Composites Based on Polyurethane and Modified Petroleum Asphaltenes

Abstract

In this work, polyurethane composites with petroleum asphaltenes and their modified derivatives have been obtained and studied. The changes in the mechanical and thermal characteristics of polyurethane composites depending on the content of asphaltene fillers in concentrations of 1 and 2.5 wt% are shown. The distribution of native and modified asphaltenes in the polymer matrix was assessed using the X‑ray power diffraction method. Composites with native asphaltenes and asphaltenes bearing amino groups showed the best performance in terms of distribution homogeneity in the matrix of polyurethane obtained from 2,4-toluylene diisocyanate (TDI) and polyethylene glycol adipate. It has been shown that the use of carboxylated (CA) and sulfonated (SA) asphaltenes in polyurethane composites leads to incomplete curing of the polymer. A significant decrease in the strength and elongation at break, as well as an increase in material hardness, was recorded for a composite containing 2.5 wt% of sulfonated asphaltene. The use of aminated asphaltenes makes it possible to increase the elongation at break due to additional interaction with TDI at the production of polyurethane composites. Composites with native and sulfonated asphaltenes showed the best thermal stability

В работе получены и исследованы полиуретановые композиты с нефтяными асфальтенами и их модифицированными производными. Показаны особенности изменения механических и термических характеристик полиуретановых композитов в зависимости от содержания асфальтеновых наполнителей при степени наполнения 1 и 2.5 мас.%. Распределение нативных и модифицированных асфальтенов в матрице полимера оценивалось с помощью метода порошковой рентгеновской дифракции. Композиты с нативными асфальтенами и асфальтенами, включающими аминогруппы, продемонстрировали лучшие показатели по однородности распределения в матрице полиуретана, полученного из 2,4-толуилендиизоцианата (ТДИ) и полиэтиленгликольадипината. Показано, что использование карбоксилированных CA и сульфированных SA асфальтенов в полиуретановых композитах приводит к неполному отверждению полимера. Значительное снижение показателей прочности и растяжения при разрыве, а также возрастание твердости материала зафиксировано для композита с 2.5 мас.% сульфированных SA асфальтенов. Использование аминированных асфальтенов позволяет увеличить показатель растяжения при разрыве за счет дополнительного взаимодействия с ТДИ при получении полиуретановых композитов. Композиты с нативными и сульфированными SA асфальтенами продемонстрировали наилучшую термостабильность