Абразивостойкие оптически прозрачные полимерные материалы и изделия на основе поликарбоната

На правах рукописиЗолкина Ирина ЮрьевнаАБРАЗИВОСТОЙКИЕ ОПТИЧЕСКИ ПРОЗРАЧНЫЕ ПОЛИМЕРНЫЕМАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ НА ОСНОВЕ ПОЛИКАРБОНАТАСпециальность 05.17.06Технология и переработка полимеров и композитовАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква 2013Работа выполнена в Московском государственном университете тонких химических технологий имени М. В. Ломоносова на кафедре химии и технологии переработки пластмасс и полимерных композитов и в открытом акционерном обществе«Институт пластмасс имени Г. С.

Петрова».Научный руководитель:Симонов-Емельянов Игорь Дмитриевич,доктор технических наук, профессорОфициальные оппоненты:Коврига Владислав Витальевич, доктор техническихнаук, профессор, ООО «Группа ПОЛИМЕРТЕПЛО» директор по науке и развитиюПрудсков Борис Михайлович, доктор химических наук,профессор, Федеральное государственное бюджетноеобразовательное учреждение высшего профессионального образования «Российский химико-технологическийуниверситет имени Д.И. Менделеева» - заведующий кафедры «Химической технологии пластических масс»Ведущая организация:ОАО Межотраслевой институт переработки пластмасс –НПО «Пластик»Защита диссертации состоится « 30 » сентября 2013г. в 16 ч.

30 мин.в ауд. 301 на заседании диссертационного совета Д212.120.07 при МИТХТ им.М. В. Ломоносова по адресу: 119831, г. Москва, ул. М. Пироговская, д.1С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИТХТим. М. В. ЛомоносоваАвтореферат диссертации размещен на сайте www.mitht.ruАвтореферат диссертации разослан « 29 » августа 2013 г.Отзывы и замечания просим направлять по адресу:117571, г. Москва, пр. Вернадского, д. 86, МИТХТ им. М. В.

Ломоносова, ученому секретарю.Ученый секретарьдиссертационного совета Д212.120.07,доктор физ-мат. наук, профессор2В. В. ШевелевОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работы. Поликарбонат (ПК) - один из наиболее перспективных конструкционных оптически прозрачных термопластов. Широкое использование ПК определяется, прежде всего, уникальным сочетанием его свойств: высокой прочности и модуляупругости, ударной прочности и стабильности размеров, а также оптической прозрачностью и длительным сроком службы изделий.Основным недостатком ПК является низкая абразивостойкость его поверхности, чтосущественно ограничивает области применения изделий из ПК. Проблема повышения абразивостойкости поверхности ПК при сохранении на высоком уровне его оптических характеристик является актуальной задачей.Анализ научно-технической литературы показал, что эта проблема принципиальноможет быть решена двумя разными путями:- созданием дисперсно-наполненных материалов на основе ПК с заданными параметрамиструктуры с использованием твердых наноразмерных частиц, которые способны обеспечить повышение абразивостойкости поверхности изделий из ПК при сохранении их высокой прозрачности;- созданием покрытий, защищающих поверхность изделий из ПК от абразивного воздействия и сохраняющих их оптические характеристики на высоком уровне.В данной работе предлагается системный подход для решения научно-техническойзадачи по повышению абразивостойкости поверхности оптически прозрачных изделий изПК, полученных методами литья под давлением и экструзии.Целью работы является создание новых абразивостойких оптически прозрачныхнанокомпозитов на основе ПК, а также разработка технологии получения теромоотверждаемых защитных покрытий на поверхности экструзионных и литьевых изделий из ПК.Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:1) создание дисперсно-наполненных абразивостойких оптически прозрачных наноматериалов на основе ПК и технологии их получения:-определить основные характеристики нанонаполнителей различной природы и рассчитать обобщенные параметры структуры (Θ, М, В, аср, аср/d, φf и φf*) для дисперснонаполненных нанокомпозитов (ДННК) на основе ПК, и провести их классификацию поструктурному принципу;3- исследовать влияние нанонаполнителей и параметров структуры ДННК на абразивостойкость поверхности и оптические свойства, а также оптимизировать составы и параметры структуры нанокомпозитов на основе ПК;- разработать технологию и оптимизировать технологические параметры полученияабразивостойких нанокомпозитов на основе ПК и изделий из них методами литья под давлением и экструзии;2) создание защитных покрытий на поверхности изделий из ПК и разработка технологии получения оптически прозрачных абразивостойких экструзионных и литьевых изделий:- исследовать абразивостойкость защитных теромоотверждаемых силоксановых покрытий (ТСП) и их адгезионную прочность к поверхности ПК;- изучить влияние природы растворителей и их смесей, концентрации полимерных иолигомерных растворов на формирование промежуточного слоя (праймера) и защитныхпокрытий на поверхности ПК на адгезионную прочность, абразивостойкость и оптическиесвойства;- оптимизировать технологические параметры получения защитных покрытий наповерхности экструзионных и литьевых изделий из ПК с целью повышения их абразивостойкости при сохранении на высоком уровне оптических характеристик.Научная новизна работы заключается в следующем: впервые установлена связь обобщенных параметров (Θ, М, аср, φf) структуры с абразивостойкостью и оптическими характеристиками нанокомпозитов на основе ПК.

Показано, что наибольшим светопропусканием (К = 78%) и абразивостойкостью поверхности(Ркр = 7-8Н) обладает низконаполненный нанокомпозит, полученный при использованиисмеси нанонаполнителей (Aeroxide AluC + Aerosil R7200) с высоким значением параметра φмакс и параметрами структуры: Θ=0,94 об. д., и аср≈8,0 мкм и аср/d ≈2,0; установлено, что введение ~ 1,0 масс. % нанонаполнителей с высокой твердостью в ПКприводит к существенному повышению абразивостойкости его поверхности (в ~2 раза)при сохранении на высоком уровне оптических характеристик экструзионных и литьевых изделий; установлены закономерности формирования промежуточного слоя (праймера) изПММА и защитных силоксановых покрытий из растворов на поверхности ПК. Определены оптимальные условия, обеспечивающие высокие оптические характеристики (ко4эффициент светопропускания до 92%) для системы ПК+ПММА+ТСП с высокой абразивостойкостью поверхности (не затирается стальной шерстью №00); установлен механизм повышения абразивостойкости поверхности ПК при нанесении наслой праймера из ПММА защитного силоксанового покрытия, заключающийся в высоком вязкоупругом восстановлении (до 99%) при оптимальном соотношении твердости кмодулю упругости материала защитного покрытия, а также низкой шероховатостью егоповерхности; разработаны и оптимизированы составы, параметры структуры и технологические процессы получения абразивостойких, оптически прозрачных нанокомпозитов на основеПК и литьевых и экструзионных изделий с защитным силоксановым покрытиемПК+ПММА+ТСП.Практическая значимость работы.

Предложены и на практике реализованы дваметода повышения абразивостойкости поверхности изделий из ПК при сохранении высоких оптических характеристик: первый – введение твердых наночастиц и создание нанокомпозитов; второй - нанесение защитного силоксанового покрытия на поверхность экструзионных и литьевых изделий с промежуточным подслоем.Определены технологические характеристики нанонаполнителей, необходимые длямоделирования структуры дисперсно-наполненных полимерных композиционных материалов и получения нанокомпозитов и изделий из них на основе ПК с высокой абразивостойкостью поверхности и оптическими характеристиками.На основании проведенных исследований разработан новый нанокомпозит на основе ПК, обладающий повышенной абразивостойкостью, который может быть использованкак самостоятельно, так и в качестве защитного слоя, наносимого на оптически прозрачные изделия из ПК методом соэкструзии или двухкомпонентного литья под давлением.Получен патент РФ на изобретение № 2447105 от 10.04.

2012 г. «Термопластичная, стойкая к царапанию полимерная композиция».Разработан комплексный подход по оценке абразивостойкости поверхности полимерных изделий, сочетающий в себе методы наноиндентирования и традиционные методыисследования (стойкость к царапанию, твердость по карандашу, стойкость на затираниестальной ватой №00).Разработана технология получения изделий из ПК с адгезионным подслоем изПММА и защитным термоотверждающимся силоксановым покрытием (ТСП). Данная тех5нология позволяет получать изделия с высоким светопропусканием (К = 92%) с твердостью поверхности по карандашу не менее 4Н, которые могут быть использованы в строительной индустрии, авто-, машиностроении и т.д.На основании полученных данных подана заявка на изобретение от 12.04.2012 - регистрационный № 2012114251 - «Способ получения поликарбонатных формовок с двухслойным покрытием».Разработаны ТУ № 2226-479-00209349-2010 «Поликарбонат, стойкий к абразивномуизносу».

В ООО «НПО Альтаир» по данным ТУ выпущена опытная партия нанокомпозитана основе ПК, показатели качества которого приведены в Приложении 1.В ОАО «Институт пластмасс» выпущены демонстрационные образцы листов ПК сабразивостойким покрытием, акт и паспорт испытаний приведены в Приложении 2.В ЗАО «Автоинфомикс» изготовлена опытная партия защитных экранов светодиодных светильников из ПК с защитными покрытиями (Приложение 3).В ОАО «НИИ стали» по разработанной технологии выпущены опытные образцыбронестекол с защитным покрытием (Приложение 4).Апробация работы. Результаты работы были доложены на международной молодежной научно-технической конференции "Новые материалы и технологии глубокой переработки сырья - основа инновационного развития экономики России" (9-13 июля 2012 г., г.Геленджик) и XI Андриановской конференции «Кремнийорганические соединения.