Otrzymywanie i właściwości trudnopalnych nanokompozytów uretanowo-mocznikowych z napełniaczami z prekursorów glinoorganicznych

• Autorzy: Boczkowska A. , Marczewski M. , Sienkiewicz B. , Pietrzykowski A. , Kunicki A. , Ziemkowska W. , Zawada A. , Olszyna A.

Warianty tytułu

EN

Synthesis and properties of fire - resistant urea - urethane composites with nano - sized fillers obtained from organoaluminum precursors

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedmiotem badań były nanokompozyty nitrylomocznikowouretanowe otrzymywane w wyniku wprowadzania do poliuretanu zmodyfikowanych oligomerów metyloalumoksanu (MAO) lub nanometrycznych cząstek Al2O3, wytwarzanych metodą zol-żel. Osnowę otrzymywanych nanokompozytów stanowił segmentowy elastomer nitrylomocznikowouretanowy o liniowej budowie, którego makrocząsteczki składają się z segmentów giętkich i sztywnych. Jako środek wydłużający zastosowano dicyjanodiamid. Celem badań było poznanie zależności pomiędzy parametrami procesu wytwarzania nanokompozytów poliuretanowych a ich strukturą i właściwościami. Badano jednorodność rozproszenia nanonapełniaczy w masie poliuretanu zależnie od zastosowanej metody wytwarzania nanokompozytów i ich właściwości fizyko-mechaniczne. Istotną funkcją wprowadzanych nanonapełniaczy była również modyfikacja poliuretanów w kierunku obniżenia ich palności. Ideą wprowadzania MAO do poliuretanu było osiągnięcie molekularnego rozproszenia członów glinotlenowych (tlenku glinu modyfikowanego ligandami organicznymi). Zastosowanie nanonapełniacza glinoorganicznego miało na celu jego chemiczne związanie z cząsteczką poliuretanu, co nadaje poliuretanowi charakter hybrydowy i prowadzi do jego równomiernego rozproszenia w masie polimeru. W celu wytworzenia trudnopalnych nanokompozytów poliuretanowych dodatkowo wprowadzono do kompleksów alumoksanowych związki fosforanowe. Prekursory, z których wytwarzano nanocząstki Al2O3, otrzymywano w reakcjach trimetyloglinu z tlenem atmosferycznym w niepolarnych rozpuszczalnikach organicznych, a także z triizopropoksyglinu. Prekursor w postaci białego proszku poddawano dalszej obróbce w celu jego rozdrobnienia do rozmiarów nanometrycznych. Przeprowadzono szereg syntez otrzymywania poliuretanów, a także zbadano ich strukturę i wybrane właściwości w zależności od parametrów syntezy.

EN

Urea-urethane nanocomposites with fillers obtained from modified methylalumoxane oligomers or nano-sized Al2O3 particles were studied. Segmented urea-urethane elastomer with linear macromolecular structure, consisted of hard and soft segments, was used as a nanocomposite matrix. Dicyandiamide was used as a chain extender. The aim of the study was an evaluation of structure-property relationships in order to their fabrication conditions. To enhance that knowledge, homogeneity of nanoparticles incorporation in polyurethane matrix and selected mechanical properties were studied. Also firetests were performed using Cone calorimeter under heat flux equal to 50 kW/m2. In order to obtain hybrid nanocomposites, ethylene oligoadipate (OAE) was modified by the reaction with methylalumoxanes (MAO) prior to use. The excess of active methyl groups of MAO was deactivated by the reactions with water, alcohols or alkylphosphates. This method allowed to introduce nano-sized aluminum-oxide based moieties into the polyurethane. Reactions of MAO with 2-propanol, 1- pentanol and esters of phosphoric acid are shown in Fig. 1. Schematic structure of modified MAO can be found in Fig. 2. Reagents used for MAO modifications and their molar ratios are listed in Tables 1 and 2. The amount of nanoparticles in polyurethane varied from 2 to 5 % by weight. The above procedure allowed achieving the homogeneous molecular dispersion of aluminum-oxide units in the polyurethane matrix in order to obtain urea-urethane nanocomposites with higher fire-resistance and improved mechanical properties. Nano-sized aluminum oxide was obtained by thermal treatment of organoaluminum precursors. The precursors were prepared by oxidation of trimethylaluminum with atmospheric oxygen in non-polar organic solvents, and also by controlled hydrolysis of triisopropoxyaluminum. Al2O3 nanoparticles were then mixed together with the other polyurethane components prior to polyaddition process. The results of that part of the studies are shown in Figs. 3÷5. The results of the microstructure studies show a uniform incorporation of the nano-sized aluminum-oxide units in the polyurethane bulk (Figs. 6÷9). Such properties as Young’s modulus, tensile strength, hardness and abrasive wear are shown as a plots in Figs.10 and 11. A significant decrease in the heat release rate was observed (Table 3).

Słowa kluczowe

PL

nanokompozyty nitrylomocznikowouretanowe; wytwarzanie nanokompozytów; własności

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2006
• Tom: Vol. 27, nr 6
• Strony: 1323--1328
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Boczkowska A.

autor

Marczewski M.

autor

Sienkiewicz B.

autor

Pietrzykowski A.

autor

Kunicki A.

autor

Ziemkowska W.

autor

Zawada A.

autor

Olszyna A.

• Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Materiałowej,

Bibliografia

• [1] Śleziona J.: Podstawy Technologii Kompozytów, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 1998
• [2] Boczkowska A., Kapuściński J., Lindemann Z., Witemberg-Perzyk D., Wojciechowski S.: Kompozyty wydanie II zmienione, Oficyna Wydawnicza PW , Warszawa 2003
• [3] Ajayan P. M., Schadler L. S., Braun P. V.: Nanocomposite Science and Technology, WILEY -VCH , Weinheim 2003
• [4] N anoengineering of Structural, Functional, and Smart Materials, pod redakcją Schulz M.J., Kelkar A.D., Sundaresan M.J., CRC Press, Boca Raton 2006
• [5] Magaraphan R., Lilayuthalrt W., Sirivat A., Schwank J. W.: Preparation, structure, properties and thermal behavior of rigid-rod polyimide/montmorillonite nanocomosites, Composites Science and Technology 61 (2001) 1253-1264
• [6] Siegel R. W., Chang S. K., Ash B. J., Stone J., Ajayan P. M., Doremu R. W ., Schadler L. S.: Mechanical behavior of polymer and ceramic matrix nanocomposites, Scripta Mater. 44 (2001) 2061-2064
• [7] G ilman J. W.: Flammability and thermal stability studies of polimer layered-silicate (clay) nanocomposites, Applied Clay Science 15 (1999) 31-49
• [8] G ruin I., Ryszkowska J., Boczkowska A., Markiewicz B.: Zależność właściwości makroskopowych od budowy lanych elastomerów nitrylomocznikowouretanowych, Polimery 39 (1994) 226
• [9] G ruin I., Boczkowska A., Ryszkowska J.: Elastomery nitrylomocznikowouretanowe modyfikowane pochodną amidową, Polimery 41 (1996) 350
• [10] G ruin I.: Advances in Urethane Science and Technology, wyd. K. C. Frish, D. Klempner, Technomic Publ. 11 (1992) 217
• [11] G ruin I. i inni: Sposób wytwarzania nowych polinitrylouretanomoczników i polinitrylomoczników, patent PL 148671 (1990)
• [12] P ietrzykowski A., Skrok T., Pasynkiewicz S., Radzymiński T., Suwińska K., Structurally Characterized Model of MAO, wysłany do druku do J. Organometal. Chem.
• [13] Sposób rozdrabniania aglomeratów proszkowych, zgłoszenie patentowe nr P. 379998
• [14] N orma PN-92/C-89035
• [15] N orma PN-EN ISO 527-1
• [16] N orma PN-73/C-04254
• [17] N orma PN-ISO 868
• [18] N orma PN-71/C-04255
• [19] N orma PN-75/C-04235
• [20] ISO 5660 cz. 1 drugie wydanie 2002-12-15: Reakcja na ogień – wydzielanie ciepła, dymotwórczość i szybkości ubytku masy. Część I: Szybkość wydzielania ciepła (Metoda kalorymetru stożkowego) „Reaction- to firetests - Heat release, smoke production and mass loss rate-Part 1: Heat release rate (Cone calorimeter method)