороны, производственные мощности по выпуску синтетических смол еще не совсем изношены, и предприятия способны выпускать эти продукты в больших масштабах. Появилась возможность и тенденция более широкого использования эпоксидных связующих и композитов на их основе в гражданских технологиях, и в частности, в строительстве. Масштабы применения эпоксидов растут, не смотря на то, что относительно высокая стоимость эпоксидных смол несколько сдерживает развитие материалов и технологий с их использованием.

В «чистом» виде эпоксидные смолы почти не применяются. Поскольку эти материалы позволяют широко регулировать их характеристики в широком диапазоне свойств, за многие годы применения и эксплуатации эпоксидных соединений и композитов в военных технологиях и изделиях авиационно-космического назначения накоплен большой опыт по их модификации. В общем виде, методы модификации можно разделить на физические, основанные на адсорбционной модификации поверхности, и химические.

В основе физической модификации заложены представления о том, что физико-технические свойства макрокомпозитов можно регулировать путем изменения фильности поверхности заполнителей и устройства эластичных слоев по их поверхности. Принято считать, что различная удаленность точек, лежащих на поверхностях раздела фаз у матрицы и заполнителей, ведет к возникновению градиентов усадочных напряжений и деформаций по величине и направлению. Границы раздела матрицы и заполнителей образуют внутри макроструктуры композита своеобразные «усадочные ячейки». Объем и форма ячеек зависят от соотношения когезионной и адгезионной прочностей матрицы, числа фракций, количества и упаковки заполнителей. Образовавшиеся ячейки расчленяют структуру полимерного композита на отдельные блоки близких размеров, взаимодействующие через поверхности раздела и группирующиеся в более крупные блоки следующего масштабного уровня. Усадочные деформации структурных блоков вызывают деформации и напряжения на поверхностях раздела. Это приводит к нарушению сплошности матрицы и появлению зародышевых трещин. Такие трещины опасны для структур более низкого масштабного уровня. Зарождение трещин происходит по межкластерным поверхностям, т.к. разрыв сплошности энергетически выгоден и более вероятен по ослабленным местам структуры. К методам структурно-физической модификации можно отнести метод легирования малыми добавками химически не связанных с основным веществом соединений (жидких мономеров и олигомеров), локализующимися в дефектах структуры и заполняющими микропоровое пространство термореактивной сетки [1-2].

Сущность химической модификации заключается в обработке поверхностей наполнителей веществами, способными к химическому взаимодействию реакционноспособными группами, расположенными на поверхности наполнителей [3].

В настоящее время актуально получение одноупаковочных эпоксидных композиций с использованием латентных отвердителей. Авторами [4] для этих целей успешно применен дициандиамид. Композиции с использованием данного отвердителя обладают хорошими физико-механическими (прочностными) характеристиками. Преимущество состоит в том, что они могут отверждаться при пониженных температурах за минимальное время.

Для повышения химической стойкости эпоксидной смолы ЭД-20 в щелочных средах предложено модифицировать данный эпоксидный олигомер введением бифункционального фурансодержащего модификатора без сушественного увеличения условной вязкости [5].

В качестве модификаторов эпоксидных олигомеров авторы [6] использовали жидкие каучуки, представляющие собой карбоксилированные сополимеры олигобутадиена с акрилонитрилом. Отличительной особенностью модифицированных каучуками эпоксидных полимеров является меньшая, чем у исходных материалов, чувствительность к содержанию отвердителя, высокая стойкость к действию динамических нагрузок и температурных перепадов, повышенная стойкость к абразивному износу. Введение каучуков в эпоксидный олигомер также приводит к ощутимому росту показателя ударного сдвига.

Авторами [7] проведена модификация эпоксидной смолы ЭД-20 диимидами ароматических кислот. Полученные эпоксисульфоимидные олигомеры обладают более высокой термической устойчивостью и могут быть применены в качестве термостойких материалов, связующих, адгезивов и защитных покрытий с улучшенными техническими свойствами при сохранении высокой стойкости.

Для получения связующего с повышенной термостойкостью на основе смеси эпоксидных олигомеров [8] была использована модифицирующая добавка полиметилсилоксан ПМС - 5000. При этом в связующем при отверждении созданы условия для формирования более регулярной сетчатой структуры, снижения уровня остаточных напряжений, что в итоге привело к улучшению комплекса механических свойств как связующего, так и конструкционного стеклопластика на его основе.

С целью усиления эпоксидных полимеров [9] разработан метод антипластификации эпоксидных соединений, заключающийся в том, что в исходный олигомер вводят вещества, способные хорошо совмещаться с эпоксидным олигомером, иметь полярные атомы (хлор, кислород, азот, серу и др.), содержать не менее двух циклов и обладать некоторыми критическими размерами молекул. Это повышает прочность и модуль упругости в 1,3-1,5 раза.

Таким образом, высокие эксплуатационные характеристики, например, химическая стойкость, и уникальность сочетания различных полезных и зачастую необходимых свойств, во многих случаях делают применение эпоксидных соединений и композитов рентабельным.