Оценка влияния природы подложки на морфологию и свойства пленок модифицированных сополиуретанимидов методом атомно-силовой микроскопии

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.

1. Al-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-2016-0029

2. Characterization 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.78625

3. Оценка 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.

4. 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.

5. Gerkin, 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/b0-08-043152-6/00140-6

6. Banu, 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.2004.04.007

7. Banu, 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.11018

8. Synthesis 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-R

9. Krijgsman, 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.2003.09.043

10. Complex 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.

11. 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.

12. Мультиблочные 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/S2308114720020041

13. Теплостойкость, 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/S0044461820010053