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

Розділ 3. Взаємодія гнучколанцюгвих полімерів з високодисперсними наповнювачами

3.1. Адгезія полімерів на поверхні наповнювача

Адгезія – це прилипання двох тіл один до одного. Її можна охарактеризувати термодинамічною величиною роботи, яку треба здійснити для розділу в рівноважних умовах двох приведених в контакт різнорідних тіл. Адгезія – властивість, яка залежить від дії багатьох факторів: природи молекулярних сил, впливів пустот і включень, розподілу внутрішніх напруг, наявністі адсорбованих речовин на межі розділу та ін.

У випадку реальних систем робота адгезії відповідає напрузі розрушення, яка не менше ніж в десять раз перевершує дослідні значення. Це пов’язано з виникненням в результаті дефектів на межі поділу з твердою поверхнею, а також в самому адгезійному шві в процесі його отримання, концентрацій напруг. Напруги зростають, якщо модулі пружності адгезива і субстрата сильно відрізняються один від одного.

Міцність адгезійного шва визначається повнотою змочування субстрата адгезивом, поскільки дефекти, які виникають із-за неповного змочування, найбільш небезпечні: вони не тільки зменшують справжню міцність склеювання, але й обумовлюють більші внутрішні напруги.

Молекулярний підхід до розгляду питань про змочування твердих тіл використаний в роботах, з яких видно, що найкраще змочування полімерами твердих поверхонь буде спостерігатися при умові сильної адсорбційної взаємодії полімера і поверхні, а також при появі сил взаємодії які можуть розгорнути полімерний ланцюг на межі поділу фаз [1].

Однак, як показали дослідження, в багатьох випадках сильна адгезійна взаємодія, яка забезпечує високу міцність зв’язку полімера з наповнювачем, не завжди здійснює позитивний вплив на міцність наповнених полімерів. Причина полягає в виникненні поблизу поверхні дефектів полімерної матриці, які знижують міцність матеріалу в тій, більшій степені, чим міцніші зв’язки між компонентами системи. Найкращі механічні властивості в затверділих композиціях відповідають найменшим внутрішнім напругам.

Великий науковий і теоретичний інтерес являє характер взаємодії між макромолекулами полімерів і поверхнею металу. Так, макромолекули полімерів в деяких випадках розміщуються на поверхні металів у вигляді фіксованих адсорбційних шарів, утворюючи ковалентні, іонні або координаційні зв’язки з атомами поверхневого шару метала. Зв’язок між макромолекулами полімера і металом пояснюють такождією ван-дер-ваальсових сил будь-якого типу орієнтаційних, індукційних і дисперсних. Адгезія полімерів до металів відбувається і внаслідок утворення водневих зв’язків між окремими ланками макромолекули полімера і плівкою окислів, які практично завжди присутні на поверхні металу. Взаємодію між поверхнею металу і полімером намагаються пояснити виникненням зв’язку типу іон-диполь. При цьому роль хімічної природиполімера при його адгезії до металу стає вирішальною. Полімер у цьому випадку повинен містити у визначеній кількості полярні групи, які володіли б здатністю вступати в інтенсивну взаємодію з поверхневими атомами металу, наприклад, виконували роль донорів електронів. Характерно, що чим більш чітко виражені електроно-донорні властивості функціональних груп, тим вища їх адгезія до металу.

Полімери, які містять карбоксильні фенольні і гідроксильні групи, взаємодіють з поверхнею металу в основному за допомогою зв’язків іонного типу. Так, в незатвердівших епоксидних смолах з молекулярною масою 400…2500 взаємодія здійснюється за допомогою функціональних гідроксильних і епоксидних груп, причому, як показують розрахунки, при ідеальній упаковці гідроксильних груп в утворенні адгезійного зв’язку приймають участь 13…17% загальної кількості іонів окислів [14].

Збільшення числа епоксидних груп в макромолекулі приводить до різкого підсилення адгезійної взаємодії.

Найбільш поширені види взаємодії на межі полімер – металічний наповнювач – іон – дипольна взаємодія і водневі зв’язки. Чим слабший іонний характер поверхні метала і взаємодії з ним диполів, тим більші ван-дер-ваальсові сили сприяють підвищенню загальної енергії адгезії.

Різні способи модифікації полімерів дозволяють зробити висновок про те, що хімічна природа полімера суттєво впливає на адгезію, зберігаючи незмінними властивості міцності полімера.

Максимальною адгезією володіє нікель, сталь, залізо, мінімальною – олово, свинець. Окисні плівки на таких металах, як алюміній, цинк і олово дуже компактні і міцні, мають невелику товщину, володіють добрими захисними властивостями і добрим зчепленням з металом. Окисні плівки з міді, навпаки, відрізняються великою товщиною, значною кількістю дефектів (пори, тріщини) і слабким зв’язком з металом. При наявності окисної плівки на поверхні металу в процесі адгезії набуває великого значення дифузія молекул полімера в рихлому шарі плівки. Однак це не домінуюча причина збільшення адгезійної міцності на межі розділу фаз.

Також, для системи полімер-метал була виявлена залежність адгезійної міцності від температури. Підвищення температури не тільки полегшує досягнення адгезійного контакту, але й може викликати появу у адгезива функціональних груп, які сприяють підвищенню адгезії. Крім температурного режиму важливим фактором, який визначає формування адгезійного контакту є кількість пластифікатора. При введенні в полімер пластифікатора полегшується досягнення контакту між адгезивом і субстратом, пошкоджуються остаточні напруги, але в той же час погіршуються властивості міцності полімера. Тому спостерігається екстремальна залежність адгезійної міцності від кількості пластифікатора.

Механізм підсилення полімерів порошкоподібними наповнювачами – явище надзвичайно складне. Ефект структуроутворення в суспензіях викликаний взаємодією між фазами, оцінюється реологічними методами, зокрема по граничній напрузі зсуву. Гранична напруга зсуву в розчинах полімерів, які містять наповнювачі, суттєво залежить від характеру зв’язку полімер-наповнювач.

Більшість дослідників вважає, що хімія поверхні сажи здійснює на процес підсилення важливий вплив, оскільки механізм підсилення тісно пов’язаний з адсорбцією і взаємодією функціональних груп макромолекул з активними центрами поверхні.

Поверхня частинок більшості видів сажи неоднорідна. Кристаліти, з яких побудовані частинки сажи, виступають на поверхнюпід різними кутами. Тому на поверхні сажи можуть знаходитись крайові атоми і деяке число атомів „неорганізованого” вуглецю із аморфних областей. „Бокові виходи” кристалітів в основному визначають хімізм поверхні частинки сажи так як тут зосереджені насичені і ненасичені вуглеводи, з’єднання, яких містять кисень і сірку. Крім того, на поверхні частинок містяться неспарені електрони, ароматичні багатоядерні структури.

Неполярні молекули можуть взаємодіяти з поверхнею саж за рахунок дисперсійних сил, тому на адсорбцію таких молекул не впливає наявність на поверхні адсорбента груп, які містять кисень. Навпаки, адсорбція молярних молекул на сажі дуже чуттєва до зміни природи поверхні сажи, так як крім дисперсійних сил виникають водневі зв’язки, диполь-дипольні взаємодії.

Аналіз даних про адсорбцію на сажі високомолекулярних адсорбентів доказує про складність протікаючих процесів. В одних випадках видалення кисню з поверхні сажи дещо знижує міцні властивості сажонаповнених резин, з іншої сторони, зменшення групи, що містять кисень підвищує сорбцію каучука. Отже, найбільш активні (у відношенні взаємодії з каучуком) центри на поверхні сажи – це ділянки поверхні, які не містять кисню і які містять 3-х валентний вуглець або подвійні зв’язки гексакарбонових груп [19].

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.