Разработка молекулярной армирующей фазы на основе MQ-сополимеров для создания совместимых с карбоцепными каучуками композиций

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 23-23-00105

НазваниеРазработка молекулярной армирующей фазы на основе MQ-сополимеров для создания совместимых с карбоцепными каучуками композиций

Руководитель Миронова Мария Владимировна, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В.Топчиева Российской академии наук , г Москва

Конкурс №78 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-302 - Структура и свойства полимеров, многокомпонентных полимерных систем

Ключевые слова Композиционный материал, MQ-сополимер, молекулярный наполнитель, реологические свойства, вязкоупругость, реокинетические параметры, механические свойства

Код ГРНТИ31.25.15

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В соответствии с существующей набирающей силу «зеленой» политикой в энергетике, такие популярные объекты полимерной химии, как каучуки и резины, являются, пожалуй, наиболее неблагополучными с точки зрения «углеродного следа». В представляемом проекте планируется замена углеродной сажи, как армирующего наполнителя резин, на кремнийорганические соединения, причем не на популярный и уже частично применяемый диоксид кремния, а на новые гибридные органо-неорганические соединения – MQ-сополимеры. Новизна используемых наполнителей состоит в гидрофобизации макромолекул-частиц путем введения на периферию углеводородных звеньев различной длины – для усиления их взаимодействия с неполярными карбоцепными эластомерами. Таким образом, можно будет сделать вывод не только о закономерностях изменения свойств наполненной системы с фиксированным размером неорганического «ядра» и изменяемой длиной органических заместителей, но и предсказать адгезионные характеристики пары эластомер-наполнитель. В целом, развиваемый в проекте подход является важным шагом в создании «зеленых» шин.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Мешков И.Б., Селифонова А.А., Миронова М.В. Синтез MQ-сополимеров с децильными концевыми группами для повышения совместимости с карбоцепной полимерной матрицей СБОРНИК ТЕЗИСОВ ДОКЛАДОВ IX Бакеевская Всероссийская с международным участием школа-конференция для молодых ученых «МАКРОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ НАНООБЪЕКТЫ И ПОЛИМЕРНЫЕ КОМПОЗИТЫ», СБОРНИК ТЕЗИСОВ ДОКЛАДОВ IX Бакеевская Всероссийская с международным участием школа-конференция для молодых ученых «МАКРОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ НАНООБЪЕКТЫ И ПОЛИМЕРНЫЕ КОМПОЗИТЫ» С.102 (год публикации - 2023)

2. Миронова М.В., Виноградов М.И., Мешков И.Б. Реологические и реокинетические свойства смесей на основе MQ-сополимеров с децильными концевыми группами СБОРНИК ТЕЗИСОВ ДОКЛАДОВ IX Бакеевская Всероссийская с международным участием школа- конференция для молодых ученых «МАКРОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ НАНООБЪЕКТЫ И ПОЛИМЕРНЫЕ КОМПОЗИТЫ», СБОРНИК ТЕЗИСОВ ДОКЛАДОВ IX Бакеевская Всероссийская с международным участием школа- конференция для молодых ученых «МАКРОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ НАНООБЪЕКТЫ И ПОЛИМЕРНЫЕ КОМПОЗИТЫ» С.103 (год публикации - 2023)

3. Миронова М. В. , Мешков И. Б., Куличихин В. Г., Музафаров А. М. Влияние химической природы MQ-сополимеров на реологические свойства смесей на их основе INEOS OPEN, INEOS OPEN, 2023, 6 (год публикации - 2024)
10.32931/io2310a

4. Миронова М.В., Мешков И.Б., Шандрюк Г.А., Куличихин В.Г., Музафаров А.М. Crosslinking Kinetics for Blends of Polyisoprene and MQ Copolymers Polymer Science, Series B (год публикации - 2024)
10.1134/S1560090424601213

5. Миронова М.В., Куличихин В.Г. Analysis of the Process of Crosslinking of Mixtures Based on Polyisoprene and MQ-Copolymers by Means of Rheology Polymer Science, Series C (год публикации - 2025)
10.1134/S1811238224600356

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Предложен новый комбинированный метод синтеза MQ-сополимеров с гексадецильными концевыми группами, заключающийся в получении прекурсора – дисилоксана – и введении его совместно с тетраэтоксисиланом в реакцию гидролитической поликонденсации в активной среде. Синтезированы MQ-сополимеры с гексадецильными терминальными группами, в которых соотношение M и Q звеньев составило 1:2. MQ-сополимеры использованы в качестве наполнителя низкомолекулярного полиизопрена. Показано, что сополимер и каучук ограниченно совместимы. Получены смеси, в которых содержание сополимера составляло 10, 20, 30 и 40 масс.%. Методом ротационной реометрии оценены вязкостные и вязкоупругие характеристики смесей. Исходные компоненты, полиизопрен и MQ-сополимер с гексадецильными группами, проявляют ньютоновское поведение. MQ cополимер является низковязкой жидкостью, значения сдвиговой вязкости не превышают 2 Па·с. Характер кривых течения смесей на основе ПИ и MQ неньютоновский. Введение MQ-сополимера в полимерную матрицу приводит к снижению абсолютных величин модулей G’ и G”. Чем выше содержание сополимера, тем ниже значения динамических модулей. Морфологические исследования систем на основе ПИ и MQ сополимеров показали, что системы являются эмульсиями. Для системы с содержанием MQ 10 масс.% наблюдается равномерное распределение сополимера в полимерной матрице. При увеличении доли MQ в каучуке наблюдается тенденция к агрегированию. Для всех смесей получены сшитые композиты. Основные параметры процесса сшивки оценены методом ДСК и реологическим методом. Значения температур, соответствующих максимуму теплового потока практически не зависят от содержания сополимера в системе и составляют 131±1°С. Получены температурные зависимости динамических модулей для ненаполненного каучука и системы с MQ в процессе сшивки. Сшитые композиты проанализированы с использованием метода динамического механического анализа. Модули упругости не зависят от частоты и различаются по абсолютным значениям. Данные коррелируют с результатами ротационной реометрии – модули снижаются с увеличением доли сополимера в каучуке. Оценены значения модулей упругости сшитых композитов с децил- и гексадецил-содержащими MQ смолами. Для композиций с децилсодержащими MQ сополимерами (содержание в каучуке 30 масс.%) значение модуля «на плато» существенно превышает аналогичное значение для сшитого каучука без наполнителя. Наибольшая величина G’ получена для системы на основе MQ смолы 1:4 (590 кПа). Модуль упругости такой композиции возрастает в три раза по сравнению с ненаполненным каучуком (200 кПа). Для сшитых композиций с гексадецилсодержащими MQ сополимерами модули упругости снижаются с увеличением доли MQ сополимера с 10 масс.% (180 кПа) до 30 масс.% (101кПа). С учётом результатов динамического механического анализа сделан вывод, что в качестве усиливающего наполнителя целесообразно рассматривать MQ сополимеры с децильными концевыми группами. MQ сополимеры с гексадецильными группами приводят к снижению прочностных свойств вулканизатов и могут быть рассмотрены в качестве пластифицирующей добавки. Для сшитых композитов на основе MQ сополимеров с децильными группами оценена прочность при растяжении. Увеличение доли неорганической составляющей в MQ сополимере способствует росту упруго-прочностных характеристик сшитого композита. Так, для ненаполненного каучука условная прочность при растяжении составляет 320 кПа, в то время как для композита с MQ смолой, в которой звенья M и Q соотносятся как 1 к 4, эта величина достигает значений ~1 МПа.

Публикации