Портфолио

Студента Абдулхаковой Алины Азатовны (Ф.И.О.)

гр. 5СМ108

научный руководитель: д.т.н., проф., зав. кафедрой ТСМИК Хозин В. Г.;

к.т.н., заместитель проректора по научно-исследовательской работе

Старовойтова И.А. (Ф.И.О., должность, степень, кафедра)

для назначения повышенной государственной академической стипендии за

достижения в научно-исследовательской работе.

Краткая характеристика Я, Абдулхакова Алина Азатовна, магистрант 1 курса, группы 5СМ108,

специальности ПСМИК, закончила бакалавриат по данной специальности с красным

дипломом. Научно-исследовательской деятельностью начала заниматься с первого курса

бакалавриата. Во время исследований занималась различными тематиками, такими как

«Химическое диспергирование», «Гибридные связующие для поликомпозитной

арматуры», «Полимербетоны на основе эмульсий эпоксидных смол». За время научной

деятельности принимала участие в конференциях, конкурсах на уровне Вуза, региона.

Имею несколько публикаций статей в журналах ВАК. Являюсь соискателем Гранта на

кафедре ТСМИК.

Сводный бланк достижений в научно-исследовательской работе

Публикации, шт

Патент, шт Победа в конкурсе

Очное участие в конф., выставках и

т.п. Грант

материалы конференций журнал

Семестр (год)

Тезисы ВУЗ регион,

РФ междунар ВУЗ

регион, РФ

ВАК междунар Полезная

мод. Изобретение ВУЗ

город, регион

РФ ВУЗ регион РФ Заявка Выигрыш

Примечания Из списка Scopus,

WOS

1. Заявка не учитывается. 2. Достаточно

положительного решения.

1. Уровень - место

проведения конкурса.

2. Указать занятое место.

1. Нужно подтверждение

участия (фотография?,

сертификат участника?, диплом за

участие и т.п.). 2. Уровень -

место проведения

мероприятия.

2012, 2 сем. 1 1

2012, 3 сем. 1

2013, 4 сем. 1 1 1 1

2013, 5 сем.

2014, 7 сем. 1 1 1

2015, 8 сем.

2015, 1 сем. 1 1 1

Другое, не учтенное выше (в свободной форме, с указанием семестра и года): Семестр 8 , 2015 год. Выступала с защитой доклада на тему «Полимерцементные композиции на основе водных эмульсий эпоксидных олигомеров» на английском языке. (Сертификат прилагается) Исполнитель гранта в период 2014-2016 г. (Справка из УНИД прилагается)

Список публикаций 1. Старовойтова И.А., Хозин В.Г. Одноосноориентированные

армированные пластики: анализ состояния, проблемы и перспективы

развития/ И.А. Старовойтова, В.Г. Хозин, А.М. Сулейманов, А.А.

Абдулхакова, Р.А. Халикова, Е.С.Зыкова, А.И. Муртазина, Э.П. Хадеев //

Журнал Известия КазГАСУ, 2012, № 4(22), С. 332-339 (ВАК);

2. Абдулхакова А.А. Химическое диспергирование: теоретическое

иэкспериментальное исследование // 64 Всероссийская научная конференция,

2012 г.;

3. Старовойтова И.А. Модификация гибридных связующих эпоксидным

олигомером / И.А. Старовойтова, Р.А. Халикова, А.А. Абдулхакова, А.И.

Муртазина, Э.П. Хадеев // Вестник Казанского технологического

университета, 2013, Т. 16. № 15, С. 68-70 (ВАК);

4. Абдулхакова А.А., Муртазина А.И. Изучение влияния катализаторов

отверждения на технологические свойства гибридных связующих // 65

Всероссийская научная конференция КГАСУ, 2013 г.;

5. Старовойтова И.А. Изучение влияния углеродных нанотрубок на

процессы структурообразования в гибридных связующих / И.А.

Старовойтова, Р.А. Халикова, А.А. Абдулхакова, Л.М. Кузнецова, Э.М.

Ягунд // Сборник тезисов Третьей международной конференции стран СНГ

Золь-гель синтез и исследование неорганических соединений, гибридных

функциональных материалов и дисперсных систем «Золь-гель-2014», 2014,

С. 177-178;

Подтверждающие документы

Сканы статей: должны содержать титульный лист (обложку) журнала (сборника

материалов конференции), страницу содержания со статьей автора, все страницы

статьи. Распечатка исходного варианта статьи (не скан из журнала) не принимается.

Сканы дипломов конкурсов, сертификатов участника конференций, выставок и

других научных мероприятий.

Сканы свидетельств на изобретения, полезные модели, письма о положительном

решении на их выдачу

Сканы свидетельств на получение гранта, сканы справки о подаче заявки на грант (из

УНИД КГАСУ)

Примечания:

1. Портфолио формируется в электронном виде, в формате pdf, который

отправляется на адрес amziganshin@kgasu.ru с указанием в теме письма -

портфолио на повышенную стипендию, а распечатанный вариант передается в

дирекцию института.

68

УДК 691.175 Р. А. Халикова, И. А. Старовойтова, А. И. Муртазина, А. А. Абдулхакова, Э. П. Хадеев

МОДИФИКАЦИЯ ГИБРИДНЫХ СВЯЗУЮЩИХ ЭПОКСИДНЫМ ОЛИГОМЕРОМ1

Ключевые слова: полиизоцианат, полисиликат натрия, эпоксидная смола, модификация.

Изучено влияние эпоксидного олигомера на технологические и технические характеристики гибридных свя-зующих на основе полиизоцианата и полисиликата натрия. Установлено, что введение в состав гибридных связующих эпоксидной смолы оказывает значительное влияние на технологические характеристики связую-щих и технические свойства отверждённых композитов. Выявлено, что при модификации связующих ЭД-20 фазовая структура становится более однородной и тонкодисперсной.

Keywords: polyisocyanate, polysilicate of sodium, epoxy resin, modification.

The effect of the epoxy oligomer on the technological and technical characteristics of the hybrid binders based on po-lyisocyanate and polysilicate of sodium is studied. It is determined that the introduction of the epoxy resin hybrid bind-er influences significantly on the technological characteristics of the binder and the technical properties of the cured composites. Revealed that the modification of binders ED-20 phase structure becomes more homogeneous and fine.

Введение1

В настоящее время весьма перспективным ме-тодом получения эпоксиуретановых полимеров явля-ется получение смесей и сплавов полимеров с различ-ными функциональными группами, например получе-ние полимера, содержащего одновременно изоцианат-ные и эпоксидные группы. Это направление определя-ет перспективные возможности получения полимеров с новыми химическими и эксплуатационно-техническими характеристиками.

К этому методу относят получение взаимо-проникающих и взаимодополняющих сеток полиме-ров, представляющих собой системы из двух и более трехмерных полимеров [1-3].

При модификации гибридного связующего эпоксидиановой смолой отверждение эпоксидной смо-лы может протекать по двум направлениям: реакция отверждения эпоксидной смолы полиизоцианатом по гидроксильным группам олигомера и отверждение эпоксидной смолы уретаном (является продуктом ре-акций взаимодействия полиизоцианата и полисиликата натрия), который способен реагировать с эпоксидными группами.

В данной статье приведены результаты иссле-дования технологических и технических характери-стик гибридных связующих (модифицированных эпок-сидной смолой), предназначенных для армированных пластиков строительного назначения.

Экспериментальная часть

В качестве основных компонентов были ис-

пользованы: Полиизоцианат (ПИЦ) марки «Lupranat M

20S» IsoPMDI 92140;

1 Исследование выполнено при поддержке Министер-ства образования и науки Российской Федерации, со-глашение № 14.132.21.1680 «Разработка эксперимен-тально-теоретических основ наномодификации эпок-сидных и органосиликатных связующих для создания конструкционных армированных пластиков строи-тельного назначения».

Полисиликат натрия (ПН) с модулем n=4 марки «Силикон ВН-М» по ТУ 2145-014-13002578-94;

Смола эпоксидиановая марки ЭД-20 со-гласно ГОСТ 10587-84.

Технология изготовления модифицирован-

ных гибридных связующих заключалась в следую-щем. Сначала в полиизоцианат вводили эпоксидную смолу, смесь перемешивали на лопастной мешалке со скоростью 1500 об/мин в течение 3 мин. Затем добавляли полисиликат натрия и полученную смесь перемешивали на лопастной мешалке со скоростью 1200-1300 об/мин в течение 3 мин. Тепловую обра-ботку связующих проводили по ступенчатому ре-жиму: при 80 0С – в течение 0,5-1 ч, затем темпера-туру повышали до 100 0С и выдерживали до полного отверждения.

В результате проведенной работы (по ком-плексу технологических и технических характери-стик) было подобрано оптимальное соотношение компонентов: полиизоцианата, полисиликата натрия и эпоксидной смолы. Эпоксидная смола вводилась в количестве 5, 8, 10, 12, 15, 18 и 20 масс. ч. (на 100 масс. ч. связующего). Соотношение полиизоцианата и полисиликата натрия (ПИЦ:ПН) варьировались от 70:30 до 85:15.

На первом этапе работы были изучены тех-нологические (вязкость, время гелеобразования, краевой угол смачивания, время тепловой обработ-ки), а на втором – эксплуатационно-технические (плотность, прочность при сжатии) характеристики модифицированных гибридных связующих.

Вязкость определяли на приборе ВЗ-246 – как время истечения (в сек.) 100 мл гибридного свя-зующего.

Время гелеобразования определяли косвен-ным методом, сущность которого заключается в определении времени, в течение которого связую-щее теряет текучесть.

Смачивающую способность связующих по отношению к стеклу оценивали по краевому углу смачивания, который измеряли с помощью прибора

69

МИР-12. Окуляром микроскопа, снабжённым шкалой, определяли высоту и диаметр капли связующего. Краевой угол смачивания находили графическим по-строением.

Определение предела прочности при сжатии проводили на разрывной машине Р-5 согласно ГОСТ 17177-94.

Плотность определяли гидростатическим взвешиванием.

Фазовая структура отвержденных связующих была изучена методом сканирующей электронной микроскопии (SEM с микрозондовым рентгеноспек-тральным анализом). Исследования проводились на автоэмиссионном сканирующем электронном микро-скопе Merlin. Образцы предварительно подвергались за-морозке в жидком азоте. Проводился скол на указанном участке. На сколы объектов предварительно напыляли сплав Au/Pd в соотношении 80/20. При проведении ко-личественного и качественного анализа золото было исключено. Зафиксированные на держатель образцы помещались в камеру электронного микроскопа и проводили зондирование с выбранных участков.

Результаты и их обсуждение

На первом этапе работы было изучено влияние

эпоксидной смолы на технологические свойства гиб-ридных связующих, результаты исследований приве-дены в табл. 1.

Вязкость бинарных и модифицированных гиб-ридных связующих с течением времени постепенно возрастает, вплоть до полной потери текучести, это обусловлено высокой вязкостью самих эпоксидных смол при комнатной температуре. Для бинарных свя-зующих (без модификатора) вязкость определялась на приборе ВЗ-246 с диаметром сопла 4 мм, для модифи-цированных связующих выбрано сопло диаметром 6 мм.

Смачивающая способность связующих оцени-валась по краевому углу смачивания жидкими компо-зициями стеклянной пластины. Во всём диапазоне концентраций эпоксидной смолы (5-20 масс. ч.) крае-вой угол смачивания связующих составляет 20-300, что свидетельствует о достаточно хорошей смачивающей способности разработанных композиций.

Для выявления периода времени, в течение ко-торого композиции могут использоваться в качестве связующих при изготовлении композиционных мате-риалов, также было определено время гелеобразования связующих. Установлено, что при увеличении содер-жания эпоксидной смолы в составе связующих время гелеобразования уменьшается.

Время тепловой обработки при введении эпок-сидной смолы сокращается (на 1-3 часа), что обуслов-лено ускорением физико-химических процессов от-верждения связующих.

Наиболее резко время тепловой обработки со-кращается при введении 20 масс. ч. ЭД-20 при соот-ношении ПИЦ:ПН=80:20 – с 6 до 3 часов.

На втором этапе работы было изучено влияние эпоксидной смолы на эксплуатационно-технические характеристики отверждённых связующих: плотность, прочность при сжатии.

Таблица 1 – Технологические характеристики модифицированных гибридных органосиликат-ных связующих

Соотно-шение

ПИЦ:ПН:ЭД, масс.ч.

Краевой угол

смачива-ния, град.

Вяз-кость, сек.

Время геле-обра-зова-ния, мин.

Время тепло-вой обра-ботки, ч.

Соотношение ПИЦ:ПН = 70:30, масс.ч. 70:30:0 24 43 210 4 70:30:5 26 25 187 4 70:30:8 28 30 165 4 70:30:10 28 35 144 3,5 70:30:12 27 43 116 3,5 70:30:15 26 46 110 3,5 70:30:18 27 50 98 3,2 70:30:20 28 52 85 3,0

Соотношение ПИЦ:ПН = 75:25, масс.ч. 75:25:0 22 67 225 6 75:25:5 23 75 205 5,5 75:25:8 21 85 200 5,5 75:25:10 24 105 190 5 75:25:12 21 120 176 5 75:25:15 23 135 156 5 75:25:18 25 155 118 4,5 75:25:20 24 210 110 4,5

Соотношение ПИЦ:ПН = 80:20, масс.ч. 80:20:0 21 75 230 6 80:20:5 24 106 176 6 80:20:8 23 115 157 6 80:20:10 25 119 142 5,5 80:20:12 26 126 126 5,5 80:20:15 26 134 122 5 80:20:18 28 168 120 4,5 80:20:20 29 193 120 3

Соотношение ПИЦ:ПН = 85:15, масс.ч. 85:15:0 26 111 390 8 85:15:5 25 125 296 7,5 85:15:8 28 136 250 7,5 85:15:10 29 140 240 7 85:15:12 27 150 196 6,5 85:15:15 26 155 188 6,5 85:15:18 28 168 180 6 85:15:20 30 174 176 6

Плотность всех исследованных составов от-

верждённых связующих составляет 1,10-1,22 г/см3. При введении эпоксидной смолы до 12 масс. ч. в состав гибридного связующего прочностные харак-теристики увеличиваются, при дальнейшем увели-чении содержания ЭД-20 – несколько снижаются (соотношение ПИЦ:ПН=85:15 и 75:25). При введе-ние ЭД-20 в состав связующего при соотношении ПИЦ:ПН=70:30 во всем диапазоне концентраций добавки прочность падает, а при соотношении ПИЦ:ПН=80:20 прочностные показатели наоборот увеличиваются во всем диапазоне концентраций. Зависимости прочности при сжатии от содержания эпоксидной смолы представлены на рис. 1. Даль-

70

нейшее увеличение содержания ЭД-20 в составе свя-зующего нецелесообразно, так как приводит к форми-рованию неоднородной структуры отвержденных ком-позитов, включающей значительное число пор, что ведёт к резкому снижению механической прочности.

Рис. 1 - Зависимости прочности при сжатии от со-держания эпоксидной смолы

Высокой прочностью при сжатии характери-

зуются образцы при соотношении ПИЦ:ПН=85:15. В области изученных составов максимальной прочно-стью обладают связующие, содержащие 12 масс. ч. ЭД-20 при соотношении ПИЦ:ПН=85:15 (111 МПа) и 20 масс. ч. ЭД-20 при соотношении ПИЦ:ПН=80:20 (115 МПа).

Рис. 2 - Микрофотографии отвержденных связую-щих при увеличении 1000х. а) немодифицированное гибридное связующее (соотношение ПИЦ:ПН=80:20); б) гибридное связующее, модифи-цированное эпокидной смолой (соотношение ПИЦ:ПН:ЭД-20=80:20:20)

На третьем этапе работы была изучена фазовая

структура модифицированных гибридных связующих. Микрофотографии фазовой структуры бинарных и модифицированных гибридных связующих, получен-ные методом сканирующей электронной микроскопии представлены на рис. 2.

Связующее будучи в исходном состоянии двухфазными системами [4], в отвержденном состоя-

нии также представляют собой гетерофазные, но твердые системы, состоящие из непрерывной поли-мерной матрицы и дисперсной фазы в виде частиц сферической формы. Морфологическая структура «наследственно» переходит в структуру отвержден-ных композитов.

По данным микрозондового рентгеноспек-трального анализа дисперсная среда обогащена С (72-74 %), N (12,8-13,7 %) и О (10-13,5 %), т.е. пред-ставлена органическими продуктами реакций, а дисперсная фаза обогащена Si (до 10-12 %), Na (до 3-5 %).

При модификации связующих ЭД-20 фазовая структура становится более однородной и тонкодис-персной. Так, средний размер частиц дисперсной фазы составляет в случае: немодифицированного связующе-го – 4,4 мкм (размер дисперсной фазы изменяется от 0,8 до 11 мкм); модифицированного ЭД-20 – 2,3 мкм (максимальный размер частиц – 4,5 мкм).

Выводы

Таким образом, при введении в состав гиб-ридных связующих эпоксидной смолы вязкость свя-зующих с течением времени постепенно возрастает, вплоть до полной потери текучести, это обусловле-но высокой вязкостью самих эпоксидных смол при комнатной температуре.

Краевой угол смачивания связующих нахо-дится в диапазоне 20-300, что свидетельствует о хо-рошей смачивающей способности разработанных композиций.

Максимальная прочность была достигнута при модификации 20 масс.ч. ЭД-20 при соотноше-нии ПИЦ:ПН = 80:20 и составила 115 МПа.

Введение в состав гибридного связующего эпоксидной смолы уменьшило размер частиц дис-персной фазы в 2 раза.

Литература

[1] Бобрышев А.Н. Влияние эпоксидного модификатора на полиуретановые полимеры / Бобрышев А.Н., Жарин Д.Е., Бобрышев А.А. // Строительные материалы 6/2005. – С. 67-68.

[2] Мухаммадиева Л.И. Модификация олигоэфиров эпок-сидной смолой / Мухаммадиева Л.И., Светлаков Н.В. // Вестник Казан. технол. ун-та, 2011. – №10. – С. 92-95.

[3] Гумаров А.Х. Модификация покрытий на основе хлор-сульфированного полиэтилена эпоксидными олигоме-рами / Гумаров А.Х., Гарипов Р.М., Стоянов О.В. // Вестник Казан. технол. ун-та, 2011. – №14. – С. 138-140.

[4] Халикова Р.А. Оптимизация технологических парамет-ров приготовления модифицированных органо-неорганических связующих на основе полиизоцианата и полисиликата натрия / Халикова Р.А., Старовойтова И.А., Муртазина А.И., Хадеев Э.П. // Известия КГАСУ, 2012 №2 (20). – С. 207-213.

__________________________________________________________ © Р. А. Халикова – асп. каф. технологии строительных материалов, изделий и конструкций КГАСУ, rizida.khalikova@yandex.ru; И. А. Старовойтова канд. техн. наук, помощник проректора по НИР КГАСУ, irina-starovoitova@yandex.ru; А. И. Муртазина – студ. КГАСУ; А. А. Абдулхакова – студ. КГАСУ; Э. П. Хадеев – студ. КГАСУ.