Термическая деструкциия наномпозитов эпоксидная смола – кремнезем
Методом термопрограммируемой десорбционной масс-спектрометрии исследовано влияние нанокремнезема А-300 (концентрация до 10 % масс.) на термическую деструкцию эпоксидной смолы ЭД-20. Определены изменение состава летучих продуктов деструкции, смещение температур максимума полос десорбции, энергии ак...
Saved in:
| Published in: | Поверхность |
|---|---|
| Date: | 2008 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка НАН України
2008
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/147916 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Термическая деструкциия наномпозитов эпоксидная смола – кремнезем / Н.В. Сигарева, Б.М. Горелов, Д.Л. Старокадомский // Поверхность. — 2008. — Вип. 14. — С. 206-214. — Бібліогр.: 23 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-147916 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Сигарева, Н.В. Горелов, Б.М. Старокадомский, Д.Л. 2019-02-16T11:23:48Z 2019-02-16T11:23:48Z 2008 Термическая деструкциия наномпозитов эпоксидная смола – кремнезем / Н.В. Сигарева, Б.М. Горелов, Д.Л. Старокадомский // Поверхность. — 2008. — Вип. 14. — С. 206-214. — Бібліогр.: 23 назв. — рос. 2617-5975 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/147916 544.723; 536.5 Методом термопрограммируемой десорбционной масс-спектрометрии исследовано влияние нанокремнезема А-300 (концентрация до 10 % масс.) на термическую деструкцию эпоксидной смолы ЭД-20. Определены изменение состава летучих продуктов деструкции, смещение температур максимума полос десорбции, энергии активации деструкции фрагментов терморазрушения смолы и количество выделенных летучих продуктов при введении наночастиц. Рассмотрены механизмы влияния концентрации наночастиц на термодеструкцию композитов. Thermal desorption mass-spectrometry was used to investigate the concentration effect of fumed silica on the thermal destruction of epoxy resin. It were determined the changes of content of volatile fragments, maximum temperature of desorption peaks, activation energy of destruction of volatile products and quality of released products which occur upon filling of epoxy with silica nanoparticles. Mechanisms of concentration effect of nanoparticles on the composite destruction were discussed. Методом термопрограмованої десорбції з мас-спектрометричною регістрацією продуктів досліджено вплив вмісту до 10 % мас. нанокремнезему А-300 на термічну деструкцію эпоксидної смоли ЭД-20. Визначені зміна складу летких продуктів деструкції, температури максимуму смуг десорбції, энергії активації деструкції фрагментів терморуйнування смоли та кількість виділених летких продуктів при введенні наночастинок. Разглянуті механізми впливу вмісту наночастинок на термодеструкцію композитів. Авторы выражают признательность А. В. Мисчанчуку и А.А.Ткаченко за помощь в осуществлении эксперимента. ru Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка НАН України Поверхность Наноматеріали та нанотехнології Термическая деструкциия наномпозитов эпоксидная смола – кремнезем Thermal destruction of epoxy fumed silica nanocomposites Термічна деструкція нанокомпозитів епоксидна смола-кремнезем Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Термическая деструкциия наномпозитов эпоксидная смола – кремнезем |
| spellingShingle |
Термическая деструкциия наномпозитов эпоксидная смола – кремнезем Сигарева, Н.В. Горелов, Б.М. Старокадомский, Д.Л. Наноматеріали та нанотехнології |
| title_short |
Термическая деструкциия наномпозитов эпоксидная смола – кремнезем |
| title_full |
Термическая деструкциия наномпозитов эпоксидная смола – кремнезем |
| title_fullStr |
Термическая деструкциия наномпозитов эпоксидная смола – кремнезем |
| title_full_unstemmed |
Термическая деструкциия наномпозитов эпоксидная смола – кремнезем |
| title_sort |
термическая деструкциия наномпозитов эпоксидная смола – кремнезем |
| author |
Сигарева, Н.В. Горелов, Б.М. Старокадомский, Д.Л. |
| author_facet |
Сигарева, Н.В. Горелов, Б.М. Старокадомский, Д.Л. |
| topic |
Наноматеріали та нанотехнології |
| topic_facet |
Наноматеріали та нанотехнології |
| publishDate |
2008 |
| language |
Russian |
| container_title |
Поверхность |
| publisher |
Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Thermal destruction of epoxy fumed silica nanocomposites Термічна деструкція нанокомпозитів епоксидна смола-кремнезем |
| description |
Методом термопрограммируемой десорбционной масс-спектрометрии исследовано влияние нанокремнезема А-300 (концентрация до 10 % масс.) на термическую деструкцию эпоксидной смолы ЭД-20. Определены изменение состава летучих продуктов деструкции, смещение температур максимума полос десорбции, энергии активации деструкции фрагментов терморазрушения смолы и количество выделенных летучих продуктов при введении наночастиц. Рассмотрены механизмы влияния концентрации наночастиц на термодеструкцию композитов.
Thermal desorption mass-spectrometry was used to investigate the concentration effect of fumed silica on the thermal destruction of epoxy resin. It were determined the changes of content of volatile fragments, maximum temperature of desorption peaks, activation energy of destruction of volatile products and quality of released products which occur upon filling of epoxy with silica nanoparticles. Mechanisms of concentration effect of nanoparticles on the composite destruction were discussed.
Методом термопрограмованої десорбції з мас-спектрометричною регістрацією продуктів досліджено вплив вмісту до 10 % мас. нанокремнезему А-300 на термічну деструкцію эпоксидної смоли ЭД-20. Визначені зміна складу летких продуктів деструкції, температури максимуму смуг десорбції, энергії активації деструкції фрагментів терморуйнування смоли та кількість виділених летких продуктів при введенні наночастинок. Разглянуті механізми впливу вмісту наночастинок на термодеструкцію композитів.
|
| issn |
2617-5975 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/147916 |
| citation_txt |
Термическая деструкциия наномпозитов эпоксидная смола – кремнезем / Н.В. Сигарева, Б.М. Горелов, Д.Л. Старокадомский // Поверхность. — 2008. — Вип. 14. — С. 206-214. — Бібліогр.: 23 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT sigarevanv termičeskaâdestrukciiânanompozitovépoksidnaâsmolakremnezem AT gorelovbm termičeskaâdestrukciiânanompozitovépoksidnaâsmolakremnezem AT starokadomskiidl termičeskaâdestrukciiânanompozitovépoksidnaâsmolakremnezem AT sigarevanv thermaldestructionofepoxyfumedsilicananocomposites AT gorelovbm thermaldestructionofepoxyfumedsilicananocomposites AT starokadomskiidl thermaldestructionofepoxyfumedsilicananocomposites AT sigarevanv termíčnadestrukcíânanokompozitívepoksidnasmolakremnezem AT gorelovbm termíčnadestrukcíânanokompozitívepoksidnasmolakremnezem AT starokadomskiidl termíčnadestrukcíânanokompozitívepoksidnasmolakremnezem |
| first_indexed |
2025-11-24T15:49:13Z |
| last_indexed |
2025-11-24T15:49:13Z |
| _version_ |
1850848941151617024 |
| fulltext |
Поверхность. 2013. Вып. 5(20). С. 206–214 206
УДК 544.723; 536.5
ТЕРМИЧЕСКАЯ ДЕСТРУКЦИИЯ НАНОМПОЗИТОВ
ЭПОКСИДНАЯ СМОЛА – КРЕМНЕЗЕМ
Н.В. Сигарева, Б.М. Горелов, Д.Л. Старокадомский
Институт химии поверхности им. А.А. Чуйко Национальной академии наук Украины,
ул. Генерала Наумова, 17, Киев, 03164, Украина
Методом термопрограммируемой десорбционной масс-спектрометрии исследовано
влияние нанокремнезема А-300 (концентрация до 10 % масс.) на термическую деструкцию
эпоксидной смолы ЭД-20. Определены изменение состава летучих продуктов деструкции,
смещение температур максимума полос десорбции, энергии активации деструкции
фрагментов терморазрушения смолы и количество выделенных летучих продуктов при
введении наночастиц. Рассмотрены механизмы влияния концентрации наночастиц на
термодеструкцию композитов.
Введение
Эпоксидная смола ЭД-20 обладает хорошими механическими,
диэлектрическими, радиотехническими характеристиками , слабым водопоглощением
и широко используется для создания композитов функционального назначения [1].
Особое внимание уделяется повышению термической стойкости и механических
параметров композитов. Обе характеристики зависят от структуры полимера –
усиление поперечных связей между полимерными цепями при наполнении ведет к
повышению обеих характеристик [2]. Ранние попытки повысить термическую
стойкость введением органических добавок показали взаимосвязь структуры полимера
и термической стабильности [3]. Было замечено, что наполнение смолы соединениями
с бензольным кольцом увеличивает термическую стабильность [4], тогда как введение
неорганических частиц повышает механические параметры композита [5]. Полученные
экспериментальные данные свидетельствуют о возможности повышения
термостойкости и механических параметров введением наполнителя.
С развитием нанотехнологии и появления коммерческих нанонаполнителей
экспериментально было подтверждено, что более значительный эффект на
эксплуатационные характеристики эпоксикомпозитов оказывает наноразмерый
наполнитель, в частности частицы диоксида кремния [6–10]. Однако известны
эксперименты, когда введение в смолу до 50 % масс нанокремнезема приводит к
снижению термостойкости [11, 12] и механических параметров [13] композита.
Неоднозначное поведение демонстрируют эпоксикомпозиты и при наполнении
другими нанообъектами, например углеродными нанотрубками и графеном.
Наполнение смолы многостенными углеродными нанотрубками повышает
термостойкость и механические параметры композита [14], тогда как введение в смолу
окисленного графена ведет к резкому снижению термостабильности [15].
Несогласованность экспериментальных результатов, по-видимому, обусловлена
использованием разных эпоксидных смол, частиц наполнителя неодинаковой
дисперсности и различием технологических условий приготовления композитов.
Исследования композиций смолы ЭД-20 с высокодисперсными наполнителями
[16] и органическими соединениями [17] показали возможность повышения
термостойкости в ограниченном интервале концентрации наполнителя. Наполнение
смолы аэросилом, модифицированным аминогруппами, может повысить
термостойкость эпоксиполимера бoлее чем на 20 оС [18].
207
В большинстве экспериментальных работ повышение термостабильности
фиксируется по результатам термогравиметрических измерений как смещение
температуры начала терморазрушения основной массы полимера. Состав продуктов
деструкции, его зависимость от концентрации наполнителя исследованы недостаточно.
Исследование деструкции композитов эпоксидной смолы ЭД-20 с нанокремнеземом на
атомном уровне с помощью лазерно-десорбционной масс-спектрометрии показало, что
механизм деструкции эпоксидной смолы существенно зависит от связи полимерных
цепей с наполнителем [19].
Результаты экспериментальных исследований термодеструкции композитов
эпоксидная смола–нанокремнезем, хотя и указывают способ повышения
термостабильности композиций, свидетельствуют, что состав продуктов деструкции,
влияние разных воздействий на деструкцию и механизм термодеструкции изучены
недостаточно. Слабо исследованы концентрационные зависимости термодеструкции
композитов с изменением наполнения. Целью данной работы было масс-
спектрометрическое изучение влияния концентрации наноразмерного наполнителя на
термическое разрушение полимера и состав продуктов термодеструкции композитов
эпоксидной смолы с нанокремнеземом.
Объекты и методика исследований
Объектами исследований были композиции эпоксидной смолы марки ЭД-20 и
нанокремнезема А- 300. В качестве отвердителя использовали полиэтиленполиамин
(все компоненты украинского производства). Средний размер частиц SiO2 составляет
10 нм, удельная поверхность – 280 м2/г, содержание частиц кремнезема в композитах –
1, 2, 5 и 10 % масс. Полимеризация смолы проведена при 130 оС в течение 10 ч,
относительная степень полимеризации – 0,8.
Для контроля наличия агрегатов частиц в композитах определяли предел
прочности материалов на адгезионный сдвиг (). В образцах исходной смолы величина
составляла 65 ± 5 кг/см2. Величина композиций смолы с наночастицами при их
содержании 1–10 % масс превышает исходную величину на 2 – 8 %. Высокие значения
предела на сдвиг смолы и ее композиций с ростом концентрации частиц указывают на
достаточно хорошее качество образцов и практически отсутствие влияния агрегатов на
механические параметры смолы.
Анализ продуктов деструкции в диапазоне 10 – 200 m/z (m – масса, z – заряд
фрагмента) выполнен методом термопрограммируемой десорбционной масс-
спектрометрии. Для масс-спектрометрического анализа образцы смолы и композитов,
массой примерно 1 мг, помещали в кварцево-молибденовую трубку вакуумированную
до давления 10-1 Пa, вмонтированную в нагреватель с программируемым изменением
температуры в интервале 25 – 900 оС. Из трубки фрагменты разложения образцов через
высоковакуумный кран и кварцевую трубку длиной 20 cм, температура которой была
не менее 150 oC, поступали во входную систему однополюсного масс-анализатора МХ
7304А с областью измеримых масс 1 – 400 Дa и чувствительностью 10-8 г. Скорость
изменения температуры – 8 оС/мин. Измерения выполнены в условиях, когда
положение и форма пиков десорбции не зависят от температуры интерфейса и массы
образца, а настройки установки одинаковы.
Экспериментальные результаты и обсуждение
Для масс-спектров летучих продуктов деструкции ненаполненной эпоксидной
смолы характерны девять интервалов интенсивного выделения продуктов
терморазрушения в области m/z ≤127 (рис. 1). В интервале 15≤m/z≤18 наиболее
интенсивные линии связаны с фрагментами ОН (17) и Н2О (18). При этом вода не
208
входит в структурную формулу смолы ЭД-20. В диапазоне 26≤m/z≤32 наиболее
интенсивные линии обусловлены положительными ионами, которые можно
идентифицировать как СО (28) и Н2СО (30), а в области 41≤m/z≤45 – С2Н2О, СН3ССН3,
(42), С2H4О (44). В отрезке больших масс 90≤m/z≤100 наблюдается интенсивная линия,
которая связывается с фенолом. При наполнении смолы наночастицами SiO2 c ростом
концентрации С наблюдаются изменения состава летучих продуктов в области m/z
≥110 (рис. 2 а, б, в и г).
Рис. 1. Масс-спектр продуктов деструкции ненаполненной эпоксидной смолы при
температуре 313 оС.
Рис. 2. Масс-спектры продуктов деструкции эпоксидной смолы, наполненной 1 (а), 2
(б), 5 (в) и 10 (г) % масс. наночастиц SiO2 при температуре 308 оС.
Основная масса ненаполненного полимера разлагается при температурах 250 –
450 оС с температурой максимума десорбционных пиков в интервале Тm = 306 … 330 оС
(рис. 3). Наполнение смолы наночастицами SiO2 при их содержании 1 и 10 % масс
209
ведет к снижению интенсивности I десорбционных кривых всех продуктов деструкции
композитов, а при концентрациях частиц 2 и 5 % масс.– к росту I всех продуктов
деструкции (рис. 4). В композитах с наполнением 2, 5 и 10 % масс. в
высокотемпературной области проявляются слабые выделения фрагментов с m/z 66 и
94 при температуре максимумов десорбции Тm~ 645 оС, а также полоса десорбции
продуктов с m/z 108 при Тm~ 485 оС (рис. 4 в).
Положение Тm десорбционных пиков зависит от массы летучего продукта и
содержания наполнителя. Температура Тm пиков с m/z <66, как правило, слабо зависит
от содержания наполнителя в интервале концентрации 0<С < 2 % и немонотонно растет
с увеличением С, достигая максимума, при С= 5 %. Типичные десорбционные кривые
для фрагментов с m/z <66 представлены на рис 4 а. Десорбционные кривые более
тяжелых и длинных фрагментов, в состав которых входит бензольное кольцо С6Н5ОН
(94), СН3С6Н4ОН (108) и связь между кольцами H3CC3CH3 (66), демонстрируют
смещение Тm в сторону высоких температур при концентрациях частиц 1 и 5 % масс.
(рис. 4 б, в, г).
Рис. 3. Десорбционные кривые фрагментов деструкции С2H4О (44), CH2CHO=CH (56),
H3CC3CH3 (66), ССН2НСОСНС (80), С6Н5ОН (94) и СН3С6Н4ОН (108)
ненаполненной эпоксидной смолы.
Немонотонные изменения Тm десорбционных кривых фрагментов деструкции
эпокси- полимера при наполнении показаны на рис. 5 а. При С = 1 % масс. Тm пиков
десорбции фрагментов с m/z 66, 94 и 108 повышаются на 12 – 17 оС, а Тm
десорбционных кривых более легких и коротких фрагментов с m/z 28, 44 и 56
практически не смещаются (рис. 5 а). Повышение Тm деструкции длинных фрагментов
указывает на то, что при низкой концентрации ~ 1 % наночастицы в большей степени
ограничивают тепловые колебания длинных фрагментов цепочки, состоящих из
бензольного кольца и связи между кольцами – Н5С6H6C2С6Н5.
Энергия активации десорбции (Еd) легких фрагментов демонстрирует
противоположное Тm поведение и уменьшается на 20 – 50 кДж/моль при С = 1% масс.
Снижение Еd более тяжелых фрагментов меньше и составляет 1–15 кДж/моль (рис. 5 б).
Энергию активации десорбции вычисляли из соотношения [20]
Еd = ln (Θ1/Θ2)RT1T2/(T1 – T2), (1)
где Т1, Т2 – температуры границ ширины пика десорбции на середине высоты, Θ1, Θ2 –
участки площади под термодесорбционной кривой, соответствующие количеству
вещества, которое осталось после достижения температур Т1 и Т2.
210
Рис. 4. Десорбционные кривые продуктов деструкции с m/z 56 (а), 66 (б), 94 (г) и 108
(в) смолы ЭД-20 (1) и ее композиций с нанокремнеземом при содержании 1 (2),
2 (3), 5 (4) и 10 (5) % масс.
С ростом концентрации наполнителя до 2 % масс. Тm десорбционных пиков
летучих фрагментов восстанавливается или превосходит исходные значения (рис. 5 а),
тогда как величина Еd возрастает до значений, превышающих ее значение в
ненаполненной смоле (рис. 5 б). С ростом концентрации наночастиц до 5 % масс. Тm
десорбционных пиков всех фрагментов деструкции композита существенно
увеличивается (рис. 5 а). Напротив, Еd большинства фрагментов слабо понижается,
кроме Еd фрагментов с m/z 80 и 94, для которых величина Еd возрастает (рис. 5 б).
Повышение С до 10 % масс. ведет к значительному понижению Тm пиков десорбции
летучих фрагментов и уменьшению их Еd (рис. 5 а, б). Для проверки концентрационной
зависимости Еd оценивали из формулы Редхеда [21]
Еd = χ R 2
mT /δ, (2)
где χ – порядок реакции, R – газовая постоянная, δ – полуширина пика десорбции на
половине высоты. Полученные значения Еd в полтора раза превышают значения
энергии активации, рассчитанные из соотношения (1), тогда как зависимости Еd (С),
полученные из обоих выражений, аналогичны.
В интервале наполнения 0<С ≤ 10 % масс. концентрационные зависимости
выделенного количества летучего продукта IΣ(С)=
T
dTTCI ),( , где интегрирование
десорбционных кривых I(T) выполняется в исследованном интервале температур, и
энергии активации Еd(С) коррелируют. С понижением Еd общее количество
выделенного продукта уменьшается, и наоборот, рост энергии активации сопровождает
повышение количества выделенного продукта. Повышение Тm трех пиков десорбции
продуктов с m/z 66, 94 и 108 и падение количества выделенных летучих продуктов
указывают на существенный рост термостойкости композитов при содержании
наполнителя ~ 1 % масс. Корреляция зависимостей IΣ(С) и Еd(С) нарушается для
фрагментов с m/z 66, 94 и 108 в интервале наполнения 2 – 5 % масс., где имеет место
211
максимум IΣ при понижении Еd (рис. 5 г), а десорбционные кривые фрагментов
характеризуются появлением высокотемпературной полосы (рис. 4 в). Повышение
термостойкости композитов при введении 1 % масс. наночастиц, когда расстояние
между частицами наполнителя около 20 Å, сопровождает уменьшение энергии
активации десорбции летучих продуктов и интенсивности выделения фрагментов
цепей, расположенных вблизи эпоксидных групп или включающих их в свой состав,
таких как СО (28), С2H4О (44) и CH2=CHCHO (56), при слабом изменении Тm их пиков
десорбции. Введение малого количества частиц (~ 1 % масс.), кроме ограничения
перемещения фрагментов цепей с бензольными кольцами, по-видимому, изменяет
конформацию полимерных цепей в окрестности эпоксидных групп и ведет к
уменьшению энергии связи атомов, входящих в состав летучих фрагментов с m/z≤56, с
атомным окружением. Последнее ведет к понижению Еd и способствует уменьшению
числа разрывов атомных связей и интенсивности IΣ деструкции полимера.
Рис. 5. Концентрационные зависимости Тm (а), энергии активации десорбции (б) и
выделенного количества летучих фрагментов (г).
Незначительное увеличение С до 2 % масс., а расстояния между частицами до 16
Å или сближения частиц на 4 Å, примерно на длину атомной связи, приводит к
212
резкому росту энергии Еd. Повышение Тm и Еd можно связать с эффектом стабилизации
полимерной структуры из-за химического связывания атомов фрагментов с
поверхностными центрами частиц SiO2 [22]. Однако наряду со стабилизацией
полимерной структуры возрастает интенсивность разрушения цепей и количество
выделенных фрагментов. Закрепление цепей на поверхностных центрах ведет к росту
числа разрывов полимерных цепей, что противоречит концепции стабилизации
полимерной структуры за счет химического связывания атомов полимерной цепи с
поверхностными центрами [23]. Поэтому можно предположить, что стимуляция
интенсивности деструкции обусловлена дополнительным фактором, действие которого
создает локальные деформации или нестабильности в полимерной структуре и не
зависит от закрепления цепей на поверхностных центрах. Таким фактором может быть
миграция (перенос) водорода в полимерной структуре. Связываясь с атомами цепей,
наиболее вероятно с атомом кислорода эпоксидной группы, водород (протон) может
создавать локальную зарядовую и деформационную нестабильность, которая
релаксирует с разрывом химических связей.
Температура Тm пиков десорбции летучих фрагментов с ростом концентрации до
5 % масс. увеличивается при незначительном уменьшении расстояния между
частицами наполнителя примерно до 13 Å, закреплении фрагментов с m/z 66, 94 и 108
на поверхностных центрах наночастиц, возрастании их Еd и количества выделенных
продуктов. В интервале концентрации 2≤С≤ 10 % масс. проявляется закрепление
фрагментов цепей на поверхности частиц и немонотонный рост количества их
выделений IΣ(С) (рис. 5). Такое поведение зависимостей IΣ(С) и Еd(С) можно связать с
изменением атомного окружения эпоксидных групп и их энергии взаимодействия с
ростом концентрации частиц и, как следствие, изменением условий водородного
обмена в полимерных цепях и его влияния на деструкцию композита.
Выводы
Наполнение эпоксидной смолы наночастицами кремнезема (до 10 % масс.) ведет
к немонотонным изменениям температуры максимума пиков десорбции, энергии
активации десорбции продуктов деструкции и количества выделенных продуктов.
При малом содержании частиц диоксида кремния (С =1 % масс.) повышается
термостойкость композитов, сопровождающаяся падением энергии активации
деструкции летучих продуктов, смещением в сторону высоких температур максимума
пиков десорбции фрагментов, содержащих бензольное кольцо и связь между ними, и
уменьшением количества выделенных продуктов терморазрушения.
В интервале содержания наночастиц 1–2 % масс. с ростом их концентрации
термостойкость композитов падает. При этом увеличивается количество выделенных
продуктов деструкции, падает Тm пиков десорбции и возрастает энергия активации
деструкции летучих фрагментов.
В области концентраций наполнителя С > 2 % масс. с ростом наполнения
проявляется закрепление фрагментов цепей, содержащих бензольное кольцо, и
немонотонный рост Тm всех пиков десорбции летучих продуктов. При этом деструкция
цепей усиливается с повышением энергии активации десорбции летучих фрагментов и
ослабевает при понижении энергии активации десорбции. Поведение деструкции не
связано с закреплением фрагментов цепей на поверхностных центрах частиц, а
определяется количеством случайных разрывов связей в цепях.
Авторы выражают признательность А. В. Мисчанчуку и А.А.Ткаченко за
помощь в осуществлении эксперимента.
213
Литература
1. Sprenger S. Epoxy resins modified with elastomers and surface-modified silica
nanoparticles // Polymer. – 2013. – V. 54, N 18. – P. 4790 – 4797.
2. Roy D., Karak N. Synthesis and characterization of thermostable hyperbranched for
surface and coating application //J. Мater. Research. – 2012. – V. 27, N 14. – P. 1806 –
1814.
3. Ehlers L.F.G. Correlation between structure and thermal stability of epoxy resins //
Polymer. – 1960. – V.1. – P.304 – 314.
4. Bledzki A., Fabrycy A., Kwase K. Thermal stability of epoxy adhesives // J. Therm.
Anal. Cal. – 1984. – V. 29, N 5. – P. 989 – 994.
5. Harsch M., Karger-Kocsis J., Holst M., Influence of fillirs and additives on the cure
Kinetics of an epoxy/anhydride resin // Europ. Polym. Jour. – 2000. – V. 43. – P. 1168 –
1178.
6. Torrino-Saavedo J., Lopez-Beceiro J., Noya S. et al. Controvercial effect of fumed
silica on the curies and thermo mechanical properties of epoxy composites // Express
Polymer Letters. – 2010. – V. 4, N 6. – P. 382 – 395.
7. Park J.-J., Yoon Genn K., Lee J.-Y. Thermal and mechanical properties of epoxy/micro-
and nanomixed silica composites for insulation materials // Transaction on electrical and
electronic materials. – 2011. – V. 12, N 3. – P. 98 – 101.
8. Zheng Y., Ning R. Effects of nanoparticles SiO2 on the performаnce of nanocomposites.
// Materials Letters. – 2003. – V. 57, N 19. – P. 2940 – 2944.
9. Ying-Ling Liu, Chin-Yuan Hsua, Wen-Lung Weia and Ru-Jong Jeng. Preparation and
thermal properties of epoxy-silica nanocomposites from nanoscale colloidal silica //
Polymer. – 2003. –V. 44, N 18. – P. 5159 – 5167.
10. Liu X.Q., Zhou H., Liu J.Y. et al. A new flame-retardant epoxy composites based on
silica and metal salt phosphinate // Appl. Mechanics and Materials. – 2013, – V. 357–
360. –P. 1461 – 1464.
11. Preghenella M., Pegoretti A., Migliaresi C. Thermo-mechanical characterization of
fumed silica-epoxy nanocomposites // Рolymer. – 2005. – V. 46, N 26. – P. 12065 –
12072.
12. Tarrio-Saavedra J., Lopes-Beceiro J., Naya S., Artiga R. Effect of silica content on
thermal stability of fumed silica/epoxy composites // Polym. Deg. Stab. – 2008, – V.93,
N 12. – P. 2133 – 2137.
13. Ahmad T., Mamat O., Ahmad R. Studying the Effects of Adding Silica Sand
Nanoparticles on Epoxy Based Composites // Journal of Nanoparticles. – 2013. – V.
2013, ID 603069. – 5 pages.
14. Qui S.L., Wang C.S., Wang Y.T. et al. Improvement in electrical, thermal and
mechanical properties of epoxy by filling carbon nanotubes // Express Polym. Lett. –
2008. – V. 2, N 9. – P. 40 – 48.
15. Qui S.L., Wang C.S., Wang Y.T. et al. Effect of graphene oxides on the cure behavior
of a tertafunctional epoxy resin // Express Polym. Lett. – 2011. – V. 5, No 9. – P. 809–
818.
16. Закордонский В.П., Гнатышин С.Я., Солтыс М.Н. Влияние высокодисперсных
наполнителей на термическую стабильность эпоксидных полимеров // ЖПХ. –
1998. – Т. 71, № 9. – С.1480 – 1484.
17. Закордонський В., Крупак А., Аксіментьєва О. Термічна стійкість епоксидно-
поліанілінових композитів // Visnyk Lviv Univ. Ser. Chem. – 2009. – V. 50. – P. 271
– 280.
214
18. Малахова И.В., Тёртых В.А., Больбух Ю.М., Шийчук О.В. Нанодисперсный
кремнезём с привитыми аминогруппами как наполнитель эпоксидного полимера //
Полимер. журн. (Укр.) – 2007. – Т. 29, № 2. – С.149 – 153.
19. Горелов Б.М., Громовой Т.Ю. Лазерно-десорбционная масс-спектрометрия
нанокомпозитов эпоксидная смола - модифицированный диоксид кремния //
Поверхность. – 2009. – Вып. 1(16). – С. 252 – 265.
20. Редькина А.В., Коновалова Н.Д., Хоменко К.Н., Белокопытов Ю.В. Синтез из
титанаэросила мезопористых систем TiO2-SiO2 с нанесенным V2O5, их физико-
химические и каталитические свойства. I. Гидротермальный синтез, кислотные и
каталитические свойства Ti-MCM-41 в процессе дегидрирования пропана //
Катализ и нефтехимия. – 2012. – № 21. – С. 1– 10.
21. Вудраф Д., Делгар Т. Современные методы исследования поверхности. М., Мир,
1998. – 568 с.
22. Горелов Б.М. Влияние оксидных нанонаполнителей на термическую деструкцию
ненасыщенной полиэфирной смолы // Хімія, фізика та технологія поверхні. –
2011. – Т. 2, № 2 – С. 201 – 212.
23. Grassie N., Scott G. Polymer degradation and stabilization. – Cambridge, UK, 1988. –
222 p.
ТЕРМІЧНА ДЕСТРУКЦІЯ НАНОКОМПОЗИТІВ ЕПОКСИДНА СМОЛА-
КРЕМНЕЗЕМ
Н.В. Сігарьова, Б.М. Горєлов, Д.Л. Старокадомський
Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України,
вул. Генерала Наумова, 17, Київ, 03164, Україна
Методом термопрограмованої десорбції з мас-спектрометричною
регістрацією продуктів досліджено вплив вмісту до 10 % мас. нанокремнезему А-300
на термічну деструкцію эпоксидної смоли ЭД-20. Визначені зміна складу летких
продуктів деструкції, температури максимуму смуг десорбції, энергії активації
деструкції фрагментів терморуйнування смоли та кількість виділених летких
продуктів при введенні наночастинок. Разглянуті механізми впливу вмісту
наночастинок на термодеструкцію композитів.
THERMAL DESTRUCTION OF EPOXY FUMED SILICA NANOCOMPOSITES
N.V. Sigareva, B.M. Gorelov, D.L. Starokadonskyi
Chuiko Institute of Surface Chemistry of National Academy of Sciences of Ukraine,
17 General Naumov Str. Kyiv, 03164, Ukraine
Thermal desorption mass-spectrometry was used to investigate the concentration
effect of fumed silica on the thermal destruction of epoxy resin. It were determined the
changes of content of volatile fragments, maximum temperature of desorption peaks,
activation energy of destruction of volatile products and quality of released products which
occur upon filling of epoxy with silica nanoparticles. Mechanisms of concentration effect of
nanoparticles on the composite destruction were discussed.
|