... или что делает витримеры витримерами

В процессе полимеризации в термопластах образуются ковалентные связи в линейной или слегка разветвленной структуре, которые делают материал пластичнее.

В реактопластах формируются сшитые структуры, которые после образования не могут быть изменены или переформированы.

Витримеры имеют динамические ковалентные связи, связывающие свойства реактопластов и термопластов. Они позволяют “настраивать” материалу свою структуру под действием внешних факторов.

Раскрытие динамических связей под действием температуры

Образование новых связей при охлаждении

Создание и исследование свойств «умных» полимерных композиционных материалов на основе эпоксидных витримеров.

Провести анализ современного состояния в области «умных» композиционных материалов.

Синтезировать отвердитель на основе ß-мирцена и малеинового ангидрида.

Синтезировать «умные» композиционные материалы на основе эпоксидной смолы с различными отвердителями.

Провести исследование физико-механических свойств полученных композиционных материалов.

Синтезировали отвердитель** на основе природного ß-мирцена и малеинового ангидрида. Структура полученного продукта была подтверждена с помощью ИК-спектроскопии и ГХ-МС

**Yang X., Wang C., Li S., Huang K. Study on the synthesis of bio-based epoxy curing agent derived from myrcene and castor oil and the properties of the cured products // RSC Adv.. – 2016. – p. 238-247.

Синтезированный отвердитель

Синтезировали витримеры с различным соотношениями эпоксидная смола:отвердитель:катализатор

T>Tv

Температура витримеризации (переэтерификации)

Посмотрели структуру полученных витримеров с помощью сканирующего электронного микроскопа с увеличением на 1000 мкм, 3000 мкм и 10000 мкм

(I) Эпоксидная смола + себациновая кислота

(II) Эпоксидная смола + себациновая кислота + 2,5% октоата олова

(III) Эпоксидная смола + ангидридный отвердитель + 2,5% октоата олова

a – 1000 мкм увеличение, b – 3000 мкм увеличение, c – 10000 мкм увеличение

Исследовали прочностных характеристик витримеров

Введение себациновой кислоты в витример и увеличение количества катализатора может значительно улучшить пластичность, максимальное удлинение при разрыве примерно в 2 раза выше по сравнению с базовым образцом.

Введение ангидридного отвердителя приводит к получению более прочных образцов, прочность на разрыв более 60 МПа, модуль упругости 2300 МПа наблюдается при соотношении ЭС:отвердитель – 1:1,5 и добавлении 5 % катализатора.

Провели термогравиметрический и динамический анализы

Процесс термодеструкции сопровождается потерей массы до 80% и для витримеров с ангидридным отвердителям протекает в две стадии, первая стадия начинается при температурах 210 °C для витримеров и кислотных отвердителей соответственно. Потеря массы при этом не превышает 10%. Основная стадия термодеструкции начинается при температуре выше 450 °C.

Кривые термодеструкции эпоксидных витримеров с различными отвердителями и количеством катализатора 5%

При температуре 35 °C модули накопления и потерь (E’ и E’’) увеличиваются на 15% и 27% соответственно. При более высокой температуре 170 °C модули потерь витримерной системы увеличиваются значительно по сравнению с невитримерной системой. Это указывает на более высокую мобильность полимера при высоких температурах, вызванных присутствием катализатора.

Исследовали химическую стойкость витримеров с разным отвердителями и процентным содержанием катализатора

Исследовали самовосстановление и эффект памяти форм

Поверхности поцарапанных покрытий витримеров до и после термического заживления в течение 15 мин при температуре 210 °C

Эффект памяти формы витримеров наблюдается при температуре 210 °С

Получили углеродонаполненные композиционные материалы на основе витримеров

Испытание композиционного материала на способность к электропроводимости

Синтезирован биоосновный ангидридный отвердитель с использованием β-мирцена - 1,2,3,6-тетрагидро-4-(4-метилпент-3-ил)-фталевый ангидрид. Анализ ГХ-МС показал наличие в реакционной смеси нескольких изомеров отвердителя, суммарный выход которых составил 93,2 % от теоретически возможного.

Впервые, с использованием катализатора переэтерификации, получены витримеры на основе эпоксидной смолы и синтезированного биоосновного отвердителя. Методом ТГА-анализа показано, что витримеры обладают термооксилительной стойкостью до 490 °С. Введение ангидридного отвердителя приводит к получению более прочных образцов, прочность на разрыв более 60 МПа, модуль упругости – 2300 МПа.

Получены витримеры на основе эпоксидной смолы и себациновой кислоты в качестве отвердителя. Полученные витримеры исследованы методом ТГА-анализа и обладают термооксилительной стойкостью до 460 °С. Введение себациновой кислоты в витример и увеличение количества катализатора может значительно улучшить пластичность – максимальное удлинение при разрыве в 2 раза выше по сравнению с базовым образцом.

С использованием ДМА-анализа установлена более высокая мобильность витримера при высоких температурах, вызванная присутствием катализатора переэтерификации.

С использование оптической микроскопии показано, что витримеры обладают способностью к самозаживлению, а также обладают эффектом памяти формы при температуре 210 °С.

На основе эпоксидных витримеров получен гибкий угленаполненный композиционный материал, обладающий электропроводимостью.

Провести апробацию полученных витримеров в качестве защитных покрытий и покрытий для бионических протезов, а также как основы для печатных плат.

ХИМИК-ТЕХНОЛОГ

Я приехала из Республики Татарстан, обучаюсь в Лицее-интернате для одарённых детей с углублённым изучением химии. На отборочных этапах я представляла проект под названием: "Исследование влияния криогенной обработки металлографическим методом на коррозионную стойкость стали 30ХГСА и на появление межкристаллитной коррозии алюминиевых сплавов". Химия занимает одно из самых важных мест в моей жизни, и я планирую связать с ней всю свою жизнь.

ХИМИК-АНАЛИТИК

Здравствуйте, я учусь в МБОУ "Лицей №40" г. Нижнего Новгорода, мне 16 лет. Попала на образовательную программу "Большие Вызовы", став призером трека "Новые материала" одноименного конкурса научно-технологических проектов с "Калориметрическим изучением бетаметазона дипропионата". В будущем хочу продолжить заниматься наукой.

ХИМИК-СИНТЕТИК

Я из Москвы, учусь в школе ГБОУ №1399 и мне 17 лет. Приехала на смену "Большие Вызовы", став призером по направлению "Новые материалы", с проектом "Оптимизация подходов для получения тиоселеногликольурилов". Мне с детства очень нравится химия и биология, в будущем я планирую стать ученым.

ХИМИК-ИНЖЕНЕР

Мне 16 лет и я из Москвы, учусь в Школе №1392 им. Д.В.Рябинкина. Я стал призёром в "Больших Вызовах" благодаря моему проекту "PetPull: школьная версия для реализации экологического проекта". В нашем исследовании у меня роль химика-инжинера, я спроектировал форму для заливки витримеров.

ХИМИК-СИНТЕТИК

Я из Томска, учусь в школе МБОУ Лицей при ТПУ и мне 17 лет. Приехала на смену "Большие Вызовы", став призером по направлению "Новые материалы", с проектом "Биокомпостируемые полимеры на основе термопластного крахмала". Меня всегда привлекало изучение нового. Мне нравится работать в лаборатории и собирать данные.

ХИМИК-ТЕХНОЛОГ

Я приехала на смену «Большие Вызовы», став победителем по направлению «Новые Материалы», с проектом «Технология переработки шлаков цветной и черной металлургии». Я 5 лет проучилась в «Физико-техническом лицее №1» в городе Саратов. Именно обучение в нём заложило основы моему интересу к замечательным предметам – химии и физике.

руководители проекта

Доцент Отделения химической инженерии Томского политехнического университета.
Область интересов - синтез мономеров и полимеров метатезисной полимеризации, процессы основного органического синтеза.

Я студентка Томского Политеха по направлению химическая технологии нефтегазохимии и полимерных материалов. Победитель школьных и студенческих олимпиад. Преподаватель в онлайн-школе "Олимпиадная химия".

Научных руководителей:

• Сорока Людмила Станиславовна

• Троян Анна Алексеевна

• Манапова Елизавета Эльдаровна

Команды:

stasya_ls@tpu.ru

troyan@tpu.ru

eem20@tpu.ru