Дослідження взаємодії між гнучколанцюговими полімерами та високодисперсними наповнювачами

ЗМІСТ
ВСТУП
Розділ 1. Структура, фазові і релаксаційні стани полімерних систем
1.1. Макромолекулярні характеристики і типологія полімерів
1.2. Структура полімерів в конденсованому стані
1.3. Релаксаційний спектр макромолекул
1.4. Гнучколанцюгові полімери, їх характеристики
1.5. Релаксаційні стани та релаксаційні переходи в гнучколанцюгових полімерах
Розділ 2. Високодисперсні наповнювачі як модифікатори полімерів
2.1. Загальні уявлення та класифікація високодисперсних наповнювачів
2.2. Розмір і форма частинок високодисперсних наповнювачів
2.3. Диспергування
2.4. Питома поверхня
2.5. Поверхнева енергія
2.6. Фізичні і хімічні властивості високодисперсних наповнювачів
Розділ 3. Взаємодія гнучколанцюгвих полімерів з високодисперсними наповнювачами
3.1. Адгезія полімерів на поверхні наповнювача
3.2. Фізична адсорбція на наповнювачах
3.3. Cіткові теорії взаємодії на межі поділу фаз полімер-наповнювач
3.4. Хімічна природа зчеплення полімер-наповнювач та активні центри на поверхні частинок наповнювача
3.5. Граничний шар на межі поділу фаз полімер-наповнювач
3.6. Напруга на поверхні поділу полімер-наповнювач
Розділ 4. Вплив взаємодії високодисперсних наповнювачів на динамічні властивості композиту
4.1. Вимірювання в’язкопружних властивостей на ультразвукових частотах
4.2. Експериментальна частина
4.2.1. Концентраційна і температурна залежність в’язкопружних властивостей ПВХ-композицій
4.2.2. Вплив міжфазного шару на температурні залежності в’язкопружних характеристик КПМ
ВИСНОВКИ
ЛІТЕРАТУРА

1.4. Гнучколанцюгові полімери, їх характеристики

Гнучкість – це здатність макромолекули змінювати свою конформацію в результаті внутрішньомолекулярного теплового руху елементарних ланок (термодинамічна гнучкість) або під дією зовнішніх сил (кінетична гнучкість).

Мірою гнучкості макромолекули є різниця енергій двох станів ∆U. Конформації макромолекул змінюються в результаті заторможеного обертання ланок навколо одинарних зв’язків основного ланцюга. Енергія активації обертання не являється функцією кута повороту φ.

Термодинамічна гнучкість оцінюється такими показниками: параметром жорсткості, довжиною термодинамічного сегменту, перистентною довжиною ланцюга і параметром гнучкості Флорі [11].

Параметр жорсткості σ визначається відношенням середньоквадратичної відстані між кінцями реального ланцюга в θ-розчиннику 

до аналогічного параметра ланцюга з вільним внутрішнім обертанням 

(1.1.)

Виявлено тенденцію до симбатної зміни параметра σ та молярного об’єму бокових груп макромолекули.

На основі експериментальних даних встановлена емпірична залежність параметра жорсткості σ від поперечного перерізу полімерного ланцюга:

Інший спосіб оцінки гнучкості пов’язаний з уявленнями про сегмент Куна. Його довжина А є прямою мірою жорсткості полімерного ланцюга. Для гранично гнучкого ланцюга А рівна довжині ланки, що повторюється, а для гранично жорсткого А = l, тобто гідродинамічній довжині молекули.

Більш мікроскопічний зміст має поняття персистентної довжини макромолекули а, що визначається як проекція вектора

 

(n – ступінь полімеризації на напрям першої ланки і безпосередньо пов’язана з середнім косинусом кута закручування

 )

(1.2.)

Як правило а = А/2

Флорі, використовуючи решіткову модель розчину полімерів, запропонував абсолютний критерій гнучкості полімерних ланцюгів, який характеризує молярну частку „гнучких” зв’язків в макромолекулі.

(1.3.)

де z – координаційне число решітки,

ε – різниця вільних енергій локальної гнучкої і жорсткої конформацій [11].

Якщо f0 стає меншим деякого критичного значення f*, то невпорядковане розміщення макромолекул енергетично неможливе як в розчині, так і в конденсованому стані.

Величина критичного параметра Флорі f*, значення якого рівне 0,63 при z = 6, а ε – різниця енергій гош- і транс-поворотних ізомерів дозволяє розділити лінійні полімери на гнучколанцюгові (f0 > f*) і напівжорсткі (f0 < f*). Лише у випадку f0 = 0 можна говорити про повністю жорстколанцюгові полімери [1].

Параметр f може змінюватись як внаслідок дії зовнішніх силових полів, так і специфічних термодинамічних факторів, що призводить до збільшення енергії ε.

Для оцінки кінетичної гнучкості використовується величина кінетичного сегменту. Величина кінетичного сегменту змінюється в залежності від температури і швидкості зовнішньої дії. Полімери, які складаються з ланок з низькими значеннями U0 проявляють високу кінетичну гнучкість. До них відносяться:

–карболанцюгові неграничні полімери і полімери вінілового ряду, які не містять функціональних груп (полібутадієн, поліізопрен, поліетилен, поліпропілен та ін.);

–карболанцюгові полімери і сополімери з рідким розміщенням полярних груп (поліхлоропрен, сополімери бутадієна з стіролом і ін.);

–гетероланцюгові полімери полярні групи яких розділені неполярними, наприклад аліфатичні поліефіри;

–гетероланцюгові полімери, які містять групи С– О, Si – O, Si – Si, S – S та ін. з низьким значенням U0.

Збільшення числа замісників їх об’єму полярності, асиметричність розміщення підвищують U0 і понижують кінетичну гнучкість.


1.5. Релаксаційні стани та релаксаційні переходи в гнучколанцюгових полімерах

Структурні елементи, з яких утворені гнучколанцюгові полімери в релаксаційних процесах відіграють роль кінетичних одиниць різного масштабного рівня. При цьому сукупність часів релаксації, що характеризують кожний тип кінетичних елементів, утворює релаксаційний спектр, який являє собою розподіл релаксаторів по часах τі. „Розморожування” кожного типу релаксаторів можна розглядати як певний релаксаційний процес, який супроводжується зміною температурного ходу екстенсивних характеристик системи (густини, внутрішньої енергії і т.д.) і проявляється у вигляді більш чи менш виражених максимумів на відповідних температурних залежностях.

Релаксаційний спектр, тобто функція розподілу релаксаторів по сумарним часам життя τі = τ1,і + τ2,і інтерпретується так: справа від стрілки дії система дає пружний відгук, а зліва – непружний [1].

При заданих зовнішніх факторах впливу, результат дії яких з точки зору принципу температурно-часової (деформаційно-часової) еквівалентності характеризується часовим параметром τА, реалізуються всі допустимі форми руху кінетичних елементів з часами релаксації τі ≤ τА. При цьому, в залежності від обмежуючих умов (автономний) акт рухливості буде включати в себе релаксатори різних порядків, розміри і структурні характеристики яких відповідають умовам його реалізації.

Принцип ТЧЕ основується на тому, що часи життя окремих релаксаторів виражаються формулою Больцмана:

τі = Ві exp (Ui/KT), (1.4.)

де Ui – енергія активації і-го релаксаційного процесу, яка визначає поріг чутливості релаксатора по відношенню до діючої сили F.

Значення Ві, які мають розмірність часу для різних і не повинні співпадати. З формули слідує, що із зміною температури весь релаксаційний спектр (правий квадрант) зміщається і деформується. Заміна осі τ віссю Т (лівий квадрант) дозволяє виділити температурні діапазони релаксаційних станів.

Нижче температури склування ТС припиняється тепловий рух сегментів, тобто окремі макромолекули втрачають здатність змінювати конформацію в деякому вузькому діапазоні температур поблизу ТС і макроскопічна система стає практично нездатною до деформацій [17].

Однак, якщо стрілка дії зсунута правіше положення 3 на рисунку 2, повільна деформація можлива і вона оборотна при підвищенні температури. Таке явище називають вимушеною еластичністю. Але є температурна межа, нижче ТС, за якою вимушена еластичність перестає проявлятись – температура.

Рис. 2.1. Ілюстрація принципу температурно-часової еквівалентності.

Обернений склуванню процес називається розм’якшенням. При цьому система стає каучукоподібною: макромолекули можуть змінювати довжину, що проявляється в великих оборотних деформаціях і полімер може відновлювати форму. Вище температури текучості полімер проявляє властивості в’язкої рідини.

Характеристика роботи

Диплом

Кількість сторінок: 88

Безкоштовна робота

Закрити

Дослідження взаємодії між гнучколанцюговими полімерами та високодисперсними наповнювачами

Замовити дану роботу можна двома способами:

  • Подзвонити: (097) 844–69–22
  • Заповнити форму замовлення:
Не заповнені всі поля!
Обов'язкові поля до заповнення «ім'я» і одне з полів «телефон» або «email»

Щоб у Вас була можливість впевнитись в наявності обраної роботи, і частково ознайомитись з її змістом, ми можемо за бажанням відправити частини даної роботи безкоштовно. Всі роботи виконані в форматі Word згідно з усіма вимогами щодо оформлення даних робіт.