vestiftИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series1561-83582524-244XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8358-2025-70-3-241-251vestift-909Research ArticleСтатьиОценка влияния природы подложки на морфологию и свойства пленок модифицированных сополиуретанимидов методом атомно-силовой микроскопииEvaluation of the influence of the nature of the substrate on the morphology and properties of modified copolyurethaneimide films by atomic force microscopyhttps://orcid.org/0009-0000-8872-3454СухановаТ. Е.SukhanovaT. E.

Суханова Татьяна Евгеньевна – доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории синтеза термостойких полимеров 

Большой проспект Васильевского острова, 31, 199004, Санкт-Петербург

Tatiana E. Sukhanova – Dr. Sci. (Physics and Mathematics), Leading Researcher of the Laboratory for the synthesis of heat-resistant polymers

31, Bolshoj prospect of Vasilievsky island, 199004, Saint-Petersburg

tat_sukhanova@bk.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4334-7595ВылегжанинаМ. Э.VylegzhaninaM. E.

Вылегжанина Милана Эрнестовна – научный сотрудник лаборатории морфологии полимеров 

Большой проспект Васильевского острова, 31, 199004, Санкт-Петербург

Milana E. Vylegzhanina – Researcher of the Laboratory of polymer morphology at Branch of Petersburg Nuclear Physics

31, Bolshoj prospect of Vasilievsky island, 199004, Saint-Petersburg

v.e.milana@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-3245-5945ЛапицкаяВ. А.LapitskayaV. A.

Лапицкая Василина Александровна – кандидат технических наук, доцент, заместитель заведующего лабораторией нанопроцессов и технологий

ул. П. Бровки, 15, 220072, Минск

Vasilina A. Lapitskaya – Cand. Sci. (Engineering), Associate Professor, Deputy Head of the Laboratory of Nanoprocesses and Technologies 

15, P. Brovka St., 220072, Minsk

vasilinka.92@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3993-3559КузнецоваТ. А.KuznetsovaT. A.

Кузнецова Татьяна Анатольевна – кандидат технических наук, доцент

ул. П. Бровки, 15, 220072, Минск

15, P. Brovka St., 220072, Minsk

https://orcid.org/0000-0002-9657-082XСветличныйВ. М.SvetlichnyV. M.

Светличный Валентин Михайлович – доктор химических наук, главный научный сотрудник, руководитель лаборатории синтеза термостойких полимеров 

Большой проспект Васильевского острова, 31, 199004, Санкт-Петербург

Valentin M. Svetlichny – Dr. Sci. (Chemistry), Chief Researcher, Head of the Laboratory for the synthesis of heat-resistant polymers

31, Bolshoj prospect of Vasilievsky island, 199004, Saint-Petersburg

valsvet@hq.macro.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1939-2660ГофманИ. В.GofmanI. V.

Гофман Иосиф Владимирович – кандидат химических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории многомасштабного экспериментального исследования и моделирования полимерных композитов на основе перспективных термопластов для промышленного применения 

Большой проспект Васильевского острова, 31, 199004, Санкт-Петербург

Iosif V. Gofman – Cand. Sci. (Chemistry), Leading Researcher of the Laboratory for large–scale experimental research and modeling of polymer composites based on promising thermoplastics for industrial applications

31, Bolshoj prospect of Vasilievsky island, 199004, Saint-Petersburg

gofman@imc.macro.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4285-7734ДиденкоА. Л.DidenkoA. L.

Диденко Андрей Леонидович – кандидат химических наук, старший научный сотрудник лаборатории синтеза термостойких полимеров 

Большой проспект Васильевского острова, 31, 199004, Санкт-Петербург

Andrey L. Didenko – Cand. Sci. (Chemistry), Senior Researcher of the Laboratory for the synthesis of heat-resistant polymers

31, Bolshoj prospect of Vasilievsky island, 199004, Saint-Petersburg

vanilin72@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7392-4659КудрявцевВ. В.KudryavtsevV. V.

Кудрявцев Владислав Владимирович – доктор химических наук, профессор, главный научный сотрудник лаборатории синтеза термостойких полимеров 

Большой проспект Васильевского острова, 31, 199004, Санкт-Петербург

Vladislav V. Kudryavtsev – Dr. Sci. (Chemistry), Professor, Chief Researcher of the Laboratory of Synthesis of heat-resistant polymers

31, Bolshoj prospect of Vasilievsky island, 199004, Saint-Petersburg

kudryav@hq.macro.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9565-9232ТруханР. Э.TrukhanR. E.

Трухан Руслан Эдуардович – младший научный сотрудник лаборатории нанопроцессов и технологий

ул. П. Бровки, 15, 220072, Минск

Ruslan E. Trukhan – Junior Researcher of the Laboratory of nanoprocesses and technologies

15, P. Brovka St., 220072, Minsk

ruslan.trukhan@mail.ruФилиал федерального государственного бюджетного учреждения «Петербургский институт ядерной физики имени Б. П. Константинова Национального исследовательского центра “Курчатовский институт” – Институт высокомолекулярных соединений»Branch of Petersburg Nuclear Physics Institute named by B. P. Konstantinov of the National Research Centre “Kurchatov Institute” – Institute of Macromolecular CompoundsИнститут тепло- и массообмена имени А. В. Лыкова Национальной академии наук БеларусиA. V. Luikov Heat and Mass Transfer Institute of the National Academy of Sciences of Belarus202514102025703241251Copyright © Суханова Т.Е., Вылегжанина М.Э., Лапицкая В.А., Кузнецова Т.А., Светличный В.М., Гофман И.В., Диденко А.Л., Кудрявцев В.В., Трухан Р.Э., 20252025Суханова Т.Е., Вылегжанина М.Э., Лапицкая В.А., Кузнецова Т.А., Светличный В.М., Гофман И.В., Диденко А.Л., Кудрявцев В.В., Трухан Р.Э.Sukhanova T.E., Vylegzhanina M.E., Lapitskaya V.A., Kuznetsova T.A., Svetlichny V.M., Gofman I.V., Didenko A.L., Kudryavtsev V.V., Trukhan R.E.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestift.belnauka.by/jour/article/view/909

Проведены исследования влияния подложки на структуру и свойства пленок сополиуретанимидов (соПУИ) с помощью методов атомно-силовой микроскопии (АСМ), наноиндентирования и деформационно-прочностных испытаний. Установлено, что морфология поверхности пленок соПУИ (Р-2300ТДИ-Р)(СОДп) более однородна по сравнению с соПУИ (Р-AltТДИ-Р)(СОДп). Пленки характеризуются крайне низкой жесткостью (модуль упругости составил 3,6–3,7 МПа, прочность – ниже 4 МПа). Методом наноиндентирования установлено, что у первого соПУИ одновременно существуют две фазы: первая, условно называемая «аморфной» (E = 30–40 МПа), и вторая условно называемая «частично упорядоченной» (E = 10–25 ГПа). Микротвердость для соПУИ (P-2300ТДИ-Р)СОДп находится в диапазоне от 2 до 4 МПа. С помощью АСМ определено, что наибольшая величина силы адгезии и соответственно удельная поверхностная энергия наблюдаются у соПУИ (Р-2300ТДИ-Р)(СОДп). Проведены механические испытания и получены деформационные кривые пленок соПУИ, нанесенных на разные подложки. Показано, что морфология и степень шероховатости поверхности пленок, бывшей в процессе приготовления в контакте с подложкой, существенно зависят от природы подложки. Полученные результаты могут быть использованы для создания антифрикционных покрытий, мембран для первапорационного выделения ароматических углеводородов из жидких смесей алифатических и ароматических углеводородов, что актуально для нефтехимической технологии. Данные синтезированные материалы могут применяться в качестве мембран для разделения смесей газов азот/углекислый газ в целях улавливания углекислого газа из топочных газов тепловых электростанций, конструкционных термоэластопластов типа полиуретанов для 3D-печати, а также подложек с контролируемой адгезией для удержания микрообъектов.

The effect of the substrate nature on the structure and properties of copolyurethaneimide (coPUI) films has been studied using atomic force microscopy (AFM), nanoindentation, and strain-strength testing. It was found that the morphology of the surface of the films of coPUI (R-2300TDI-R)(SODp) is more homogeneous than coPUI (R-AltTDI-R)(SODp). The films are characterized by extremely low rigidity (elastic modulus – 3.6–3.7 MPa, strength – below 4 MPa). Using the nanoindentation method, it was found that the first coPUI has two phases simultaneously – one conventionally called “amorphous” (E = 30–40 MPa), and the second conventionally called “partially ordered” (E = 10–25 GPa). Microhardness for the coPUI (R-2300TDI-R)SODp is in the range from 2 to 4 MPa. Using AFM it was determined that the highest value of the adhesion force and, accordingly, the specific surface energy is observed in coPUI (R-2300TDI-R)(SODp). Mechanical tests were carried out and the deformation curves of the coPUI films deposited on different substrates were obtained. It is shown that the morphology and degree of surface roughness of films that were in contact with the substrate during the preparation process significantly depend on the nature of the substrate. The synthesized materials can be used in creation of antifriction coatings, membranes for the first-generation separation of aromatic hydrocarbons from liquid mixtures of aliphatic and aromatic hydrocarbons, which is important for petrochemical technology; as membranes for separating nitrogen/carbon dioxide gas mixtures in order to capture carbon dioxide from flue gases of thermal power plants; structural thermoplastics such as polyurethanes for 3D printing, as well as substrates with controlled adhesion to hold microobjects.

сополиуретанимидынанокомпозитыатомно-силовая микроскопияморфологияшероховатостьсилы адгезииcopolyurethaneimidesnanocompositesatomic force microscopymorphologyroughnessadhesion forcesработа выполнена при финансовой поддержке Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований (грант № Ф16Р-142) и продолжена в рамках научно-исследовательской работы по Государственному заданию «Полимерные и композиционные материалы для перспективных технологий» на 2024– 2027 годы (регистрационный номер проекта 1023031700040-5-1.4.4).the work was supported by the Belarusian Republican Foundation for Fundamental Research (grants no. F16R-142) and continued as part of research under the State Assignment “Polymer and composite materials for advanced technologies” at 2024–2027 (project registration number 1023031700040-5-1.4.4).ReferencesAl-Ajaj, I. A. Synthesis and characterization of polyimide thin films obtained by thermal evaporation and solid state reaction / I. A. Al-Ajaj, A. A. Kareem // Materials Science-Poland. – 2016. – Vol. 34, iss. 1. – P. 132–136. http://doi.org/10.1515/msp-2016-0029Al-Ajaj I. A., Kareem A. A. Synthesis and characterization of polyimide thin films obtained by thermal evaporation and solid state reaction. Materials Science-Poland, 2016, vol. 34, iss. 1, pp. 132–136. http://doi.org/10.1515/msp-2016-0029Characterization of Multiblock (Segmented) Copolyurethane-Imides and Nanocomposites Based Thereof Using AFM, Nanotribology, and Nanoindentation Methods / T. E. Sukhanova, T. A. Kuznetsova, V. A. Lapitskaya [et al.] // Atomic-force Microscopy and Its Application / eds.: T. Tański, M. Staszuk, B. Ziębowicz. – IntechOpen, 2018. – Ch. 5. – URL: https://www.intechopen.com/chapters/62909. http://doi.org/10.5772/intechopen.78625Sukhanova T. E., Kuznetsova T. A., Lapitskaya V. A., Zubar T. I., Chizhik S. A., Vylegzhanina M. E., Kutin A. A. [et al.]. Characterization of Multiblock (Segmented) Copolyurethane-Imides and Nanocomposites Based Thereof Using AFM, Nanotribology, and Nanoindentation Methods. Tański T., Staszuk M., Ziębowicz B. (eds.). Atomic-force Microscopy and Its Application. Ch. 5. IntechOpen, 2018. Available at: https://www.intechopen.com/chapters/62909. http://doi.org/10.5772/intechopen.78625Оценка морфологии и сил трения на поверхности термоэластопластов, модифицированных наночастицами WS2 и WSe2, методом атомно-силовой микроскопии / Т. Е. Суханова, Т. А. Кузнецова, В. А. Лапицкая [и др.] // Нанотехнологии: наука и производство. – 2017. – № 4. – С. 55–64.Sukhanova T. E., Kuznetsova T. A., Lapitskaya V. A., Vylegzhanina M. E., Didenko A. L., Kuznetsov D. A., Svetlichnyi V. M. [et al.]. Evaluation of morphology and friction forces on the surface of thermoplastics modified with WS2 and WSe2 nanoparticles by atomic force microscopy. Nanotekhnologii: nauka i proizvodstvo [Nanotechnology: Science and Production], 2017, no. 4, pp. 55–64 (in Russian).Влияние обработки поверхностей материалов в плазме диэлектрического барьерного разряда на их морфологию и гидрофильные свойства / В. А. Лапицкая, Т. А. Кузнецова, А. А. Рогачев [и др.] // Инженерно-физический журнал. – 2019. – Т. 92, № 5. – С. 2389–2394.Lapitskaya V. A., Kuznetsova T. A., Rogachev A. A., Mel’nikova G. B., Chizhik S. A., Kotov D. A. Influence of the Treatment of Surfaces of Materials in a Dielectric-Barrier-Discharge Plasma on Their Morphology and Hydrophilic Properties. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 2019, vol. 92, pp. 1349–1354. https://doi.org/10.1007/s10891019-02050-1Gerkin, R. M. Block copolymers: Segmented copolymers / R. M. Gerkin, B. L. Hilker // Encyclopedia of Materials: Science and Technology / Editors-in-Chief: K. H. Jürgen Buschow [et al.]. – Pergamon, 2001. – P. 730–732. https://doi.org/10.1016/b0-08-043152-6/00140-6Gerkin R. M., Hilker B. L. Block copolymers: Segmented copolymers. Jürgen Buschow K. H. (ed.). Encyclopedia of Ma te rials: Science and Technology. Pergamon, 2001, pp. 730–732. https://doi.org/10.1016/b0-08-043152-6/00140-6Banu, P. Unsaturated poly(ester-imide)s from hydroxyl-terminated polybutadiene, dianhydride and diisocyanate / P. Banu, G. Radhakrishnan // European Polymer Journal. – 2004. – Vol. 40, iss. 8. – P. 1887–1894. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2004.04.007Banu P., Radhakrishnan G. Unsaturated poly(ester-imide)s from hydroxyl-terminated polybutadiene, dianhydride and diisocyanate. European Polymer Journal, 2004, vol. 40, iss. 8, pp. 1887–1894. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2004.04.007Banu, P. Thermoplastic poly(esterimide)s derived from anhydride terminated polyester prepolymer and diisocyanate / P. Banu, G. Radhakrishnan // Journal of Polymer Science. Part A: Polymer Chemistry. – 2004. – Vol. 42, iss. 2. – P. 341–350. https://doi.org/10.1002/pola.11018Banu P., Radhakrishnan G. Thermoplastic poly(esterimide)s derived from anhydride terminated polyester prepolymer and diisocyanate. Journal of Polymer Science. Part A: Polymer Chemistry, 2004, vol. 42, iss. 2, pp. 341–350. https://doi.org/10.1002/pola.11018Synthesis of poly(urethane-imide) using aromatic secondary amine-blocked polyurethane pre-polymer / T. Philip Gna narajan, A. Sultan Nasar, N. Padmanabha Iyer, Ganga Radhakrishnan // Journal of Polymer Science. Part A: Polymer Chemistry. – 2000. – Vol. 38, iss. 22. – P. 4032–4037. https://doi.org/10.1002/1099-0518(20001115)38:22%3C4032::AID-POLA30%3E3.0.CO;2-RPhilip Gnanarajan T., Sultan Nasar A., Padmanabha Iyer N., Radhakrishnan Ganga. Synthesis of poly(urethaneimi de) using aromatic secondary amine-blocked polyurethane pre-polymer. Journal of Polymer Science. Part A: Polymer Chemistry, 2000, vol. 38, iss. 22, pp. 4032–4037. https://doi.org/10.1002/1099-0518(20001115)38:22%3C4032::AID-PO-LA30%3E3.0.CO;2-RKrijgsman, J. Synthesis and properties of thermoplastic elastomers based on PTMO and tetra-amide / J. Krijgsman, D. Husken, R. Gaymans // Polymer. – 2003. – Vol. 43, iss. 25. – P. 7573–7588. https://doi.org/10.1016/j.polymer.2003.09.043Krijgsman J., Husken D., Gaymans R. Synthesis and properties of thermoplastic elastomers based on PTMO and tetra-amide. Polymer, 2003, vol. 43, iss. 25, pp. 7573–7588. https://doi.org/10.1016/j.polymer.2003.09.043Complex diagnostics of morphology and local mechanical characteristics of hybrid materials based on multiblock (segmented) PEI and MQ-resins by AFM methods and nanoindentation / T. E. Sukhanova, M. E. Vylegzhanina, T. A. Kuznetsova [et al.] // Proceedings of the 16th International Symposium “Nanophysics and Nanoelectronics”, Nizhni Novgorod, March 12–16, 2012. – Nizhni Novgorod: Nizhni Novgorod State University, 2012. – Vol. 1. – P. 292–296.Sukhanova T. E., Vylegzhanina M. E., Kuznetsova T. A., Svetlichnyi V. M., Didenko A. L., Shiryaeva T. I., Kutin A. A. [et al.]. Complex diagnostics of morphology and local mechanical characteristics of hybrid materials based on multiblock (segmented) PEI and MQ-resins by AFM methods and nanoindentation. Proceedings of the 16th International Symposium “Nanophysics and Nanoelectronics”, Nizhni Novgorod, March 12–16, 2012. Vol. 1. Nizhni Novgorod, Nizhni Novgorod State University, 2012, pp. 292–296.Динамические механические свойства, термо- и теплостойкость пленок мультиблочных сополи(уретан- имид)ов с графеном и дисульфидом вольфрама / А. Л. Диденко, В. Е. Смирнова, Е. Н. Попова [и др.] // Известия Академии наук. Серия химическая. – 2019. – № 8. – С. 1603–1612.Didenko A. L., Smirnova V. E., Popova E. N., Vaganov G. V., Kuznetcov D. A., Svetlichnyi V. M., Tolochko O. V. [et al.]. Dynamic mechanical properties, thermal and heat resistance of multiblock co-poly(urethane-imide) films with graphene and tungsten disulfide. Russian Chemical Bulletin, 2019, vol. 68, pp. 1603–1612. https://doi.org/10.1007/s11172-0192599-8Мультиблочные сополи(уретан-имид)ы со свойствами термопластичных эластомеров / А. Л. Диденко, Д. А. Куз нецов, Г. В. Ваганов [и др.] // Высокомолекулярные соединения. Серия С. – 2020. – Т. 62, № 2. – С. 86–107. https://doi.org/10.31857/S2308114720020041Didenko A. L., Kuznetsov D. A., Vaganov G. V., Smirnova V. E., Popova E. N., Ivanov A. G., Svetlichnyi V. M. [et al.]. Multiblock Copoly(urethane-imide)s with the Properties of Thermoplastic Elastomers. Polymer Science. Series C, 2020, vol. 62, iss. 2, pp. 90–110. https://doi.org/10.1134/S1811238220020046Теплостойкость, динамические механические и реологические свойства смесевой композиции на основе кристаллизующихся полиимида и сополи(уретан-имид)а при одинаковом химическом строении имидных блоков в исходных полимерах / А. Л. Диденко, В. Е. Смирнова, Е. Н. Попова [и др.] // Журнал прикладной химии. – 2020. – Т. 93, № 1. – С. 54–65. http:// doi.org/10.31857/S0044461820010053Didenko A. L., Smirnova V. E., Popova E. N., Vaganov G. V., Kuznetсov D. A., Elokhovskii V. Yu., Ivanov A. G. [et al.]. Heat resistance and dynamic mechanical and rheological properties of a blend of crystallizing polymers, polyimide and copoly(urethane-imide), at identical chemical structure of the imide blocks in the initial polymers. Russian Journal of Applied Chemistry, 2020, vol. 93, iss. 1, pp. 45–56. https://doi.org/10.1134/S107042722001005X

The authors declare that there are no conflicts of interest present.