ИК-спектроскопическое исследование взаимодействия полимерной матрицы с поверхностью активированной базальтовой чешуи
Показано, что в процессе формирования топологической структуры композиционного полимерного материала в присутствии АБЧ происходит химическое взаимодействие между поверхностью АБЧ и реакционноспособными функциональными группами полимерной матрицы, которые устраняют формирование дефектов в адгезионном...
Saved in:
| Published in: | Украинский химический журнал |
|---|---|
| Date: | 2000 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України
2000
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/184232 |
| 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: | ИК-спектроскопическое исследование взаимодействия полимерной матрицы с поверхностью активированной базальтовой чешуи / В.В. Ефанова // Украинский химический журнал. — 2000. — Т. 66, № 3. — С. 59-62. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859989340258566144 |
|---|---|
| author | Ефанова В.В. |
| author_facet | Ефанова В.В. |
| citation_txt | ИК-спектроскопическое исследование взаимодействия полимерной матрицы с поверхностью активированной базальтовой чешуи / В.В. Ефанова // Украинский химический журнал. — 2000. — Т. 66, № 3. — С. 59-62. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Украинский химический журнал |
| description | Показано, что в процессе формирования топологической структуры композиционного полимерного материала в присутствии АБЧ происходит химическое взаимодействие между поверхностью АБЧ и реакционноспособными функциональными группами полимерной матрицы, которые устраняют формирование дефектов в адгезионном слое, что в целом повышает прочность композиционного полимерного материала.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:30:35Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 667.64:678.026:620.19
В. В. Ефанова
ИК-СПЕКТРОСКОПИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
ПОЛИМЕРНОЙ МАТРИЦЫ С ПОВЕРХНОСТЬЮ АКТИВИРОВАННОЙ БАЗАЛЬТОВОЙ ЧЕШУИ
"оказано, что в процессе формирования топологической структуры композиционного полимерного материала в присутствии
АБЧ происходит химическое взаимодействие между поверхностью АБЧ и реакционноспособными функциональными группами
полимерной матрицы, которые устраняют формирование дефектов в адгезионном слое, что в целом повышает прочность
композиционного полимерного материала.
Ведущие зарубежные фирмы разрабатывают
составы композиционных полимерных материалов
(КПМ) дЛЯ антикорровионных толстопленочных
покрытий барьерного типа, которые являются мно
гокомпонентными системами, состоящими из поли
меризуемых материалов-евязующих и пластинча
тых наполнителей-чешуек из стекла, слюды и др.
Эффективность влияния наполнителя на защитные
свойства таких покрытий в значительной степени
обусловлена процессами, протекающими при взаи
модействии полимерной матрицы с поверхностью
наполнителя.
Как показывает анализ литературы, наполни
тель в одних случаях может разрыхлять структуру,
в результате чего уменьшается плотность полимера
в граничном слое, в других - наблюдается увели
чение плотности вблизи твердой поверхности [1].
Нами разработан новый наполнитель - акти
вированные базальтовые чешуйки (АБЧ) [2, 31
отличительной особенностью которых от аналога
(стеклянных чешуек) является наличие на поверх
ности координационно-ненасышенных атомов ме
таллов [4, 5].
Цель настоящей работы - изучение физико
химического взаимодействия АБЧ с полимерной
матрицей. Исследования проведены с полимеризуе
мым материалом, разработанным нами на основе
пронаводных метакриловой кислоты (6-9~ В состав
полимеризуемоro материала входит метилметакри
лат (ММА) (ГОСТ 20370-74), полибутилметакрилат
(ПБМА) (ТУ 6-01-358-75), перхлорвинил (ПХВ) мар
ки "псх-лс (ОСТ 6-01-37-88)", полиизоцианат
(ПИЦ> марки "Д (ТУ 113-03-29-6-84)". Отверждение
связующего проводили с помощью редокс-системы
диметиланилин <ДМА) (ГОСТ 14888-78)-пероксид
бензоила (ПБ) (ГОСТ 2168-83). Полимеризуемую
композицию готовили растворением ПБМА и ПХВ
в ММА. К полученному раствору добавляли навеску
чешуйчатого наполнителя АБЧ в количестве 20, 40
и 70 % (мас.), пиц и редокс-систему, тщательно
перемешивали и изготовляли образцы для исследо
ваний в соответствии с методикой [10]. Изучение
взаимодействия АБЧ и полимерной матрицы про
водили на модельных образцах на спектрофотомет-
ре "UR-20" методом, описанным в [10, 11]. .
© в. В. Ефанова , 2000
ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ. ЖУРII. 2000. Т. 66, N2 3
Спектр на незаполим~ризованном ненаполнен
ном образце полимерной матрицы (рис. 1) показы
вает, что интенсивная полоса с максимумом при
1735 CM-
1 соответствует валентным колебаниям кар-
бонильных групп С=О, полосы в спектральном
диапазоне 1460-1650 см-) - нормальным колеба
ниям с-с бензольного кольца. Колебания арома
тических СИ-групп проявляются полосами погло
щения 715 и 755 см-!, что, согласно (10), соответст
вует однозамещенному бензольному кольцу и ха
рактерно для исходных компонентов полимеризуе
мой системы, содержащих ароматические звенья.
Полосы в области 1000-1200 см-) относятся к
поглощению колебаниями связей эфирного типа.
Полоса поглощения с максимумом при 2275 CM-
1
однозначно интерпретируется как проявление ва-
лентных колебаний изоцианатных групп -N=C=O
[12]. Поглощение в области 2700-3100 см-1 вызвано
колебаниями -си, -СН2 и -СИЗ групп, а широ
кая диффузная полоса логлощения с максимумом
примерно при 3400 см -1 может быть обусловлена
валентными колебаниями гидроксильной группы,
влагой, адсорбированной в КВг-таблетке при ее
изготовлении, различного типа внутримолекуляр
ными водородными связями, а также колебаниями
аминной группы [13J.
В результате полимеризации (СМ. рис. 1,
спектр 2, полученный от того же образца после
двухнедельного отвер)Кдения) интенсивность прак
тически всех полос поглощения несколько умень
шилась, особенно это заметно в области проявления
колебаний изоцианатных групп (2275 см-1). Это
обусловлено тем, что в процессе полимеризации
амплитуда колебаний отдельных атомов и групп
атомов уменьшается, вызывая пониженис интен
сивности полос поглощения несмотря на то, что
общее количество поглощающих связей не изменя
ется [14J. Новые полосы поглощения после отверж
дения ненаполненной полимеризующей системы
не обнаружены.
Для интерпретации изменений в спектрах в
присутствии АБЧ использован метод внутреннего
стандарта, для которого выбрана полоса поглоще
ния с максимумом при 1520 см-1, обусловленно
го нормальными С-С колебаниями бензольного
59
Рис. 1. Спектры ИК-поглощения незаполимеризованной (1) и
отвержденной (2) ненаполненной матрицы, отвержденной КОМ
позиции с 40 %-М наполнением АБЧ (3) и порошка АБЧ (4).
Рис. 2. Зависимость Kv ОТ степени наполнения для v (С-Н)
бензольного кольца (755 CM-I) (8), v (С-Н) (2955 ем-1) (6), v
(с-о) 0735 em-1
) (В), изоцианатных групп -N-C-Q (2275 CM-J)
(г) : J - образцы неотвержденные, 2 - после отверждения.
кольца, наименее подверженными воздействию со
стороны окружения. С этой целью на всех спект
рах проводили базисную линию и сравнивали
отноше~ия к; оптических плотностей анализиру
емой полосы к оптической плотности полосы
1520 CM-
1
, DtS20.
Зависимость К» для ряда основных функцио
налЬНЫХ групп от степени наполнения полимерной
матрицы дисперсным порошком АБЧ (рис. 2? пока
зала, что для полосы поглощения 755 см", обус
ловленной деформационнымиколебаниямиодноза
мещенных бензольных колец, наблюдается некото
рое понижение интенсивности с увеличением сте
пени наполнения. Характер зависимости не изме
нился после окончательногоотверждения. Так как
в спектрах не обнаружены новые полосы логлоще
ния, то нет оснований предполагать, что число
ароматических однозамещенных звеньев уменьши
лось за счет появления новых заместителей в
бензольном кольце.
Для полос поглощения связей С-Н метильных
групп (2955 см-1) наблюдается (рис. 2, б) аналогич
ное поведение, но с тенденцией к увеличению.
Поскольку форма спектральной кривой в области
их проявления (2700-3100 см-1) не претерпела
никаких изменений по мере увеличения степени
наполнения и с течением времени, нет оснований
предполагать возможность увеличения их количе
ства в образцах.
В обоих рассмотренных случаях изменение
интенсивностей, по-видимому, связано с изменением
электронной плотности бензольного кольца, обус-
60
ловленным возникновением сильного адсорбцион
ного взаимодействия полимерных цепей с высоко
дисперсным наполнителем АБЧ, содержащим боль
шое количество немоетикового кислорода (15).
Для карбонильных и изоцианатных групп на
блюдается иная закономерность зависимости по
глощения от концентрации АБЧ (см. рис. 2, б, г).
Так, абсолютная интенсивность полосы 1735 см-1
<-е--о) по мере увеличения степени наполнения
полимерной матрицы порошком АБЧ непрерывно
растет и при 70 % (мас.) наполнения увеличивается
почти на 46 % по сравнению с интенсивностью в
спектре ненаполненной матрицы. Аналогичная за
кономерность сохраняется и для неотвержденных
образцов, однако наклон зависимости другой, чем
в спектрах исходных образцов, и по абсолютным
значениям интенсивность полосы 1735 см-1 для
отвержденных образцов существенно ниже. При
этом К" для отвержденного образца с наполнением
70 % (мас), остается выше, чем К» для ненаполнен
ного образца, что свидетельствует о повышенном
содержании карбонильных групп в структуре при
формировании полимерной матрицы в присут
ствии АБЧ.
из полученных значений К; для интенсивности
полосы 1Il5 см-1 (рис. 2, г) следует, что в исходных об
разцах количество -N=C=O групп не зависит от сте
пени наполнения полимерной матрицы. Однако в
процессе отверждения их количество, независи
МО от концентрации наполнителя, уменьшается
примерно на 50 % по· сравнению с исходными
образцами.
Чтобы проследить влияние полимерной матри
цы на поглощение ИК-излучения активированными
базальтовыми чешуйками, проведен анализ полос
логлощения валентных и деформационных колеба
ний Si-O, характерных дЛЯ АБЧ, в спектрах
наполненных образцов (см. рис. l~ спектр З). Это
полоса с максимумом при 1150 см- , обусловленная
скелетными с-с связями, и полоса при 475 CM-
1,
которая изолирована от общего спектра и ее
интенсивность может быть рассчитана непосредст
венно по рабочим спектрам исследуемых образцов.
При отсутствии взаимодействия меж.ду поли
мерной матрицей и наполнителем интенсивность
полосы с максимумом при 1150 см-1, находящейся
на коротковолновом склоне v <Si-O> АБЧ (рис. 1)
и мало подверженной влиянию межмолекуляр
ного взаимодействия между полимерными цепями,
не будет меняться. Она оценивалась по базисной
линии, проведеиной через два крайних минимума
общего спектра 3 на рис. 1 (800 и 1580 см-1).
Для неотвержденных образцов получена линей
ная зависимость интенсивности при 1150 см-1 от
степени наполнения (линия 1 на рис. 3, а), что
ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ. ЖУРИ. 2000. Т. 66, N~ 3
является результатом выполнения основного закона
светопоглощения Ламберта-Бугера-Бера. Анало
гичная зависимость рассчитана по спектрам мате
риала АБЧ для таких же навесок, как в композиции
с полимером (линия 3 на рис. З, а). Идентичность
наклонов ·ЛИНИЙ 1 и 3 свидетельствует о том, что
изменение интенсивности полосы ноглощения по
лимеризуемой системы при 1150 см-1 в спектрах
исходных наполненных образцов обусловлено
только колебаниями кремнекислородного каркаса
АБЧ. ДЛЯ отвержденных образцов аналогичная
зависимость (рис. З, а, кривая 2) отклоняется от
выполнимости закона светопоглощения.
Вопрос о том, что является причиной этого
отклонения, в данном случае был решен при
анализе полосы логлощения, обусловленной v <Si
О) АВ"Ч при 475 CM-
1
• ДЛЯ неотвержденных образцов
зависимость интенсивности данной полосы от сте
пени наполнения также прямолинейна, тогда как
ДЛЯ отверж.денных систем четко проявляется откло
нение от линейности зависимости (рис. 3, 6), как и
в случае полосы 1150 cm- l
. это свидетельствует о
том, что в процессе отверждения колебания крем
некислородного каркаса наполнителя подвергаются
воздействию со стороны полимерной матрицы' при
водящему к уменьшению их амплитуды, Т. е. к
уменьшению интенсивности поглощения, обуслов
ленного ЭТИМИ колебаниями.
Анализ экспериментальных данных показал,
что в период формирования структуры полимерной
матрицы количество С-Н групп остается практи
чески неизменным и не зависит от степени ее
наполнения. Изоцианатные группы, активно взаи
модействуя с другими компонентами полимерной
матрицы (ДМА, влага воздуха и др), расходуются.
Наблюдающееся в спектрах отвержценных образцов
поглощение при у=2275 см-1 связано с изоцианат
ными группами, вошедшими структурно в образо
вавшиеся полимерные цепи, химически они устой
чивы и не подвержены влиянию наполнителя.
4'
Q
Рис. З. Зависимость интенсивно
СТИ поглощения при 1150 (о) и
475 см-1 (6) от степени наполне
ния для исходных (1) и отверж
денных (2) образцов и порошка
АБЧ (3).
Положение полосы при этом не изменилось по
сравнению с ее положением в спектре исходного
полиизоцианата, Т. е. потлощение изоцианат
ионом не зависит от окружения[12~ Наблюдаемый
рост интенсивности полосы 1735 CM-
1 происходит
параллельне с увеличением степени отклонения от
основного закона светопоглощения интенсивностей
полос поглощения, обусловленных l' (Si-O) вален
тных и д (Si-O) деформационныхколебанийструк
турного каркаса АБЧ.
Как показано в работе [16], на поверхности
дегидроксилированного корунда (АI20з) происходит
образование полиметилметакрилата в результате
привитой полимеризации без присутствия в моно
мере ДМА и ПБ. Кроме того, нами в работе [17]
при исследовании кинетики полимеризации покры
тия установлено, ЧТО АВЧ выполняет роль соини
циатора, а ионы железа, алюминия, расположенные
на поверхности базальтовых частиц, выполняют
роль промотора. Так как в составе базальтового
наполнителя АБЧ содержатся оксиды А120з, Fе20з
и др, то на поверхности АБЧ возможна привитая
полимеризация ММА.
Таким образом, установлено химическое взаи
модействие между поверхностью АБЧ и реакци
онно-способными функциональными группами по
лимерной матрицы. Химическое взаимодействие
способствует устранению дефектов в адгезионном
соединении, что в це.,10М повышает прочность поли
мерного композиционного покрытия [4, 5, 17, 18).
РЕЗЮМЕ. Встановпено, що пiд ..ас пронесу формування
топологiчноi структури композицiйного пошмерного матерiалу
3 АБЛ, що використовусгъся як антикорозiйнс покриття,
вщбуваеться хiмiчнu взаемошя мiж поверхнею АБЛ i реакцiйно
адатними фупкцюнальними групами полiмерноi матриц]. Така
взаемоды перешкоджае формуванню дефектiв у адгезiйному
з'сднанн], що в цiлому ЗУМОВЛЮ€ пiдвищення мiцностi
полiмерного композишйного матер'алэ.
SUMMARY. А chemical interaction betwecn thc ABF surface
and the reactive functional gro\.ps of the polymer matrix in the
process of forming of tope-logical struc1ure of the сотрозНе polymer
material with the ABF 10 Ье used 10 producing а соггоеюп resistant
coating. This interaction prevents defects il1 the adhesive compound,
which is contributing in improving overall strength of the сотрозНе
polymeric material.
1. Липатов ю. С., мош.Jl. Е. Г., Семеновин г. М. 11 Высоко
молекуляр, соединения. -1977. -А19, N~ ь-с 125-128.
2. Пат. М 13099, УкраlШJ, МК/ В 22 F 1/00 1 В. В. Сфанова,
1. П. Петухов. -Бюл. N~ 1. -1997.
з. Пат. N!! 2036749, Россия, МКИ В 22 F 1/00; г 27 В 5/00
1 В. В. Ефанова, и. п ПетуХОВ. -Бюл, N~16, 1995.
4. Ефанова В. В. 11 ЭКОЛОГИЯ и ресурсосбережения. -1993. -~ 3.
-с. 67-72.
S. Веселовский Р. А., Вфан.ова В. В., Петухов и. п. 11 Механика
композитных материалов. -1994. -30, N2 1. -с 3-l1.
6. Пат. М 19843, Укртна, МК/ С 09 D 5/08 1 Б. с Патон,
ISSN 0041-6045. VКP. ХИМ. ЖУРИ. 2000. Т. 66, ~ 3 61
В. В. Сфанова, -Бюл. N~ 6. -1997.
7. Пат. N! 1825511, Россия; МКИ С 09 D 5/08 / Б. Е. Патон,
В. В. Ефанова. -Бюл. N~ 24. -1993.
8. Пат. не 18673, УкрaiШJ, МКl С 09 D 133/10,. 5/08 /
В. В. €фанова, I. 11 Петухов. -Бюл. N2 6. -1997.
9. Пат. М 2057157, РФ, МХИ С 09 D 5/08 1 В. В. Ефанова,
и. п. Петухов. -Бюл. N~9. -1996.
10. Смит А. Прикладная ИК-спектроекопия. -М.: Мир, 1982.
11. Safo К., Kurasava к; Kammori. о. // Bull. Chem. Soc. of Japan.
-1969. -42, N2 2. -Р. 3592-3596.
12. Беллами л. Новые данные по ИК-спектрам сложных
молекул. -М.: Мир, 1980.
Агропромышленная топливно-энергетическая компания, Киев
62
13. БранiJ Дж., Эглиятон г. Применение спектроскопии в
органической химии. -М.: Мир, 1967.
14. Veselovsky R. А., Yefano.,a У. У., PefUkhov /. Р.// Internatiooal
J. of Polymer. material. -1994. -28. -Р. 139-150. .,
15. Плзоснинв и. и. Инфракрасные спектры силикатов. -М.:
Над-во МГУ, 1967.
J.6. Гороховекий г. А., Логвиненхо п. Н., Кучер В. Г. 1/
Поверхностные явления в полимерах. -Киев: Наук, думка,
1976. -с. 96-102.
17. Дрынь А. П., ЕфВн'О88 В. В., Шут Н. Н.// Инженерно-физич.
ЖУРИ•.-1994. -66, N2 2. -С, 184-191.
18. ЕфВlUJ88 В. В. /1 Междунар. конф, САМПЕ, 20'r-22 ССИТ. 1994 1'.:
Сб. докл. -М., 1994. -с. 156.
Поступила 15.06.98
lSSN 004]-6045. УКР. хим ЖУРИ. 2000. Т. 66, NQ 3
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-184232 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0041–6045 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:30:35Z |
| publishDate | 2000 |
| publisher | Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Ефанова В.В. 2022-05-10T18:12:43Z 2022-05-10T18:12:43Z 2000 ИК-спектроскопическое исследование взаимодействия полимерной матрицы с поверхностью активированной базальтовой чешуи / В.В. Ефанова // Украинский химический журнал. — 2000. — Т. 66, № 3. — С. 59-62. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. 0041–6045 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/184232 667.64:678.026:620.19 Показано, что в процессе формирования топологической структуры композиционного полимерного материала в присутствии АБЧ происходит химическое взаимодействие между поверхностью АБЧ и реакционноспособными функциональными группами полимерной матрицы, которые устраняют формирование дефектов в адгезионном слое, что в целом повышает прочность композиционного полимерного материала. ru Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України Украинский химический журнал Химия высокомолекулярных соединений ИК-спектроскопическое исследование взаимодействия полимерной матрицы с поверхностью активированной базальтовой чешуи ІЧ-спектроскопічие дослідження взаємодії полімерної матриці з поверхнею активованої базальтової луски IR spectroscopic study of the interaction of polymeric matrix with the surface of activated basalt scales Article published earlier |
| spellingShingle | ИК-спектроскопическое исследование взаимодействия полимерной матрицы с поверхностью активированной базальтовой чешуи Ефанова В.В. Химия высокомолекулярных соединений |
| title | ИК-спектроскопическое исследование взаимодействия полимерной матрицы с поверхностью активированной базальтовой чешуи |
| title_alt | ІЧ-спектроскопічие дослідження взаємодії полімерної матриці з поверхнею активованої базальтової луски IR spectroscopic study of the interaction of polymeric matrix with the surface of activated basalt scales |
| title_full | ИК-спектроскопическое исследование взаимодействия полимерной матрицы с поверхностью активированной базальтовой чешуи |
| title_fullStr | ИК-спектроскопическое исследование взаимодействия полимерной матрицы с поверхностью активированной базальтовой чешуи |
| title_full_unstemmed | ИК-спектроскопическое исследование взаимодействия полимерной матрицы с поверхностью активированной базальтовой чешуи |
| title_short | ИК-спектроскопическое исследование взаимодействия полимерной матрицы с поверхностью активированной базальтовой чешуи |
| title_sort | ик-спектроскопическое исследование взаимодействия полимерной матрицы с поверхностью активированной базальтовой чешуи |
| topic | Химия высокомолекулярных соединений |
| topic_facet | Химия высокомолекулярных соединений |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/184232 |
| work_keys_str_mv | AT efanovavv ikspektroskopičeskoeissledovanievzaimodeistviâpolimernoimatricyspoverhnostʹûaktivirovannoibazalʹtovoičešui AT efanovavv íčspektroskopíčiedoslídžennâvzaêmodíípolímernoímatricízpoverhneûaktivovanoíbazalʹtovoíluski AT efanovavv irspectroscopicstudyoftheinteractionofpolymericmatrixwiththesurfaceofactivatedbasaltscales |