ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ТА МЕХАНІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЕПОКСИУРЕТАНОВИХ КОМПОЗИТІВ
Epoxy urethane composites (EU) have been developed based on polyisocyanate (PIC), epoxy resin (ED-20), and sodium silicate (SS). The results of the study of the influence of the ratio of the components of the EU on their thermophysical and physicomechanical characteristics are presented. The method...
Gespeichert in:
| Datum: | 2020 |
|---|---|
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Englisch |
| Veröffentlicht: |
V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry
2020
|
| Online Zugang: | https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/218 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Ukrainian Chemistry Journal |
| Завантажити файл: |  |
Institution
Ukrainian Chemistry Journal| _version_ | 1871465617862688768 |
|---|---|
| author | Yashenko, Larisa |
| author_facet | Yashenko, Larisa |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Larisa Yashenko",
"institution": "ІХВС НАН України"
}
] |
| author_sort | Yashenko, Larisa |
| baseUrl_str | https://ucj.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-22T08:23:44Z |
| description | Epoxy urethane composites (EU) have been developed based on polyisocyanate (PIC), epoxy resin (ED-20), and sodium silicate (SS). The results of the study of the influence of the ratio of the components of the EU on their thermophysical and physicomechanical characteristics are presented. The method ofdifferential scanning calorimetry revealed thatthese systems do not have clear temperature transitions, which indicates a fairly homogeneous and rigid structure. Studies of thermal properties by the method of dynamic thermogravimetry have shown that as the amount of sodium silicate increases, the temperature of the onset of decomposition of the EU is shifted by 20 ° C towards lower temperatures. At the same time, there is a slowdown in the decomposition of epoxy urethanes (weight loss is 12-14%), due to the presence of heterocyclic isocyanurate fragments, which is inherent in its own high thermal stability. The mechanical properties of the EU, such as compressive strength, modulus of elasticity, relative compression deformation, flexural strength, and water absorption, are determined depending on the ratio of components. High mechanical properties are shown regardless of the inorganic component amount. The modulus of elasticity, strength, and relative deformation in compression is in the range of 1916.4 - 4187.6 MPa, 117.4 - 133.1 MPa, and 24.7-30.4%, respectively. The highest flexural strengths are characterized by the EC composition of the PIC / SS / ED-20 = 80/20/20, and the lowest - the EC composition of the PIC / SS / ED-20 = 70/30/20. The results of the studies show that, by changing the ratio of organic and inorganic constituents in the EC, it is possible to regulate the thermal stability and physicomechanical properties of epoxy urethane composites depending on their purpose. |
| doi_str_mv | 10.33609/2708-129X.86.8.2020.134-143 |
| first_indexed | 2025-09-24T17:43:34Z |
| format | Article |
| fulltext |
134 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2020
УДК 678.664:678.686:546.284 doi: 10.33609/2708-129X.86.8.2020.134-143
ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ТА МЕХАНІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ЕПОКСИУРЕТАНОВИХ КОМПОЗИТІВ
Л. М. Ященко, Н. В. Ярова, Л. О. Воронцова, О. В. Бабіч, О. М. Горбатенко,
О. О. Бровко
Інститут хімії високомолекулярних сполук НАН України, Харківське шосе, 48, Київ,
02160, Україна
*е-mail: lara.yashchenko@gmail. com
Епоксиуретанові композити (ЕУ) розроблено на основі поліізоціанату (ПІЦ), епоксидної
смоли (ЕД-20) та силікату натрію (СН). Результати фізико-хімічних досліджень показали, що
отримані ЕУ мають однорідну і жорстку структуру, а підвищення вмісту силікату натрію в їх-
ньому складі прискорює процес термічної деструкції, проте вони стабільні до 400 оС, що зумов-
лено наявністю в їхній структурі гетероциклічних ізоціануратних фрагментів, які більш стій-
кі, ніж уретанові. Визначено механічні властивості ЕУ, такі як міцність при стисканні, модуль
пружності та відносна деформація при стисканні, міцність при згинанні та водопоглинання
залежно від співвідношення компонентів. Результати проведених досліджень показують, що,
змінюючи співвідношення органічної і неорганічної складових в ЕУ, можна регулювати тер-
мостійкість та механічні властивості епоксиуретанових композитів відповідно до їхнього при-
значення.
Ключові слова: епоксиуретанові композити, густина, теплофізичні властивості, механічні
характеристики, водопоглинання.
ВСТУП. Нові технічні рішення в різних
галузях народного господарства потребу-
ють і нових ефективних матеріалів, що ма-
ють як хороші фізико-механічні показники,
так і високі тепло- і термостабільність, хі-
мічну та гідролітичну стійкість і відповіда-
ють необхідним експлуатаційним вимогам.
Проблему отримання нових полімерних
матеріалів часто вирішують модифікацією
перевірених часом традиційних полімерів
і олігомерів, яка полягає в частковій зміні
їхньої хімічної будови та надмолекулярної
структури, що дозволяє забезпечити ба-
жаний рівень експлуатаційно-технічних і
економічних показників [1–6]. Така хімічна
модифікація дозволяє цілеспрямовано змі-
нювати і покращувати властивості поліме-
рів, не вдаючись до синтезу нових.
У цьому аспекті епоксиуретанові (ЕУ)
полімери привертають увагу різноманіт-
тям можливостей взаємної модифікації
епоксидів і поліуретанів – отримання сумі-
шей і сплавів полімерів із різними функціо-
нальними групами, які містять органічні та
неорганічні складові, так звані органо-не-
органічні композити, що дозволяє покра-
щувати властивості полімерних матеріалів.
Наприклад, силікат натрію (СН) завдяки
УХЖ № 8 / Том 86Л. М. Ященко, Н. В. Ярова, Л. О. Воронцова, О. В. Бабіч, О. М. Горбатенко, О. О. Бровко
135https://ucj.org.ua
наявності гідроксильних груп та координа-
ційній ненасиченості атому кремнію актив-
но реагує з органічними сполуками, зокре-
ма поліізоціанатами.
При створенні нових композиційних
матеріалів важливим є дослідження пара-
метрів, які визначають їхню фазову струк-
туру, термічні режими використання, ста-
більність і механічну міцність, тим більше,
що структура й властивості органо-неорга-
нічних композитів значною мірою залежать
від співвідношення вихідних компонентів.
У попередній роботі [7] нами було до-
сліджено взаємодію складових епоксиуре-
танового сполучного на основі поліізоціа-
нату (ПІЦ), епоксидної смоли ЕД-20 та СН.
Показано, що при формуванні епоксиуре-
танового сполучного у системі водночас
відбуваються реакції отверднення епоксид-
ної смоли внаслідок взаємодії ізоціанатних
груп поліізоціанату з гідроксильними гру-
пами олігомеру, отверднення епоксидної
смоли уретаном – продуктом реакції ПІЦ та
СН, який здатний реагувати з епоксидними
групами, та тримеризації ізоціанатних груп
з утворенням ізоціануратних фрагментів.
Сукупність отриманих даних дає мож-
ливість розглядати досліджені ЕУ компози-
ції як ефективні сполучні для виробництва
композиційних матеріалів.
Отже, метою цієї роботи є вивчення фі-
зико-хімічних та механічних характерис-
тик епоксиуретанових композитів, які є
важливими у процесі їхнього практичного
застосування.
ЕКСПЕРИМЕНТ І ОБГОВОРЕННЯ РЕ
ЗУЛЬТАТІВ.
Предметом дослідження були епокси
уретанові композиції на основі поліізоціа-
нату марки «Lupranat M 20S IsoPMDI 92140»
(суміш ізомерів дифенілметандіізоціанату
та олігомерних сполук (масова частка ізоці-
анатних груп – 30,0 %, густина – 1,2446 г/см3),
епоксидної смоли ЕД-20 ГОСТ 10587-84
(вміст епоксидних груп 19,8 %; вміст гід-
роксильних груп – 1,9%; Мn = 390), водного
розчину силікату натрію (силікатний мо-
дуль 2,9–3,0; відсоток вільної води – 56,0 %).
Епоксиуретанова композиція містить ком-
поненти в еквівалентному співвідношен-
ні. Епоксиуретанові композиції готували
шляхом перемішування компонентів на
магнітній мішалці зі швидкістю 900 об/хв
упродовж 3 хв. Готові композиції заливали
у форми та отверджували за температу-
ри 20±2 оС 24 год., а потім за температури
140 оС – 1 год.
Поверхневий натяг визначали методом
лежачої краплі – вимірювали крайові кути
змочування епоксиуретановими компо-
зиціями тефлонових пластин із відомим
поверхневим натягом, використовуючи
горизонтальний мікроскоп МГ. За допомо-
гою цифрової камери-окуляра отримували
мікросвітлини 5 крапель після досягнення
ними рівноважної форми, які в подальшо-
му обробляли, застосовуючи програму для
оброблення зображень «ImageJ». Значення
контактних кутів змочування обчислюва-
ли, використовуючи алгоритм Drop Snake,
реалізований в плагіні Drop Shape Analysis,
та розраховували поверхневі натяги згідно
з рівнянням [8]:
σр = 2 σт /(1+сos Ө).
Для визначення густини ЕУ використо-
вували метод гідростатичного зважування,
який ґрунтується на законі Архімеда та по-
лягає у визначенні густини твердого тіла за
результатами його зважування на повітрі та
ФІЗИЧНА ХІМІЯ ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ТА МЕХАНІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЕПОКСИУРЕТАНОВИХ КОМПОЗИТІВ
136 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2020
в середовищі рідини з відомою густиною [9].
Для цього використали ваги «Radwag WPS
60/18C:C/2» з вбудованою функцією авто-
матичного визначення густини та ізооктан
як рідину з відомою густиною. Точність ви-
мірювання на повітрі становить 0,0001 г, у
середовищі ізооктану – 0,001 г.
Вплив температури на фізико-хімічні
властивості отриманих епоксиуретанових
композитів вивчали за допомогою мето-
дів термогравіметричного аналізу (ТГА) і
диференційної сканувальної калориметрії
(ДСК). Втрату ваги та температуру почат-
ку розкладу визначали на приладі «Q50
(ТА Instruments», США. Зразки досліджу-
вали в температурному інтервалі від 20 до
700° С зі швидкістю нагрівання 20° С/хв в
атмосфері повітря. Теплофізичні характе-
ристики визначали методом ДСК із вико-
ристанням калориметра «TA Instruments
Q100» в атмосфері азоту в температурному
інтервалі від -50 до 200 оС зі швидкістю на-
гріву 20 град/хв. Зразки масою 0,01–0,015 г
поміщали в алюмінієві капсули, які потім
герметично закривали. Для досліджуваних
зразків використано режим сканування
«нагрів – охолодження». Середина ендотер-
мічного переходу на кривій температурної
залежності теплоємності (Ср) відповідала
значенню Tс полімеру.
Випробування на міцність при стискан-
ні епоксиуретанових композитів у вигляді
циліндричних зразків 15 х 15 мм (діаметр
і висота відповідно) оцінювали за кімнат-
ної температури на універсальній випро-
бувальній машині «TIRA test 2300» згідно з
ASTM D695-02 зі швидкістю кромки голов-
ки 1,3 мм / хв.
Вимірювання показників міцності на
згин епоксиуретанових композитів здій-
снювали за ДСТУ EN 310. Для випробувань
використовували зразки розміром 150 мм ×
20 мм × 5 мм.
Для оцінки водопоглинання згідно ASTM
D570 зразки занурювали у дистильовану
воду за кімнатної температури. Через певні
проміжки часу визначали ступінь насичен-
ня водою до досягнення його максимально-
го значення упродовж трьох місяців.
Фізичні властивості епоксиуретанових
композитів за різних співвідношень ком-
понентів наведено в табл. 1. Змочувальну
здатність композицій оцінювали за кра-
йовим кутом змочування рідкими ком-
позиціями ЕУ тефлонової пластини. При
збільшенні кількості СН, як видно з табл. 1,
спостерігали нелінійну зміну поверхневого
натягу (σр) ЕУ композицій, що може бути
наслідком хімічних реакцій СН із більш
високим значенням поверхневого натягу
(67,81 мДж/м2) [10].
Густина неотверднених композицій
(табл. 1) збільшується зі збільшенням вміс-
ту СН, а густина композитів зменшується
за рахунок порожнин, утворених при фор-
муванні ЕУ [7].
Результати, отримані методом ДСК, пока-
зують, що в цих системах чітких температур-
них переходів немає, що може вказувати на
досить однорідну і жорстку структуру [11].
На рис. 1 наведено термограми епоксиурета-
нових композитів за різного співвідношення
компонентів. Як видно з рисунка, існує від-
мінність між першим і другим нагріванням,
що пов’язано з процесами виділення зв’я-
заної води та доотвердненням у зазначених
системах. Це підтверджується методом ТГА
(рис. 2). Найбільше зв’язаної води в зразку
ЕУ-3 (рис. 1 – площа під піком), що зумовле-
но найбільшим вмістом СН.
УХЖ № 8 / Том 86Л. М. Ященко, Н. В. Ярова, Л. О. Воронцова, О. В. Бабіч, О. М. Горбатенко, О. О. Бровко
137https://ucj.org.ua
Рис. 1. ДСК криві епоксиуретанових компо
зитів ЕУ-1, ЕУ-2, ЕУ-3: 1, 2, 3 – перше нагрівання,
1/, 2/, 3/ – друге нагрівання.
На рис. 2 наведено криві розкладання
ДТГ та втрати ваги ТГ епоксиуретанів, ана-
ліз яких показує, що термоокислювальна
деструкція відбувається в три стадії. На
першій стадіі розкладання в інтервалі 120–
200 оС спостерігаються незначні (до 3,0 % )
втрати ваги, віднесені до втрати води, на-
явної в зразках ЕУ. Відсоток вагових втрат
(1,5; 1,4; 3,04 % для зразків ЕУ-1; ЕУ-2; ЕУ-3
відповідно) збільшується з підвищенням
вмісту СН (табл.1).
Також на кривих ДТГ спостерігають чіт-
ке виділення піку в інтервалі 380–410 оС,
який слід віднести до розпаду ізоціанурат-
них структур, що виникають у процесі син-
тезу епоксиуретанів.
-50 0 50 100 150 200
-0.6
-0.5
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
0.0
0.1
3/
2/
1/
3
1
2
T, oC
г/тВ ,кітоп
Те
пл
ов
ий
п
от
ік
Таблиця 1.
Поверхневий натяг та густина досліджуваних ЕУ композитів
Зразок
Епоксиуретанові сполучні Густина,
г/см3 Поверхневий натяг
ЕУ композицій
σр, мДж/м2Склад, мас. ч. неотверднені отверднені
ПІЦ СН ЕД-20
ЕУ-1 90 10 20 1,2388 1,1583 44.25
ЕУ-2 80 20 20 1,2451 1,1539 41.5
ЕУ-3 70 30 20 1,2448 1,1528 43.49
Наявність останніх підтверджується
характерними для ізоціануратних циклів
смугами коливання з частотою 1712 см-1
та одиничним піком при 1412 см-1 у ІЧ-
спектрах ЕУ [7]. На цій стадії спостерігають
уповільнення розкладання епоксиуретанів
(втрата ваги складає 12–14%), зумовлене,
вочевидь, наявністю гетероциклічних ізо-
ціануратних фрагментів, яким притаманна
власна висока термостійкість.
На третій стадії в області температур
440–620 оС відбувається подальше окис
лювальне розкладання вуглецевого скеле-
ту молекули ЕУ. Причому зі збільшенням
вмісту СН в епоксиуретанах максимальна
швидкість Tmax зсувається в бік зменшення
температури (505, 502, 478 оС для зразків
ЕУ-1, 2, 3 відповідно). Менша втрата ваги
зразка ЕУ-3, порівняно зі зразками ЕУ-1,
2 (табл. 2), пов’язана зі збільшенням кіль-
кості неорганічної складової в епоксиуре-
тані, яка зменшує теплове навантаження
на органічну матрицю (67,1; 64,9; 57,8 %
для зразків ЕУ-1, ЕУ-2, ЕУ-3 відповідно).
Як видно з табл. 2, величина коксово-
го залишку, яка характеризує кількість
ФІЗИЧНА ХІМІЯ ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ТА МЕХАНІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЕПОКСИУРЕТАНОВИХ КОМПОЗИТІВ
138 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2020
летких продуктів згорання, збільшується
залежно від кількості неорганічної компо
ненти в ЕУ.
Рис. 2. Дані термогравіметричного аналізу
епоксиуретанових композитів
За результатами ТГА визначено важливу
експлуатаційну характеристику компози-
тів – температуру початку деструкції, роз-
раховану для 5% втрати маси зразка (Т5%).
Як видно (табл. 2), температура втрати 5%
маси зразка зменшується з 294о С для зраз-
ка ЕУ-1 до 190о С для зразка ЕУ-3.
При збільшенні кількості СН температу-
ра початку розкладання зсувається на 20 оС
в сторону нижчих температур, а максиму-
ми швидкості розкладання складають 336,
341, 334о С для зразків ЕУ-1, ЕУ-2, ЕУ-3 від-
повідно.
Отже, результати проведених дослі-
джень показують, що, змінюючи співвід-
ношення органічної і неорганічної складо-
вих в ЕУ, можна регулювати термостійкість
епоксиуретанових композитів залежно від
їхнього призначення.
Таблиця 2.
Дані термогравіметричного аналізу епоксиуретанових композитів
Зразок Стадії Інтервал т-р,
оС
Втрата ваги,
% Тмах,
оС Т5%,
оС
Коксовий
залишок,
%
ЕУ-1
1стадія 140–200 1,5 155
294 8,32 стадія 280–450 12,6 336
3 стадія 480–620 67,1 505
ЕУ-2
1стадія 120–180 1,4 147
297 8,62 стадія 268–450 13,4 341
3 стадія 461–620 64,9 502
ЕУ-3
1стадія 120–180 3,04 157
190 16,52 стадія 260–420 14,7 334
3 стадія 444–610 57,8 478
Проведено дослідження механічних
властивостей (модуль пружності, міцність
та відносна деформація при стисканні, міц-
ність при згині за температури 20±2 °С)
епоксиуретанових композитів залежно від
варіювання вмісту органічного та неорга-
нічного компонента при їхньому форму-
ванні (рис. 3, 4). Зразки показали високі ме-
ханічні властивості незалежно від кілько-
сті неорганічної складової. Модуль пруж-
ності, міцність та відносна деформація при
стисканні перебувають у межах 1916,4–
4187,6 МПа, 117,4–133,1 МПа та 24,7–30,4 %
відповідно.
УХЖ № 8 / Том 86Л. М. Ященко, Н. В. Ярова, Л. О. Воронцова, О. В. Бабіч, О. М. Горбатенко, О. О. Бровко
139https://ucj.org.ua
Зі збільшенням вмісту неорганічної
складової в ЕУ значення міцності при стис-
канні (рис. 3 а) істотно не змінюється, про-
те модуль пружності, який характеризує
жорсткість композиції, значно зменшуєть-
ся, як показано на рис. 3 б, що суперечить
літературним даним.
Причина може полягати у зміні кілько-
сті СН, що впливає як на його взаємодію з
ПІЦ та взаємодію між компонентами ор-
ганічної складової (ПІЦ і ЕД-20), так і на
швидкість реакції утворення ЕУ та повноту
її завершення. Це може сприяти утворенню
додаткових хімічних та фізичних зв’язків
між компонентами ЕУ, що впливає на його
механічні властивості.
Рис. 3. Міцність при стисканні (а), модуль
пружності при стисканні та відносна дефор
мація (б) епоксиуретанів.
Для підтвердження цього проводили
дослідження впливу однієї з компонент ЕУ
(СН або ЕД-20) на його механічні власти-
вості (на прикладі епоксиуретану складу
ПІЦ/СН/ЕД-20=80/20/20) (рис. 3, а). Ана-
ліз показав значне погіршення механіч-
них властивостей модельних композитів.
Проведені раніше дослідження формуван-
ня епоксиуретанового композита показа-
ли [7], що ступені перетворення ізоціанат-
них та епоксидних груп у системі ПІЦ/СН/
ЕД-20 вичерпуються значно швидше, на
відміну від модельних систем ПІЦ/СН та
ПІЦ/ЕД-20, що впливає на структуру ком-
позитів і, як видно з рис. 3, на їхні механічні
властивості.
Дослідження епоксиуретанових ком-
позитів на міцність при згинанні (рис. 4)
показали, що найвищими показниками
характеризується ЕУ-2, найнижчими –
ЕУ-1.
Аналіз результатів проведених дослі-
джень з вивчення впливу кількості СН на
водопоглинання ЕУ композитів показав,
що вони досягають максимального сту-
пеня насичення водою приблизно через
2 000 годин, який підвищується з підви-
щенням вмісту СН, що можна пояснити
більш дефектною структурою ЕУ-3 порів-
няно з ЕУ-1, ЕУ-2. Вочевидь, ЕУ-1 харак-
теризується більшим ступенем конверсії
NCO-груп у процесі тверднення, тобто
більшою завершеністю хімічних реакцій і,
як результат, більшою густиною (табл. 1).
Тобто зростання вмісту СН зменшує гус-
тину композитів у ряду ЕУ-1 > ЕУ-2 >
ЕУ-3 = 1,1583 > 1,1539 > 1,1528 г/см3, що, в
кінцевому підсумку, призводить до підви-
щення здатності молекул води проникати
вглиб композиту.
ФІЗИЧНА ХІМІЯ ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ТА МЕХАНІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЕПОКСИУРЕТАНОВИХ КОМПОЗИТІВ
140 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2020
Рис. 4. Міцність при згині епоксиуретанів.
Рис. 5. Водопоглинання епоксиуретанових
композитів .
ВИСНОВКИ. Таким чином, досліджен-
ня показали, що отримані епоксиуретано-
ві композити мають однорідну і жорстку
структуру, а підвищення вмісту силікату
натрію в їхньому складі прискорює процес
термічної деструкції, що пов’язано з особ
ливостями структуроутворення епокси-
уретанових композитів. ЕУ стабільні до
400 оС, що зумовлено наявністю в їхній
структурі гетероциклічних ізоціануратних
фрагментів, які більш стійкі, ніж уретанові.
При збільшенні кількості СН в ЕУ спо-
стерігається підвищення водопоглинання,
що є додатковим підтвердженням змен-
шення густини цих композитів.
Отже, шляхом регулювання співвідно-
шенням органічного і неорганічного ком-
понентів можна отримати епоксиуретанові
композити з необхідними фізико-механіч-
ними показниками для практичного засто-
сування.
ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ И ФИЗИКО-МЕХАНИ-
ЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭПОКСИУРЕТА-
НОВЫХ КОМПОЗИТОВ
Л. Н. Ященко, Н. В. Яровая, Л. А. Воронцо-
ва, О. В. Бабич, О. Н. Горбатенко,
А. А. Бровко
Институт химии высокомолекулярных
соединений НАН Украины, Харьковское
шоссе, 48, Киев, 02160, Украина
e-mail: lara.yashchenko@gmail. соm
Разработаны епоксиуретановые компо
зиты (ЭУ) на основе полиизоцианата
(ПИЦ), эпоксидной смолы (ЭД-20) и си-
ликата натрия (СН). Результаты теплофи-
зических исследований показали, что по-
лученные ЭУ имеют однородную и жест-
кую структуру, а повышение содержания
силиката натрия в их составе ускоряет
процесс термической деструкции, однако
они стабильны до 400 °С, что обусловле-
но наличием в их структуре гетероцикли-
ческих изоциануратних фрагментов, ко-
торые более устойчивы, чем уретановые.
УХЖ № 8 / Том 86Л. М. Ященко, Н. В. Ярова, Л. О. Воронцова, О. В. Бабіч, О. М. Горбатенко, О. О. Бровко
141https://ucj.org.ua
Определены механические свойства ЕУ,
такие как прочность при сжатии, модуль
упругости и относительная деформация
при сжатии, прочность при изгибе и водо-
поглощение в зависимости от соотноше-
ния компонентов. Результаты проведенных
исследований показывают, что, изменяя
соотношение органической и неоргани-
ческой составляющих в ЭУ, можно регу-
лировать термостойкость и механические
свойства эпоксиуретановых композитов в
соответствии с их назначением.
Ключевые слова: эпоксиуретановые
композиты, плотность, теплофизические
свойства, механические характеристики,
водопоглощение.
THERMOPHYSICAL AND PHYSICO-MECHANI-
CAL CHARACTERISTICS OF EPOXYURETHANE
COMPOSITES
L. M. Yashchenko, N. V. Iarova, L. O. Voron-
zova, O.V. Babich, O. M. Gorbatenko,
O. O. Brovko
Institute of Macromolecular Chemistry of
the NAS of Ukraine, Kyiv Kharkivske shoce, 48,
02160 Kyiv;
e-mail:lara.yashchenko@gmail.com
Epoxy urethane composites (EU) have been
developed based on polyisocyanate (PIC),
epoxy resin (ED-20), and sodium silicate
(SS). The results of the study of the influence
of the ratio of the components of the EU on
their thermophysical and physicomechanical
characteristics are presented. The method of
differential scanning calorimetry revealed that
these systems do not have clear temperature
transitions, which indicates a fairly homoge-
neous and rigid structure. Studies of thermal
properties by the method of dynamic thermo-
gravimetry have shown that as the amount of
sodium silicate increases, the temperature of
the onset of decomposition of the EU is shifted
by 20 ° C towards lower temperatures.
At the same time, there is a slowdown in the
decomposition of epoxy urethanes (weight loss
is 12-14%), due to the presence of heterocyclic
isocyanurate fragments, which is inherent in
its own high thermal stability. The mechani-
cal properties of the EU, such as compressive
strength, modulus of elasticity, relative com-
pression deformation, flexural strength, and
water absorption, are determined depending
on the ratio of components. High mechanical
properties are shown regardless of the inorgan-
ic component amount. The modulus of elastic-
ity, strength, and relative deformation in com-
pression is in the range of 1916.4 - 4187.6 MPa,
117.4 - 133.1 MPa, and 24.7-30.4%, respective-
ly. The highest flexural strengths are charac
terized by the EC composition of the PIC /
SS / ED-20 = 80/20/20, and the lowest - the
EC composition of the PIC / SS / ED-20 =
70/30/20. The results of the studies show that,
by changing the ratio of organic and inorganic
constituents in the EC, it is possible to regulate
the thermal stability and physicomechanical
properties of epoxy urethane composites de-
pending on their purpose.
Key words: epoxy urethane composites,
density, thermophysical properties, mechani-
cal characteristics, water absorption.
ФІЗИЧНА ХІМІЯ ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ТА МЕХАНІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЕПОКСИУРЕТАНОВИХ КОМПОЗИТІВ
142 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2020
ЛІТЕРАТУРА
1. Омельченко С. И., Кадурина Т. И. Мо-
дифицированные полиуретаны. – К.:
Наук. думка, 1983.
2. Буй Д. М. Разработка композиционных
материалов на основе эпоксиурета-
новых олигомеров с улучшенными экс-
плуатационными свойствами: дис. канд.
техн. наук: 05.17.06. – М.: Российский
химико-технолог. ун-тет им. Д. И. Мен-
делеева, 2014.
3. Кадурина Т. И. Влияние температуры на
синтез эпоксиуретанов // Укр. хим. жур-
нал. – 1986. – 52, № 7. – С. 767–770.
4. Stroganov V. F., Stroganov I. V. Structua
lization and Properties of Nonisocianate
Epoxyurethane Polymers // Polymer Sci-
ence. Ser. C – 2007. – 49, № 3. – P. 257–263.
5. Осипчик В. С., Смотрова С. А., То-
мильчик А. Я. Исследование свойств
модифицированных эпоксисодержа-
щих олигомеров // Пластические мас-
сы. – 2011. – 2. – С. 4–7.
6. Готлиб Е. М., Аверьянова Ю. А. Свой-
ства модифицированных эпоксидных
клеев // Пластические массы. – 1998. –
4. – С. 35–36.
7. Ященко Л. М., Ярова Н. В., Самойлен-
ко Т. Ф., Бровко О. О. Синтез епоксиу-
ретанового сполучного для біокомпо-
зиційних матеріалів // Вопросы химии
и химической технологии. – 2019. – 1. –
С. 73–79.
8. Stalder A. F., Kulik G., Sage D., et al.
Snake-Based Approach to Accurate
Determination of Both Contact Points and
Contact Angles/ Colloids And Surfaces A:
Physic. And Eng. Aspects. – 2006. – 286,
1–3. – P. 92–103.
9. Юзова В. А., Семенова О. В., Харша-
лин П. А. Материалы и компоненты
электронных средств. – СПб.: Проспект,
2015. – 103 с.
10. Лебедєв Є. В., Іщенко С. С., Будзін-
ська В. Л., Денисенко В. В. Властивості
екологічно безпечних пресованих ма-
теріалів на основі органо-неорганічних
зв›язуючих і біосировинних відходів //
Вопросы химии и химической техноло-
гии. – 2007. – 6. – С. 155–159.
11. Ищенко С. С., Росовицкий В. Ф. и др.
Влияние органических модификаторов
на формирование органосиликатных
полимерных композицій // Журнал при-
кладной химии. – 1998. – 11. – С. 1929–
1933.
12. Nageswara A., Sudher P., Brahman V. Mi-
cro silica effects on thermal and mechani-
cal properties of silica-epoxy composites //
J. Polymer Mater. – 2010. – 27, № 1. –
P. 87–95.
13. Ященко Л. Н., Тодосийчук Т. Т., Запун-
ная К. В. и др. Термические свойства
модифицированных эпоксиуретанов //
Полимерный журнал. – 2007. – 29, № 4. –
С. 253–258.
REFERENCES
1. Omelchenko S. I., Kadurina T. I. Modified
polyurethanes. (K.: Nauk. Dumka, 1983).
2. Buoy D. M. Ph. D (Chem) (Moskov, 2014).
[in Russian].
3. Kadurina T. I. The effect of temperature
on the synthesis of epoxyurethanes // Ukr.
chem. journ. 1986. 52(7): 767.
4. Stroganov V. F., Stroganov I. V. Structuali
zation and Properties of Nonisocianate
УХЖ № 8 / Том 86Л. М. Ященко, Н. В. Ярова, Л. О. Воронцова, О. В. Бабіч, О. М. Горбатенко, О. О. Бровко
143https://ucj.org.ua
Epoxyurethane Polymers // Polymer Sci-
ence. Ser. C. 2007.49(3): 257.
5. Osipchik V. S., Smotrova S. A., Tomilchik
A. Ya. Investigation of the properties of
modified epoxy-containing oligomers //
Plastics. 2011. 2: 4. [in Russian].
6. Gotlib E. M., Averyanova Yu. A. Proper-
ties of modified epoxy adhesives // Plastics.
1998. 4: 35. [in Russian].
7. Yashchenko L. M., Yarova N. V., Samoilen-
ko T. F., Brovko O. O. Synthesis of epoxyu-
rethane for biocomposite materials // Prob-
lems of Chemistry and Chemical Techno
logy. – 2019. 1: 73.
8. Stalder A. F., Kulik G., Sage D., et al. Snake-
Based Approach to Accurate Determina-
tion of Both Contact Points and Contact
Angles/ Colloids аnd Surfaces A: Physic.
аnd Eng. Aspects. 2006. 286(1–3): 92.
9. Yuzova V. A. O. V. Semenova, P. A. Kharsha-
lin. Materials and components of electronic
means.(SPb: Prospect, 2015). [in Russian].
10. Lebedev E.V., Іshchenko S. S., Budzin-
ska V. L., Denisenko V. V. The power of
environmentally friendly, unspecified ma-
terials on the basis of organo-non-organic
sounding and biosynthesis // Problems of
Chemistry and Chemical Technology. –
2007. 6:155.
11. Ischenko S. S., Rosovitsky V. F. et al. Influ-
ence of organic modifiers on the formation
of organosilicate polymer compositions //
Journal of Applied Chemistry. 1998.
11:1929. [in Russian].
12. Nageswara A., Sudher P., Brahman V. Mi-
cro silica effects on thermal and mechani-
cal properties of silica-epoxy composites //
J. Polymer Mater. 2010. 27(1): 87.
13. Yashchenko L. N., Todosiychuk T. T., Za-
punnaya K. V. et al. Thermal properties of
modified epoxyurethanes // Polymer Jour-
nal. 2007. 29(4): 253.
Надійшла 26.11.19
|
| id | oai:ojs2.1444248.nisspano.web.hosting-test.net:article-218 |
| institution | Ukrainian Chemistry Journal |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | English |
| last_indexed | 2026-07-23T01:04:53Z |
| publishDate | 2020 |
| publisher | V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | ucjorgua/09/dc378124e7ad42a8e47bf22d67d96b09.pdf |
| spelling | oai:ojs2.1444248.nisspano.web.hosting-test.net:article-2182026-07-22T08:23:44Z THERMOPHYSICAL AND PHYSICO-MECHANICAL CHARACTERISTICS OF EPOXYURETHANE COMPOSITES ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ И ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭПОКСИУРЕТАНОВЫХ КОМПОЗИТОВ ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ТА МЕХАНІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЕПОКСИУРЕТАНОВИХ КОМПОЗИТІВ Yashenko, Larisa epoxy urethane composites, density, thermophysical properties, mechanical characteristics, water absorption. Epoxy urethane composites (EU) have been developed based on polyisocyanate (PIC), epoxy resin (ED-20), and sodium silicate (SS). The results of the study of the influence of the ratio of the components of the EU on their thermophysical and physicomechanical characteristics are presented. The method ofdifferential scanning calorimetry revealed thatthese systems do not have clear temperature transitions, which indicates a fairly homogeneous and rigid structure. Studies of thermal properties by the method of dynamic thermogravimetry have shown that as the amount of sodium silicate increases, the temperature of the onset of decomposition of the EU is shifted by 20 ° C towards lower temperatures. At the same time, there is a slowdown in the decomposition of epoxy urethanes (weight loss is 12-14%), due to the presence of heterocyclic isocyanurate fragments, which is inherent in its own high thermal stability. The mechanical properties of the EU, such as compressive strength, modulus of elasticity, relative compression deformation, flexural strength, and water absorption, are determined depending on the ratio of components. High mechanical properties are shown regardless of the inorganic component amount. The modulus of elasticity, strength, and relative deformation in compression is in the range of 1916.4 - 4187.6 MPa, 117.4 - 133.1 MPa, and 24.7-30.4%, respectively. The highest flexural strengths are characterized by the EC composition of the PIC / SS / ED-20 = 80/20/20, and the lowest - the EC composition of the PIC / SS / ED-20 = 70/30/20. The results of the studies show that, by changing the ratio of organic and inorganic constituents in the EC, it is possible to regulate the thermal stability and physicomechanical properties of epoxy urethane composites depending on their purpose. V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry 2020-09-15 Article Article Physical chemistry Физическая xимия Фізична xімія application/pdf https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/218 10.33609/2708-129X.86.8.2020.134-143 Ukrainian Chemistry Journal; Vol. 86 No. 8 (2020): Ukrainian Chemistry Journal; 134-143 Украинский химический журнал; ##issue.vol## 86 ##issue.no## 8 (2020): Украинский химический журнал; 134-143 Український хімічний журнал; Том 86 № 8 (2020): Український хімічний журнал; 134-143 2708-129X 2708-1281 en https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/218/123 Copyright (c) 2020 Larisa Yashenko https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0 |
| spellingShingle | Yashenko, Larisa ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ТА МЕХАНІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЕПОКСИУРЕТАНОВИХ КОМПОЗИТІВ |
| title | ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ТА МЕХАНІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЕПОКСИУРЕТАНОВИХ КОМПОЗИТІВ |
| title_alt | THERMOPHYSICAL AND PHYSICO-MECHANICAL CHARACTERISTICS OF EPOXYURETHANE COMPOSITES ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ И ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭПОКСИУРЕТАНОВЫХ КОМПОЗИТОВ |
| title_full | ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ТА МЕХАНІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЕПОКСИУРЕТАНОВИХ КОМПОЗИТІВ |
| title_fullStr | ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ТА МЕХАНІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЕПОКСИУРЕТАНОВИХ КОМПОЗИТІВ |
| title_full_unstemmed | ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ТА МЕХАНІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЕПОКСИУРЕТАНОВИХ КОМПОЗИТІВ |
| title_short | ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ТА МЕХАНІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЕПОКСИУРЕТАНОВИХ КОМПОЗИТІВ |
| title_sort | фізико-хімічні та механічні характеристики епоксиуретанових композитів |
| topic_facet | epoxy urethane composites density thermophysical properties mechanical characteristics water absorption. |
| url | https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/218 |
| work_keys_str_mv | AT yashenkolarisa thermophysicalandphysicomechanicalcharacteristicsofepoxyurethanecomposites AT yashenkolarisa teplofizičeskieifizikomehaničeskieharakteristikiépoksiuretanovyhkompozitov AT yashenkolarisa fízikohímíčnítamehaníčníharakteristikiepoksiuretanovihkompozitív |